道路設計中菱形立交應用研究

張興華， 黎軍

(廣州市市政工程設計研究總院有限公司， 廣東 廣州 510060)

1 菱形立交概述

菱形立交是公路與城市道路中較常用的立交形式，適用于道路主次關(guān)系分明、匝道左轉(zhuǎn)交通對次要道路交通影響不大的節(jié)點。菱形立交出入口明確，形式簡單，線形指標較好，符合駕駛?cè)说男袨榱晳T，可以較快速度出入主線；其用地和工程規(guī)模較小，一般在道路規(guī)劃紅線內(nèi)即可滿足用地需求。但菱形立交存在一定不足：匝道與次要道路相交產(chǎn)生的2個平交口相距很近，且每個交叉口存在3個沖突點，不利于交通安全；匝道處的左轉(zhuǎn)交通易造成交通擁堵，影響通行效率，嚴重時排隊車輛通過下匝道反溯至主線，影響主線車輛的通行。

現(xiàn)實狀況中菱形立交建設常受地形、地物、公路收費、重要結(jié)構(gòu)物和工程造價等因素的限制，且有時出于交通安全方面的考慮，傳統(tǒng)菱形立交形式不再適用，需通過靈活地改變立交布局進行適應。要從多種多樣的立交形式中找到最適合的線形，不僅要充分結(jié)合地形，考慮構(gòu)筑物的避讓，還要適應景觀及較優(yōu)的功能性、經(jīng)濟性，從而形成各類變異的菱形立交形式。

2 傳統(tǒng)形式的菱形立交

傳統(tǒng)形式的菱形立交是指2條十字相交道路中的主要道路以分離形式上跨或下穿次要道路,在相交道路為坐標軸的4個象限內(nèi)，4條匝道與被交道路形成兩處平面交叉的總體布局形式(見圖1)。

在道路工程建設中，考慮城市用地的集約性及進一步提高菱形立交平面交叉口的通行能力，常將標準菱形立交中的2個平交口合并為一處，形成單點式菱形立交[見圖2(a)]，通過合并交叉口將6個沖突點減少為4個，在一定程度上提高通行效率，減少交通事故；有時為考慮沿線居民出入，需結(jié)合沿線聯(lián)絡輔道進行布置[見圖2(b)]。為提高被交叉道路側(cè)平面交叉的通行能力，在標準菱形的基礎上還可派生出分裂菱形和雙向通行的分裂菱形等形式。

圖1 標準菱形立交示意圖

圖2 單點式菱形立交示意圖

另外，較常用的菱形立交還有環(huán)形互通立體交叉(見圖3)。環(huán)形立體交叉是在確保主要道路直行交通快速通過交叉口，不受其他方向交通影響的基礎上，其余左轉(zhuǎn)彎均依靠環(huán)形匝道來完成，并在環(huán)形匝道上將交叉沖突轉(zhuǎn)化為交織沖突的一種互通式立體交叉形式。當相交道路為主要道路和次要道路時，可采用2層式環(huán)形立體交叉[見圖3(c)]；若相交道路為主要道路與主要道路，可采用3層式環(huán)形立體交叉[見圖3(d)]，2條相交主要道路位于環(huán)形交叉路口的上層或下層，確保直行車輛快速通過。

環(huán)形立體交叉的通行能力受環(huán)形匝道處交織區(qū)通行能力的限制，當環(huán)形匝道上某一左轉(zhuǎn)交通流量較大時，交織車流量增加，易造成環(huán)島交通擁堵、車輛延誤增大、事故率上升。因此，環(huán)形立體交叉通常應用于左轉(zhuǎn)交通量不大的交叉口。

圖3 環(huán)形互通立體交叉示意圖

3 變異菱形立交

變異菱形立交一般分3種情況：1) 空間受限。正常菱形立交匝道布置在坐標軸的4個象限，當某個象限內(nèi)受建筑、高邊坡、地形等限制不宜布置匝道時，該象限內(nèi)匝道被迫利用其他象限的空間，即因空間受限而產(chǎn)生的變異菱形立交。2) 公路收費。對于一般菱形立交，由于其4條匝道分布于相交道路的4個象限內(nèi)，若公路連接地方道路，則需建立4個收費站，這樣不僅造成立交規(guī)模增大，而且不利于收費管理。為減少收費站，提高公路收費的便捷性，調(diào)整匝道布置形成變異菱形立交。3) 基于交通安全、通行效率考慮，通過菱形立交變形減少沖突點個數(shù)或?qū)⒔徊鏇_突變?yōu)榻豢棝_突，達到改善交通安全、提高通行效率的目的。

3.1 空間受限型變異菱形立交

(1) 匝道交叉型。該變異菱形立交一般是由于用地限制或路網(wǎng)限制而將有限制因素側(cè)的2條匝道整體平移至無限制條件側(cè)，主線兩側(cè)4條匝道相互交叉，對稱分布于主線的2個象限內(nèi)。如廣州南沙港快速大學城節(jié)點立交(見圖4)，該節(jié)點地塊位于官洲水道和三支香水道之間，河道有通航凈空要求，在跨越官洲水道和三支香水道時主橋縱斷面具有較高的設計標高，為便于匝道展線、控制匝道規(guī)模，將兩對菱形匝道向地塊中間靠攏，形成匝道交叉型變異菱形立交。圖5所示廣東省道S274線-開平市祥龍立交是該類菱形立交的另一經(jīng)典案例，該立交不僅解決了地塊限制問題，還實現(xiàn)了與周邊路網(wǎng)的良好銜接。

