3條高速公路小間距交叉時樞紐互通設置的技術探討

鄧麗娟 黨高峰 雷 立 王 勇 胡鐵山

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢 430051)

1 研究背景

1.1 高速公路背景

1) 小間距的概念。根據JTG/T D21-2014 《公路立體交叉設計細則》[1]的規定，一般互通式立體交叉之間的最小間距為4.0 km，一般互通式立體交叉與樞紐互通式立體交叉之間的最小間距為4.5 km。當不滿足此規定時，稱之為小間距交叉[2]。

受路網結構或其他特殊情況限制，當互通式立體交叉之間距離不能滿足上述規定時，經論證后間距可適當減小，但相互之間的凈距不應小于表1的最小凈距。

表1 互通式立體交叉最小凈距

當相鄰互通式立體交叉之間的凈距小于表1的規定值，且經多方案比選論證兩者必須設置時，應根據其距離大小，利用輔助車道、集散車道或匝道連接形成復合式互通立體交叉[3]。

2) 項目簡介。武漢至南昌高速公路(以下簡稱本項目)起于湖北省武漢市，向東南方向經湖北省鄂州市、大冶市、陽新縣，接至江西省永武高速公路、昌九高速公路，通達南昌市，全長約240 km。其中湖北段長約125 km，采用設計速度100 km/h、雙向4～6車道高速公路標準。本項目需依次與武漢市繞城、鄂咸、黃咸、大廣、杭瑞、永武、昌九等高速公路交叉，其中與大廣、黃咸交叉間距相對較小。在項目所在區域內，大廣高速公路總體呈南北走向，黃咸高速公路總體呈東西走向，兩者均采用設計速度100 km/h、路基寬度26 m的雙向4車道高速公路標準。

1.2 樞紐互通區域背景

在路線總體走向順適的前提下，本項目需依次與已有的大廣、黃咸高速公路交叉。具體交叉節點主要考慮大冶市城市規劃區、陳貴鎮規劃區、小雷山風景區及被交叉高速公路條件。綜合各限制性因素及JTG D20-2017 《公路路線設計規范》[4]相關規定，最終選定本項目與黃咸高速公路交叉節點(圖1中B節點)距A節點2 700 m，與大廣高速公路交叉節點(圖1中C節點)距A節點2 000 m，B、C節點間距3 300 m。根據前文，這3條高速公路交叉屬于小間距交叉，需對樞紐互通的增設進行充分的比選論證。

圖1 3條高速公路小間距交叉區位圖

2 互通研究思路

在已設有大冶樞紐互通(圖1中A節點)的前提下，另外2處交叉節點(圖1中B、C節點)的樞紐互通設置方案有以下3種。

①方案一。B節點設置樞紐互通，C節點不設置互通。②方案二。B節點不設樞紐互通，C節點設置樞紐互通。③方案三。B、C節點均設置樞紐互通。

不同的互通設置將導致各節點各方向交通量有一定的差異，進而影響互通的具體型式及匝道具體技術參數，最終導致互通整體規模、造價、功能等均有所不同[5]。

因此，該交叉區樞紐互通總體研究思路為：對于該小間距交叉區的新增樞紐互通，分別充分考慮交通功能、交通量、安全間距等因素，布設每種思路下具體的互通方案，進行交通組織、運營安全、協調與實施難度、占地規模、造價等方面的比較，最終擇優推薦互通設置方案。

當設計服務水平采用4級時，匝道基本路段設計通行能力見表2。

表2 匝道基本路段設計通行能力

根據經驗，樞紐互通除環形匝道采用40 km/h設計速度外，其余匝道設計速度均為60 km/h。匝道橫斷面類型及變速車道的車道數根據匝道設計速度、設計小時交通量、匝道長度確定，具體見表3。

下文對每種方案逐一進行分析。

表3 單向匝道橫斷面、變速車道的車道數選擇條件

2.1 方案一

根據DDHV=AADT×K×D

式中：DDHV為單向設計小時交通量,pcu/h；AADT為預測的年平均日交通量,pcu/d；K為設計小時交通量系數，根據交叉公路功能、交通量、地區氣候及地形條件確定，本項目取0.12；D為方向不均勻系數，根據當地交通量觀測資料確定，本項目取0.57[4]。

經預測，該方案轉彎交通量見圖2所示，DDHV計算結果為：武漢→蘄春1 106 pcu/h，武漢→咸寧22 pcu/h，咸寧→南昌196 pcu/h，南昌→蘄春350 pcu/h。圖3為僅設置B節點互通的方案示意圖。

圖2 僅設置B節點互通時轉彎交通量(單位：pcu/d) 圖3 僅設置B節點互通的方案示意圖

根據DDHV計算結果兼顧交通安全性選擇匝道形式，再結合匝道長度查表3得出具體的匝道橫斷面類型，具體為武漢→蘄春、咸寧→南昌各匝道均設置為寬度10.5 m的雙車道匝道，咸寧→武漢、南昌→黃石方向各匝道設置為寬度9.0 m的單車道匝道，各匝道變速車道的車道數均設置為單車道。根據圖3，A、B節點樞紐互通之間的凈距>700 m，2處互通獨立設置，不需復合。

