⦁요약

고속도로 본선의 연결로 접속부 설계 지침

 

접근 관리를 시행하는 고속도로에서, 연결로의 설계 부분은 시설의 안전성에서 차지하는 비중이 아주 큼. 고속도로에서 대부분의 차량 파손 사고는 인터체인지 부근에서 발생하기 때문에, 고속도로 시스템에서 운전자의 안전성과 운전 관련 위험성 등은 인터체인지에서 드러남. 인터체인지 근처에서는 운전자가 주행 방향 결정, 속도 변경, 길을 따라 안전하게 주행해야 하는 것 외에 합류(合流) 또는 분류(分流)를 하는 행위까지 부담으로 작용함.

 

이 보고서는 고속도로 본선의 연결로 접속부(즉, 가속차로와 감속차로)의 설계에 초점을 맞추고 있음. 2004년도에 발간된 지방부 도로와 도시부 도로의 기하구조 설계 지침(2004 Policy on Geometric Design of Highways and Streets(AASHTO, 그린 북 Green Book으로 불림)에서, 고속도로 본선의 연결로 접속부에 대한 설계 값은 다소 시대에 뒤진 연구에 의존함. 본 연구의 목적은 최근의 운전자 행태와 차량 성능에 근거하여, 고속도로 본선의 연결로 접속부에 대한 향상된 설계 지침을 개발하는 것임. 이 연구는 다음과 같은 질문에 초점을 맞추고 있음.

 

. 고속도로 본선의 연결로 접속부를 설계할 때 바탕이 되는 근본적인 AASHTO 모델이나 운전에 관련된 가정들이 설계 요소를 모두 설명할 수 있는가?

. AASHTO의 변속 차로(SCL : speed-change lane) 모델에 포함되어 있는 가감속 값이 최근의 운전자 구성과 차량 구성에 적합한가?

. 트럭을 고속도로 본선의 연결로 접속부 설계 차량으로 사용해야 하는가?

. 변속 차로가 평행식일 경우와 직접식일 경우, 운전 행태가 어떻게 달라지는가?

. 운전자의 행태가 고속 연결로와 저속 연결로에서 어떻게 다른가?

. 현재의 도로와 운전자 행태 등을 살펴볼 때, 도로 설계 기준이 달라질 것은 없는지?

 

이러한 중요한 문제들을 해결하기 위한 일차적인 단계는 차량 파손 사고의 분석과 현장 조사임.

고속도로 본선의 연결로 접속부 근처의 차량 파손 사고에 연루된 차량 유형을 조사하기 위해 차량 파손 사고를 분석하였는데, 만약에 고속도로 본선의 연결로 접속부 근처의 차량 파손 사고에서 트럭이 자주 등장한다면, 승용차보다는 트럭이 진출입 연결로의 설계를 위한 설계 차량이 되어야 하는지를 논의해 보아야 함.

고속도로 본선의 연결로 접속부 근처에서 차량 성능과 운전자 행태를 조사하기 위해 현장 조사를 하였음. 현장 관측 조사에서는 여러 고속도로 진출입 연결로에서 많은 차량을 대상으로 속도, 가속/감속, 거리 정보를 수집하였음. 운전자 행태 연구를 위해, 피실험자가 지정된 코스와 진출입 연결로를 이용해서 계기 탑재 차량을 운전하는 행태를 조사하였음. 그리고 주행속도, 가속/감속, 위치 정보도 수집하였음.

 

본 연구와 관련된 주요 문제점을 해결하기 위해 두 가지 조사의 데이터를 분석하였음.

 

차량 파손 사고를 분석하여 얻은 성과는 다음과 같음.

 

. 일반적으로, 진출입 연결로에서 트럭 파손 사고 비율과 전체 차량에 대한 파손 사고 비율 간의 차이는 없음. 트럭 파손 사고 비율이 전체 차량 파손 사고 비율을 크게 앞지른 진출 연결로 형태에는 부분 클로버 루프(parclo loop : 부분적인 클로버 잎 모양의 인터체인지), 자유류일 때의 루프, “기타”가 있음.