(a) 工程地理位置 (b) 效果圖

圖4 廣州南沙港快速大學城節(jié)點立交

圖5 廣東省道S274線-開平市祥龍立交效果圖

(2) 空間受限型菱形立交的其他變種。1) 因某一象限空間受限而產(chǎn)生的菱形立交變種——半菱形+部分苜蓿葉形(見圖6)。由于經(jīng)苜蓿葉變形后匝道線形指標相對較低，需做好視線誘導及交通標志提示。2) 因匝道與次要道路相交產(chǎn)生的2個平交口與相鄰道路產(chǎn)生的平交口過近而產(chǎn)生的變異，如佛山市順德區(qū)倫教互通立交。在進行初步設計時曾提出菱形立交方案，考慮到被交路上短距離內(nèi)存在3個平交口，交通組織困難，且難以滿足遠景年通行能力要求，經(jīng)多方案比選，最終采用圖7所示變形苜蓿葉方案。該方案本質(zhì)上是菱形立交的變形，功能與菱形立交方案相當。

圖6 半菱形+部分苜蓿葉形立交示意圖

圖7 佛山順德區(qū)倫教互通立交平面圖

3.2 考慮收費站因素時的變異菱形立交

考慮國內(nèi)公路收費的特殊性，當菱形立交用于公路立交設計時，為方便收費管理、控制投資，可通過調(diào)整匝道布置減少收費站的設置，控制投資、節(jié)約造價。

(1) 變異菱形立交——1個收費站(見圖8)。這種變形實質(zhì)上為三叉菱形立交的變種，其功能類似于單喇叭立交。但相對于單喇叭立交，這種變異菱形立交的2條左轉(zhuǎn)匝道對稱布置，適用于立交節(jié)點左轉(zhuǎn)交通量相差不大的情況。該變形在左轉(zhuǎn)匝道相交處存在一平面交叉，需做好交通組織及交通誘導。

圖8 變異菱形立交——1個收費站

(2) 變異菱形立交——2個收費站(見圖9)。變異菱形收費立交可改善普通菱形立交設置收費站的不足，將4個收費站集中減少到2個，尤其適用于高架道路上收費立交，不需增加跨線構(gòu)造物，簡單而實用，占地更省。花肇(花山—肇慶)高速公路國泰互通立交就采用了這種形式(見圖10)。

圖9 變異菱形立交——2個收費站

圖10 國泰互通立交平面圖

3.3 基于交通安全、通行效率考慮的變異菱形立交

菱形立交具有保證主線交通快速通過的優(yōu)點，其應用瓶頸主要在于轉(zhuǎn)向交通的交通組織、通行效率，對傳統(tǒng)菱形立交通過變形可優(yōu)化其轉(zhuǎn)向交通、改善其通行效率，從而提高其交通適應性。

如圖11所示，該變異菱形立交主要考慮減少上下匝道的左轉(zhuǎn)交通流對橫向道路交通的影響，為保證橫向交通的通行能力，上下匝道均布置在橫向道路上，遠離菱形立交，左轉(zhuǎn)交通均通過先右轉(zhuǎn)再掉頭的方式實現(xiàn)左轉(zhuǎn)，4個左轉(zhuǎn)交通組成一個紡錘形交通環(huán)島。其主要優(yōu)點：對主線前后交通和地物影響很小，也適合于前后路網(wǎng)間距較小的情況；變地面轉(zhuǎn)向信號交通為紡錘形連續(xù)流交通，減少交通延誤；消除地面交通沖突點，變交叉點為交織；轉(zhuǎn)向交通視野更開闊，可降低傳統(tǒng)菱形立交因交通視距不足而導致的交通事故率。

圖11 變異菱形立交——左轉(zhuǎn)繞行方案

3.4 菱形立交的其他變形

圖12為國外某菱形立交。其設計目的，一是為了圈地；二是在國外開車，駕駛員每隔2 h左右就會自覺休息，故往往在立交中布置很多休息飲食區(qū)。其缺點：占地過大，占地面積是普通城市立交的好幾倍；對城市路網(wǎng)切割大，這種立交形式的主線兩側(cè)看起來雖然與匝道交叉菱形相似，但被交道路的直行交通不暢，目前國內(nèi)已很少采用。

圖12 國外某菱形立交典型收費站

4 結(jié)語

匝道交叉型菱形立交主要適用于因地形或路網(wǎng)等因素限制，不便于匝道展線的情況，可結(jié)合具體地塊及現(xiàn)狀路網(wǎng)進行布設，形成較經(jīng)濟合理的立交方案；考慮公路收費而進行的菱形立交變異，主要用于公路立交設計采用菱形立交方案時，為方便收費管理、控制投資，通過調(diào)整匝道布置減少收費站的設置，控制投資、節(jié)約造價；基于交通安全、通行效率考慮而進行變異的菱形立交，其目的主要是改善菱形立交中次要道路轉(zhuