Kinh nghiệm thế giới trong thiết kế đoạn nhập dòng và thu hẹp trên đường cao tốc

Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới thì TNGT ở những đoạn nhập dòng có tỷ lệ cao gấp 4 lần các đoạn đường còn lại trên đường cao tốc. Nhiều nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các chuyển động nguy hiểm chủ yếu xảy ra ở những đoạn này. Ngoài ra, những đoạn chuyển tiếp khác trên đường cao tốc khi mặt đường bị thu hẹp cũng là những đoạn có nguy cơ tai nạn cao, chẳng hạn như đoạn kết thúc đường cao tốc, đoạn chuyển tiếp từ đường cao tốc sang đường ô tô thông thường, hay những đoạn đường chuyển tiếp từ đoạn đường có hơn 4 làn xe có dải phân cách cứng sang đoạn đường 2 làn xe không có dải phân cách cứng. Bài viết này trình bày một số kinh nghiệm thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển như là Hoa Kỳ, Pháp, Nhật Bản trong thiết kế các đoạn chuyển tiếp này nhằm mục đích đóng góp các ý tưởng, giải pháp để nâng cao hiệu quả tổ chức, ATGT ở Việt Nam.

Thiết kế đoạn nhập dòng vào đường cao tốc

Nhìn chung, ở nhiều nước phát triển, các quy định, hướng dẫn thiết kế về đoạn nhập vào đường cao tốc và các đoạn chuyển tiếp khác nói chung có hướng dẫn rất chi tiết.

Hoa Kỳ là quốc gia có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế đoạn nhập vào đường cao tốc. Tính đến nay đã hơn 100 năm nghiên cứu phát triển. Hiện nay, tài liệu "Chính sách thiết kế yếu tố hình học đường bộ và đường phố" của AASHTO (Hiệp hội Đường ô tô và Vận tải Hoa Kỳ) - phiên bản số 7 năm 2018 là một trong những tài liệu cập nhật nhất về hướng dẫn thiết kế yếu tố hình học tuyến đường ở Hoa Kỳ.

Theo AASHTO thì đoạn nhập vào đường cao tốc bao gồm hai dạng chính: Dạng nối hình nêm và nối song song (Hình 1). Dạng hình nêm (Hình 1a) là dạng mà phương tiện có thể nhập trực tiếp vào đường cao tốc, còn dạng nối song song ở Hình 1b là dạng có một làn được bổ sung vào giúp phương tiện tăng tốc. AASHTO cho biết nếu cả hai loại hình được thiết kế hợp lý thì chúng đều mang lại hiệu quả. Thiết kế hình học của đoạn đường nối vào đường cao tốc nói chung và đoạn tăng tốc nói riêng là hợp lý khi nó đảm bảo tốc độ nhập của xe từ đường nhánh không chênh lệch quá 10 km/h so với tốc độ xe chạy trên đường chính.

Hình 1: Đoạn nhập 1 làn xe vào đường cao tốc theo hướng dẫn của AASHTO

Hình 2: Đoạn nhập 2 làn xe vào đường cao tốc theo hướng dẫn của AASHTO

Theo AASHTO thì loại nối hình nêm có ưu điểm hơn so với loại nối song song ở chỗ các phương tiện nhập vào đường cao tốc có tốc độ gần như tương đương với tốc độ phương tiện trên đường chính. Việc giảm độ chênh lệch về tốc độ giữa xe nhập từ đường nhánh và tốc độ xe trên đường chính có thể giảm thiểu nguy cơ về TNGT.

Tuy nhiên, hạn chế của loại nhập làn hình nêm là vị trí nhập làn không được linh hoạt như ở loại nhập làn song song, các xe phải chạy đến cuối đoạn nhập mới vào nhập được vào đường cao tốc. Loại nhập hình nêm được khuyến nghị chỉ dùng trong trường hợp đoạn nhập chỉ có một làn xe, không dùng trong trường hợp có hai làn trở lên.

Ở loại nhập song song, các phương tiện có thể dễ dàng lựa chọn vị trí nhập làn khi lưu lượng giao thông trên đường chính tăng cao. Hơn nữa, đối với loại nối song song, các phương tiện nhập vào đường cao tốc dễ dàng quan sát các phương tiện xung quanh di chuyển trên đường chính thông qua gương trái và gương chiếu hậu.