. 도시부 고속도로의 본선에서 발생하는 트럭 파손 사고의 비율(약 10 퍼센트)과 고속도로 본선의 연결로 접속부 부근에서의 차량 파손 사고 비율은 거의 같았음

. 일 평균 트럭 교통량(RTADT : ramp truck average daily traffic)이 1,000대 이상인 연결로에서는 트럭 교통량이 적은 곳보다 트럭 파손 사고가 자주 발생함.

 

진입 연결로 접속부(즉, 가속차로)에서, 관측 조사와 행태 조사를 통해 얻은 성과는 다음과 같음.

 

. 차량들은 자유 합류와 강제 합류보다 제약 합류 조건에서 더 늦게 합류하는 경향이 있음.

. 트럭의 합류 위치 분포는 승용차의 합류 위치와 매우 유사함.

. 차량은 평행식 변속차로보다 직접식 변속차로에서 더 늦게 합류함.

. 차량은 자유 합류 조건보다 제약 합류 그리고 강제 합류 조건에서 고속도로 본선 속도에 더 가까운 속도에서 합류함.

. 고속도로 본선에 늦게 합류하는 차량이 일찍 합류하는 차량보다 고속도로 본선 속도에 더 가까운 속도로 진입함.

. 합류하고 있는 차량과 고속도로 본선 주행 차량 간의 속도 차이는 직선과 루프 연결로 모두 거의 같음.

. 평행식 가속차로보다 직접식 가속차로에서 고속도로 본선 속도에 더 가깝게 합류함.

. 자유류 조건에서 자유 합류를 하는 경우, 승용차 가속도의 중앙값은 2004년판 그린 북에서 추정한 값보다 큼.

. 진입 연결로 차량은 2004년판 그린 북에서 추정한 속도보다 더 높은 속도에서 진입 연결로를 벗어남.

. 자유류에서, 트럭의 가속도는 승용차보다 낮음

. 교통이 혼잡하지 않거나 약간 혼잡한 조건에서, 운전자는 고속도로 본선에 합류하기 전에 사이드 미러나 어깨 너머로 약 3번 쳐다봄. 쳐다보는 시간은 한 번에 2.5~3.0초이고, 한 번 볼 때마다 약 2.5mi/h씩 속도를 높임.

 

진출 연결로 접속부(즉, 감속차로)에서, 관측 조사와 행태 조사를 통해 얻은 성과는 다음과 같음.

. 자유 분류(分流) 조건에서, 트럭 분류 위치의 분포는 승용차와 매우 유사함.

. 차량이 고속도로 본선에서 감속차로로 들어섰을 때, 분류하고 있는 차량의 속도는 고속도로 본선의 평균 속도보다 약 4~7mi/h 낮음.

. 트럭의 분류 속도는 승용차의 분류 속도보다 낮음.

. 분류하고 있는 차량의 감속도는 2004년판 그린 북에서 추정한 것보다 낮음.

. 승용차와 트럭의 감속도에는 거의 차이가 없음.

. 노면표시 노즈 부근에서 진출하는 차량의 감속도는 더 먼 상류에서 분류하는 차량보다 더 큼.

. 감속도는 직선 연결로보다 루프 연결로에서 더 큼.

. 직접식 감속차로보다 평행식 감속차로에서 감속도가 훨씬 더 큼.

. 진출 연결로 설계를 위한 AASHTO 지침에서 사용된 개념적 접근 방법은, 운전자가 3초 동안 기어를 넣은 상태에서 가속 페달에서 발을 떼고 감속(즉, 동력에 의하지 않고 관성으로 움직임)한다고 추정하고 있는데, 이는 현재의 운전자의 행위와 일치함. 이러한 감속 시간의 대부분은 고속도로 본선에서 발생함.

 

이 분석 결과를 근거로, 고속도로 본선의 연결로 접속부의 설계에 관련된 몇 가지 일반적인 결론은 다음과 같음.

