高速公路互通式立交設計

梁 佳

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030000)

1 匝道設計速度

在互通式立交中，匝道設計速度和設計交通量在確定匝道各項指標與橫斷面尺寸過程中具有決定性作用。若匝道設計速度可以與正線相同，采用所有速度中相對較低的也能保證車輛順暢運行。然而，因地形條件、用地條件與成本費用等方面因素的限制，對匝道而言，其計算行車速度始終比正線要低。但實際的降低值不可以太大，否則車輛在進、出正線時需要突然加減速，這對行車安全是十分不利的。速度的期望值以和主線的平均速度相近為宜。在確定匝道的設計速度時，需要注意下列幾個要點。

達到最佳車速方面的要求。在匝道中使用低于主線的速度，并不會對立交通行能力造成影響，這是因為如果車速太高，將由于制動距離大幅增加而導致車頭之間的距離明顯增大，從而降低路段通行能力。基于此，為了使行車安全與通行能力都達到要求，同時充分考慮用地和行駛條件方面的因素，匝道的設計速度應與使通行能力達到最大時的速度接近，可采用以下公式進行計算確定

(1)

式(1)中，Vk表示最佳速度，單位：m/s；L0表示安全距離，單位：m，通常在5～10 m的范圍內取值；C表示車輛的制動系數，通常在0.15～0.30 s2/m的范圍內取值。通過代入數值后計算，最佳速度通常保持在40～50 km/h范圍內。

根據匝道具體形式確定設計速度。在同一個立交中，不同匝道設計速度有所不同，理論上要按照匝道的具體形式來確定其設計速度。對于右轉匝道，以上限值或中間值為宜；對于直連左轉匝道，以中間值或與中間值相接近為宜；對于環圈式匝道，則以下限值為宜。在環圈式匝道中，若環圈的半徑很大，則占地面積較大，應適當減小采用值，一般為30～40 km/h。

與出入口實際行駛要求相適應。從匝道分流端中駛出的車輛，其設計速度應達到主線速度50%～60%以上；而駛入到匝道和加速車道之間連接部位的車輛，其設計速度需要使進入到加速車道末端時實際車速不低于主線70%；在與收費站和次要道路相接近的末端，還應對設計速度進行適當降低。

充分考慮匝道內交通組織。對于雙向沒有設置分隔帶設施的匝道，應采用相同的設計速度。而對于雙向獨立存在的匝道，需根據各自的實際交通量確定適宜的設計速度。

2 環形匝道

對于環形匝道，它是唯一一種無需進行跨線橋建設的左轉匝道，成本較低，在交通量不大的情況下廣泛使用。對環形匝道進行設計時，主要有以下特點：其一，在互通式立交中，最小技術指標均產生于環形匝道，對行車安全性和舒適性有直接影響；其二，環形匝道實際通行能力主要取決于設計速度和平曲線半徑，至于交通量究竟達到多少無法采用環形匝道目前還沒有得出權威論證，只能采用經驗做法，即交通量不超過6 000 pcu/d；其三，考慮到采用左轉環形匝道時，會使立交的總占地面積有所增加，并延長車輛的實際繞行距離，如果交通量相對較大，則會對運行經濟性造成影響，故在確定此類匝道的半徑時，必須做到科學合理，以免對立交運營經濟性與服務水平造成影響。

在整個互通式立交當中，以環形匝道所用設計速度為最低，但它對平縱面線形卻具有決定性作用。無論互通式立交為樞紐或普通，按照相關設計規范的要求，對于環形匝道，其設計速度必須控制在40 km/h以內，以主線的設計速度為依據，結合實際佳通量，常用30 km/h、35 km/h和40 km/h三種設計速度。在實際的設計工作中，對于樞紐立交，其環形匝道所用設計速度以50 km/h較多。

平曲線半徑通常以設計速度為依據確定，取值應確保行車安全及舒適性。以經典力學為基礎進行分析，對車輛行駛于彎道上時的穩定性，可采用橫向力系數來評價，其計算公式為

(2)

式(2)中，μ表示橫向力系數；R表示平曲線的半徑，單位：m；V表示匝道設計速度，單位： km/h；ih表示超高橫坡，單位：%。

根據式(2)，當匝道設計速度為50 km/h時，橫向力系數將伴隨平曲線半徑的減小而增加，而且其變化率可以達到最大，這說明在匝道設計速度相對較大的情況下，伴隨平曲線半徑不斷減小，橫向力系數所受到的影響將更加顯著。當匝道設計速度為30 km/h、35 km/h和40 km/h時，變化曲線基本保持平行，這說明當匝道設計速度降低到一定數值后，伴隨平曲線半徑不斷減小，橫向力系數發生的變化情況沒有明顯差別。當平曲線半徑為40 m和50 m時，橫向力系數將伴隨匝道設計速度的增加而快速增大，使這種情況下的曲線陡度大于其它各種情況。當平曲線的半徑為72 m、80 m和100 m時，伴隨匝道設計速度不斷增加，曲線的變化趨勢明顯變緩，這說明當平曲線半徑相對較大時，匝道設計速度對橫向力系數造成的影響不顯著。

國內外相關調查結果顯示，當橫向力系數在0.10以內時，轉彎不會有太大的感受，平穩性良好；當橫向力系數為0.15時，轉彎會有所感受，但還比較平穩；當橫向力系數為0.20時，除了會有明顯的感受，而且還不平穩；當橫向力系數為0.35時，感受進一步加強；當橫向力系數超過0.40時，轉彎的過程將十分穩定，有發生傾倒的可能。基于此，在設計中必須對橫向力系數加以嚴格限制，結合我國相關研究資料，對于橫向力系數，應按照以下標準進行取值：當設計速度確定為120 km/h時，橫向力系數不能超過0.1；當設計速度確定為100 km/h時，橫向力系數不能超過0.12；當設計速度確定為80 km/h時，橫向力系數不能超過0.13；當設計速度確定為60 km/h時，橫向力系數不能超過0.15；當設計速度確定為40 km/h時，橫向力系數不能超過0.16；當設計速度確定為30 km/h時，橫向力系數不能超過0.17。

對于環形匝道，其設計速度在很大程度上決定了匝道的半徑，而匝道的半徑又對匝道具體形式、用地和規模等有直接影響。如果從行車角度講，當半徑較大時，其橫向力系數將相對較小，行車就越安全；但是這會使占地面積增加，不論是在山區還是城市當中，都需要從不同角度進行綜合考慮，包括用地、路線長和造價等。

3 結 語

綜上所述，在對高速公路工程的互通式立交進行設計時，必須高度重視各項技術指標，保證所用技術指標的合理性、科學性與經濟性，比如確定適宜的環形匝道設計速度，以此達到預期的安全、經濟和環保等方面的要求。