AASHTO cho biết, việc sử dụng các loại này tùy theo đặc thù từng bang ở Hoa Kỳ, một số bang sử dụng loại song song cho đoạn nhập vào đường cao tốc và sử dụng loại hình nêm cho đoạn ra khỏi đường cao tốc. Ở Hoa Kỳ có 34 bang (75% số bang ở Hoa Kỳ) sử dụng loại thiết kế song song cho đoạn nhập vào đường cao tốc. Ngoài các hướng dẫn thiết kế đoạn nhập một làn xe, AASHTO còn đưa ra nhiều hướng dẫn chi tiết và hình minh họa cho các trường hợp nhập nhiều hai xe, nhập dạng nhánh, nhập trên các đường cong (Hình 2)…

Theo hướng dẫn của Pháp, đoạn nhập vào đường cao tốc có một loại đó là nối theo hình thức song song (Hình 3). Ngoài ra, các tài liệu này cũng đưa ra nhiều trường hợp được minh họa cụ thể như là đoạn nhập một làn xe, đoạn nhập hai làn xe, lối nhập vào từ đường gom phù hợp với nhiều loại cấp hạng đường, giao cắt và lưu lượng giao thông khác nhau. Hình 3 mô tả trường hợp đơn giản nhất là đoạn nhập có một làn xe. Hình 4 minh họa trường hợp đoạn nhập có 2 làn xe vào đường cao tốc ở Pháp.

Hình 3: Đoạn nhập một làn xe vào đường cao tốc theo hướng dẫn của Pháp

Hình 4: Đoạn nhập hai làn xe vào đường cao tốc theo hướng dẫn của Pháp

Đối với chiều dài đoạn nhập làn, do có nhiều loại nhập làn khác nhau, trong bài viết này chỉ tập trung thảo luận về chiều dài đoạn nhập vào đường cao tốc với trường hợp đơn giản nhất đó là nhập một làn xe và tương ứng với đoạn nhập song song.

Thông thường, theo các nghiên cứu trên thế giới và thực tế lái xe trên đường, chiều dài của đoạn nhập vào đường cao tốc được thiết kế dựa vào nghiên cứu về các hành vi của người lái xe cũng như các đặc điểm của dòng giao thông. Thông thường, các nghiên cứu ở Hoa Kỳ cho biết người lái xe nhập vào đường cao tốc bao gồm các giai đoạn sau:

1) Chuẩn bị: Sau khi kết thúc việc di chuyển trên đường nhánh, phương tiện bước đầu di chuyển vào đoạn nhập vào đường cao tốc (vị trí điểm A trong các Hình 1a và 1b).

2) Tăng tốc: Phương tiện bắt đầu tiến hành tăng tốc để nhập dòng.

3) Tìm kiếm khoảng thời gian trống chấp nhận: Trong quá trình tăng tốc người lái sẽ tìm kiếm không gian trống (khoảng cách an toàn giữa các xe đi trên đường chính) để nhập vào đường cao tốc một cách an toàn.

Các thiết kế cần đảm bảo đủ chiều dài để cho xe tiến hành các chuyển động trên một cách an toàn. Đối với đoạn nhập kiểu nhập song song, chiều dài của đoạn này được xác định bởi các thông số L_a, L_g và đoạn hình nêm được xác định như trình bày dưới đây:

- Bảng 1 là bảng tra giá trị chiều dài đoạn tăng tốc tối thiểu L_a theo AASHTO đối với trường hợp đường nối có độ dốc nhỏ hơn 3%. Trong trường hợp độ dốc lớn hơn thì giá trị trong Bảng 1 được nhân với các hệ số điều chỉnh từ 1,35 đến 3,5 trong trường hợp dốc lên và từ 0,5 đến 0,7 nếu là dốc xuống.

- Chiều dài đoạn hình nêm được lấy với giá trị là 90 m.

- Giá trị L_g là quãng đường tìm kiếm khoảng thời gian trống để nhập vào dòng xe trên đường cao tốc. Theo AASHTO, L_g tối thiểu từ 90 đến 150 m. Giá trị lớn nhất giữa L_g hoặc L_a sẽ được lấy làm căn cứ để thiết kế chiều dài đoạn nhập vào đường cao tốc.