 

. 승용차는 연결로의 트럭 교통량이 상당히 많은 곳을 제외하고 고속도로 본선의 연결로 접속부를 위한 설계 차량이어야 함. 트럭 교통량이 아주 많은 경우에는 트럭을 설계에 반영할 수 있는 별도의 방안을 마련해야 함.

. 고속도로 본선의 연결로 접속부는 자유류를 가정하여 설계해야 함.

 

이 분석 결과를 근거로, 진입 연결로에 대한 몇 가지 결론은 다음과 같음.

 

. 자유 합류 조건에서, 많은 차량들은 고속도로 본선 차량의 속도보다 훨씬 더 낮은 속도로 진입하려고 함. 차량 간격이 넓어서 합류가 어렵지 않을 때, 운전자는 연결로와 변속차로 전체를 사용하려고 하지 않음.

. 중차량(重車輛)은 진입 연결로에서 승용차만큼 잘 거동하지 못함. 가속 능력이 떨어져서 더 낮은 속도로 고속도로 본선에 합류함. 그러나 트럭 교통량이 차지하는 비율이 적은 연결로에서, 트럭의 진입 거동은 전체적으로 부정적인 영향을 주는 것 같지는 않음.

. 직접식 진입 연결로에서, 차량은 합류하기 전에 고속도로 본선 속도에 근접하도록 가속하기 위해 연결로 전체 구간을 활용하는 경향이 있으며, 평행식 진입 연결로에서는 차량이 저속인 상태에서 일찍 합류함.

. 자유 합류 조건에서, 저속(루프)과 고속(직선) 진입 연결로의 운영 성능에 실질적인 차이는 없음.

. 진입 연결로 설계를 위한 AASHTO 지침에서 사용한 개념적 접근 방법은, 가속도가 일정하다고 가정하고 있는데, 이는 최소 가속차로 설계 길이를 구하는 데 합리적임. 또, 그린 북 도표 10-70(Green Book Exhibit 10-70)에 제시된 최소 가속차로 길이는 지금의 차량과 운전자를 감안하면 보수적인 값으로서, 수정될 필요는 없음. 특히, 고속도로 운행 조건 범위에서는 고속도로 본선에 합류할 수 있는 충분한 거리임. 자유 합류 조건이 보장되는 곳에서 진입 연결로의 최소 가속차로 길이를 구하기는 어려우므로, 그런 곳에서는 그린 북에서 제시한 최소 가속차로 길이는, 운행상의 문제점을 만들어 내지 않고, 15퍼센트까지 감소될 수 있음.

 

이 분석 결과를 근거로, 진출 연결로에 대한 몇 가지 결론은 다음과 같음.

 

. 대부분의 분류 움직임은 테이퍼 영역 전이나 내에서, 또는 변속차로의 초기 3분의 1이나 중간 지점 이내에서 시작함. 변속차로의 마지막 3분의 1 지점을 지나거나 노면표시 노즈를 넘어서서 분류하는 경우는 거의 없음.

. 감속차로에 일찍 들어선 차량은 늦게 들어선 차량보다 고속도로 본선 속도에 더 가까움.

. 감속차로 길이가 그린 북의 권장 최소 길이보다 더 긴 경우, 대부분의 차량의 감속도는 그린 북에서 추정한 값보다 작음. 이것은 추가 길이로 인한 것도 있고, 고속도로 본선에서 미리 감속했기 때문일 수도 있음.

. 노면표시 노즈 구분에서 진출하는 차량의 감속도는 그 이전에 감속차로로 분류한 차량보다 더 큼.

. 고속도로에서 분류할 때, 트럭과 승용차의 감속도는 매우 유사함. 또, 트럭은 일반적으로 승용차보다 더 낮은 속도에서 고속도로에서 감속차로로 나감.

. 트럭 파손 사고율은 다이아몬드, 외측 연결, 직결 또는 준직결 연결, button hook, scissor, slip 연결로보다 부분 클로버, 자유류, 기타 연결로에서 더 높음.