就交通組織而言，該樞紐互通方案中南昌→黃石、武漢→廣州方向的出行需分別繞行B、A節點，具體繞行里程及時間見表4。

表4 方案一繞行計算

就運營安全而言，經測算，到運營期末A節點的大冶樞紐互通的廣州→咸寧方向轉彎交通量將達到12 658 pcu/d，經換算，DDHV為865.8 pcu/h。原設計的環形匝道基本能滿足通行需求，但通行壓力較大，此外，A、B節點間路段交通量增加，一定程度上導致運營安全性差。同時，該思路下能有效避免標志標牌設置過于密集，僅需綜合考慮2處樞紐互通的標志標牌，運營安全性相對較好。

就協調與實施難度而言，需協調黃咸高速公路管理部門，項目建設期間對黃咸高速公路運營有一定影響。

就工程規模而言，經測算，該互通占地約30 hm2(不包含黃咸高速主線占地范圍)，不需要設置輔助車道，互通總投資約2.75億元。

2.2 方案二

經預測，該方案轉彎交通量見圖4，DDHV計算結果為：黃石→南昌525 pcu/h，武漢→廣州821 pcu/h，黃石→武漢331 pcu/h，南昌→廣州23 pcu/h。圖5為僅設置C節點互通的方案示意圖。

圖4 僅設置C節點互通時轉彎交通量(單位：pcu/d) 圖5 僅設置C節點互通的方案示意圖

根據DDHV計算結果，該樞紐互通南昌→廣州、武漢→黃石2個匝道采用環形匝道，其余匝道采用半直連式、直連式匝道。再結合匝道長度計算得出具體的匝道橫斷面類型，具體為黃石→南昌、武漢→廣州各匝道均設置為寬度10.5 m的雙車道匝道，南昌→廣州、武漢→黃石方向各匝道設置為寬度9.0 m的單車道匝道，各匝道變速車道的車道數均設置為單車道。同時，A，C節點樞紐互通之間的凈距<700 m，需設置輔助車道連接形成復合互通，需對現有A節點互通做一定改造。

就交通組織而言，該樞紐互通方案中，咸寧→南昌、武漢→蘄春的出行需分別通過A、C節點繞行，具體繞行的里程及時間見表5。

表5 方案二繞行計算

經測算，到運營期末現有A節點大冶樞紐互通的廣州→武漢轉彎交通量將達到3 459 pcu/d，DDHV為236 pcu/h，對原互通造成交通壓力相對較小。

就運營安全而言，可調整C節點匝道位置使得大廣高速公路馬鞍山隧道與前方主線出口之間的凈距超過400 m。盡管如此，由于此段凈距上行駛時間僅有14 s左右，考慮到隧道出口處明暗過渡，可能使得司機來不及變道，存在一定安全隱患。此外，由于A、C節點樞紐互通需復合設置，會導致大廣高速公路標志標牌設置過于密集，司機的識別時間也會一定程度地影響運營安全。總體而言，該方案運營安全性相對最差。

就協調與實施難度而言，由于A、C點距離僅2 000 m，需要將2個互通復合設置,協調大廣高速公路管理公司難度較大,項目建設期間對大廣高速公路運營影響較大。

就工程規模而言，該互通占地約31.3 hm2(不包含大廣高速主線占地范圍，但包含設置輔助車道導致大廣高速新增占地)，該互通總投資約2.90億元。

2.3 方案三

考慮到黃石、蘄春→南昌方向可通過C節點進行轉換，不必繞行B節點互通，B節點設置6匝道樞紐互通；C點互通只需設置4匝道樞紐互通(設置武漢→廣州、黃石→南昌匝道)。

經預測，該方案轉彎交通量見圖6所示，圖7 為B、C節點均設置互通的方案示意圖。

1)B節點匝道。武漢→蘄春289 pcu/h，武漢→咸寧22 pcu/h，咸寧→廣州、南昌200 pcu/h。

2)C節點匝道。黃石、蘄春→南昌300 pcu/h，武漢、咸寧→廣州830 pcu/h。

圖6 B、C節點均設置互通時轉彎交通量(單位：pcu/d)

圖7 B、C節點均設置互通的方案示意圖

根據DDHV計算結果，B節點中武漢→咸寧匝道采用環形匝道，其余匝道采用半直連式、直連式匝道。再結合匝道長度計算得出具體的匝道橫斷面類型，具體為咸寧→南昌、武漢→蘄春方向各匝道均設置為寬度10.5 m的雙車道匝道，武漢→咸寧方向各匝道設置為寬度9.0 m的單車道匝道，各匝道變速車道的車道數均設置為單車道。C節點中武漢+咸寧→廣州方向設置為雙車道匝道、黃石+蘄春→南昌方向設置為單車道匝

道，各匝道變速車道的車道數均為單車道。3個互通兩兩之間的凈距均>700 m，互相不需要復合設置。

方案三整體而言，解決了3條高速公路高效互聯互通問題，消除了單設1個樞紐互通存在的繞行問題；標志標牌的設置最多，但是識別難度相對單設1個樞紐互通低，運營安全相對較好；各互通不需要復合設置，工程難度和協調難度相對較低；經測算，該互通占地約38.7 hm2，互通總投資約3.8億元。

2.4 各互通方案綜合比較

3種方案互通方案綜合比選見表6，對比后推薦方案三為互通設置方案。

表6 綜合比較表

3 結語

本文主要是對3條高速公路小間距交叉時樞紐互通設置進行了必要技術論證，通過定量與定性分析相結合的方式，對不滿足規范最小間距要求的樞紐互通設置提出了思路與方法，可為類似項目節約集約用地、優化通行效率及節約投資等方面提供有效參考。本文的不足之處在于對互通的具體布設形式還有優化空間。