Bảng 1. Lựa chọn chiều dài đoạn tăng tốc L_a theo hướng dẫn của AASHTO

Đối với hướng dẫn của Pháp thì cấu tạo đoạn nhập vào đường cao tốc bao gồm 3 đoạn như sau:

- Đoạn tăng tốc: Lái xe phải tăng tốc từ vận tốc V_R là vận tốc cho phép theo giá trị của bán kính đường cong trên đường nhánh cho đến lúc đạt được vận tốc Vi (tại điểm E = 1 m - Hình 3). Chiều dài đoạn tăng tốc tối thiểu L’ với các loại đường đô thị U60, U80, A80, A100 trong trường hợp đường bằng phẳng theo công thức (1).

			(1)

Đối với đường cao tốc L100 và L120 thì giá trị v_i lấy theo giá trị là 55 km/h. Còn đoạn tăng tốc L’ được tính theo công thức (2).

			(2)

Trong đó: p - Hệ số góc nghiêng của đoạn tăng tốc (Hình 2), p = 0,05. Như vậy, trong trường hợp này, giá trị L’ sẽ gấp đôi giá trị tính được ở công thức 1. Trong trường hợp đường dốc thì gia tốc sẽ được lấy giá trị khác, ví dụ dốc 7% sẽ lấy hệ số gia tốc là 0,5 m/s².

- Đoạn thực hiện nhập vào đường cao tốc (đoạn nhập song song Hình 2): Ở vùng này, người lái xe phải thực hiện các yêu cầu sau:

+ Tại điểm nhập làn muộn nhất, vận tốc phải đạt được bằng V_p;

+ Tại điểm nhập làn sớm nhất, vận tốc phải đạt được bằng V_i;

+ V_p = Vi + 10 (15) km/h; giá trị 10 km/h ứng với đường cấp U60, U80, A80, trị số trong ngoặc ứng với cấp đường A100;

+ Chiều dài đoạn này theo công thức 2 thì với gia tốc 1 m/s² thì chiều dài đoạn này tối thiểu là 34 - 72 m. Đối với đường cấp L100 và L120 thì đoạn này được lấy với giá trị là 200 m.

- Đoạn hình nêm được lấy với giá trị là 75 m.

Như vậy, theo hướng dẫn của AASHTO, cách tính chiều dài đoạn nhập vào đường cao tốc bao gồm đoạn tăng tốc (trùng với đoạn nhập song song) và đoạn hình nêm. Riêng hướng dẫn của Pháp chia đoạn nhập vào đường cao tốc ra 3 phần đoạn tăng tốc, đoạn nhập song song và đoạn hình nêm. Theo hướng dẫn của Pháp thì có thể suy luận là xe có thể nhập sớm tại điểm đầu đoạn nhập song song và xe vẫn tiếp tục tăng tốc trên đoạn nhập làn song song.

Chiều dài các đoạn tăng tốc tối thiểu theo hướng dẫn của AASHTO, đặc biệt là ở các tốc độ thiết kế 80, 100 km/h có thể lên đến hơn 300 m. Theo các hướng dẫn của Pháp thì đoạn này ở các đường cao tốc kết nối loại L thì cũng khá lớn: Từ 250 đến 350 m.

Thiết kế đoạn chuyển tiếp khi mặt đường bị thu hẹp trên đường cao tốc

Thông thường, trên đường cao tốc có những đoạn đường bị thu hẹp bởi nhiều lý do như là kết thúc đường cao tốc, kết thúc đoạn vượt xe (với đường có 2 làn xe), thay đổi cấp đường (thay đổi quy mô mặt cắt ngang và tốc độ thiết kế), đóng làn do sửa chữa, bảo dưỡng đường hay do các vấn đề về thiết kế, tổ chức giao thông khác. Việc giảm số làn đường trên đường cao tốc có thể là mối nguy hiểm lớn về an toàn, thậm chí mức độ nguy hiểm còn cao hơn ở các vị trí nhập làn do yếu tố bất ngờ mang lại.