. 루프 연결로로 진출하는 운전자는 직선 연결로로 진출하는 운전자보다 고속도로 본선에서 속도를 더 줄이는 경향이 있고, 변속차로에서는 더 큰 비율로 감속하는 경향이 있음. 이것은 운전자가 루프 연결로에 접근하면서, 곡선부를 시각적으로 인지하기 때문일 수 있음.

. 평행식 감속차로의 기하학적 구조는 직접식 감속차로보다 일반적으로 상당히 더 높은 감속도를 유발함. 평행식 감속차로에서는 직접식 감속차로보다 고속도로 본선 속도에 가깝게 분류되는 결과일 수 있음. 감속도의 차이는 직선 연결로에서 가장 분명하게 드러남.

. 진출 연결로 설계를 위한 AASHTO 지침에서 사용한 개념적 접근 방법은, 두 단계의 감속을 가정하고 있으며, 설계를 위한 최소 감속차로 길이를 결정하는 합리적인 접근 방법임. 또, 그린 북 도표 10-73(Green Book Exhibit 10-73)에 제시된 최소 감속차로 길이는 지금의 차량과 운전자를 감안하면 보수적인 값으로서, 수정될 필요는 없음. 현재의 설계 기준을 바꿀 만한 특이한 분류 행태가 현장에서 관측되지도 않았음. 또, 본 연구의 조사 지점에서, 차량들은 감속은 원만하게 이루어졌음. 이것은 고속도로 본선에서 분류하기 전에 감속했기 때문임. 정리하면, 차량이 고속도로 본선에서 감속을 하지 않는다는 기존의 보수적인 설계 절차가 유리함.

 

그린 북의 차기 판에서 바꿀 것을 고려해 볼 수도 있는 몇 가지를 본 연구의 조사 결과와 결론을 근거로 다음과 같이 제안함.

 

. 직접식 변속차로에서는 고속도로 본선 속도에 더 가깝게 합류하는 경향이 있기 때문에, 진입 연결로에서 평행식 변속차로보다 선호된다는 사실을 서술하기. 평행식 변속차로는 제약 합류 또는 강제 합류 조건의 연결로에 가장 적합한데, 변속차로의 어느 지점에서도 합류할 수 있는 유연성이 있기 때문임.

. 그린 북 도표 10-70을 설명하는 부분에 다음 내용을 서술하기. 도표에서 설계 값은 보수적인 값이며, 자유 합류 조건이 예상되고 그린 북에 제시된 권장 최소 가속 길이를 확보하기 어려운 곳에서는, 최소 가속 차로 길이를 15퍼센트까지 줄여도 운행상의 문제를 일으키지 않음.

. 140에서 200 lb/hp 트럭의 속도와 거리 관계 도표를 추가하기. 이렇게 되면, 설계에 적합한 중차량을 선정하는 데 유연성이 커짐. 특히, 트럭 교통량이 상당히 많은 진입 연결로 접속부에서 승용차와 트럭을 설계에 잘 반영하는 절충 안을 찾는 데 유용할 것임. 이 도표는 가속차로 설계 외에 다른 설계 목적에 활용될 수 있으므로, 그린 북 제3장에 싣는 것이 이상적임.

. 진출 연결로에서 최소 감속차로 길이 값이 보수적이고, 고속도로 본선의 감속을 배제하고 있음을 강조하기. 일부 운전자들이 고속도로 본선에서 상당히 감속하는데, 진출 연결로의 설계 시 고속도로 본선에서 감속하지 않는다고 가정하는 것은 현명한 일임.

. 감속차로의 길이가 그린 북 도표 10-73의 최소 값보다 더 길면, 혼잡하지 않거나 약간 혼잡한 조건에서 진출하는 경우, 운전자가 임의로 감속하게 할 수 있음. 이것이 반드시 부정적인 결과를 내는 것은 아니지만, 연결로의 운행 특성을 변화시킴.