Có nhiều yếu tố góp phần gây ra sự nguy hiểm và hiểu được những yếu tố này là rất quan trọng đối với cả người lái xe và người thiết kế đường. Các yếu tố này ngoài các hành vi nhập làn nguy hiểm của người lái như sự thiếu tập trung, chạy quá tốc độ, nhập làn ẩu, đột ngột, thì nó có thể đến từ góc độ thiết kế, tổ chức giao thông, chẳng hạn như chiều dài đoạn chuyển tiếp ngắn, cảnh báo không đầy đủ, rõ ràng, các yếu tố hình học khác như đường cong đứng, cong nằm có thể làm giảm tầm nhìn chạy xe.

Ở Hoa Kỳ, chỉ dẫn về thiết kế và tổ chức giao thông cho đoạn đường bị thu hẹp được hướng dẫn trong tài liệu MUTCD 2009. Về mặt yếu tố hình học, đoạn đường bị thu hẹp được thiết kế bao gồm đoạn hình nêm như Hình 5. Trong đó, chiều dài đoạn hình nêm L cho trường hợp tốc độ lớn hơn hoặc bằng 72 km/h (45 mph) được tính theo công thức:

L = 0,62*W*S

Trong đó:

- W = Bề rộng dịch chuyển làn theo chiều ngang (m);

- S =Tốc độ V85 (km/h).

a) - 3 làn chuyển sang 2 làn b) - 4 làn chuyển sang 2 làn

Hình 5: Minh họa về thiết kế và tổ chức giao thông đoạn đường bị thu hẹp ở Hoa Kỳ

Theo Hình 5, biển báo đường bị thu hẹp và vạch sơn yêu cầu chuyển làn được bố trí từ khoảng cách d (được xác định theo tốc độ thiết kế của tuyến đường). Một ví dụ minh họa với tuyến đường có tốc độ thiết kế 60 mph (96 km/h) thì chiều dài d được xác định là 1100 ft (335,28 m).

Một trường hợp minh họa khác về việc chuyển tiếp thu hẹp mặt đường từ đoạn đường vượt xe có 4 làn sang đoạn đường có 2 làn xe ở tuyến đường Miyakonojo-Shibushi (Nhật Bản) có tốc độ thiết kế 80 km/h (Hình 6). Hình ảnh cho thấy đoạn chuyển tiếp được bố trí trên một chiều dài lớn khoảng hơn 500 m. Trong đó, điểm bắt đầu là biển báo thu hẹp làn được bố trí cách đoạn bắt đầu thu hẹp là 200 m, sau đó được nhắc lại ở vị trí cách 100 m.

Tiếp đó là 4 mũi tên yêu cầu chuyển làn được bố trí trên khoảng cách 100 m trước vị trí bắt đầu thu hẹp làn. Cuối cùng là đoạn chuyển tiếp được thiết kế kết hợp với vạch sơn ngựa vằn được bố trí trên chiều dài 350 m. Trường hợp minh họa này cho thấy đoạn chuyển tiếp được thiết kế với nhiều thông tin rất rõ ràng cung cấp cho người lái từ cách bố trí biển báo, vạch sơn mũi tên dẫn hướng, vạch sơn chuyển làn và chiều dài chuyển tiếp dài đảm bảo cho việc chuyển tiếp diễn ra một cách an toàn, êm thuận.

Hình 6: Minh họa về thiết kế và tổ chức giao thông đoạn đường bị thu hẹp ở Nhật Bản (Google map)

Nhìn chung, các giải pháp thiết kế đoạn nhập dòng hay các đoạn đường bị thu hẹp có sự khác biệt nhất định ở mỗi nước. Tuy nhiên, đối với những nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Pháp…, giải pháp thiết kế các đoạn này được xây dựng và phát triển dựa trên kinh nghiệm thực tế khai thác và nhiều nghiên cứu có giá trị khoa học và thực tiễn. Các giải pháp thiết kế các đoạn nhập này cũng được quy định rất đầy đủ, chi tiết, phù hợp với từng cấp hạng đường, tùy thuộc vào nhiều tình huống giao thông trên nguyên tắc giảm thiểu ùn tắc và TNGT, giúp người lái giảm thiểu các sai sót khi tham gia giao thông. Trên đây là những ví dụ minh họa về các hướng dẫn thiết kế, tổ chức giao thông cho các đoạn đường này. Đây có thể là những thông tin tham khảo tốt cho việc thiết kế, tổ chức giao thông trên các đoạn đường này ở Việt Nam, góp phần giảm thiểu tai nạn, ùn tắc giao thông, nâng cao chất lượng phục vụ người lái.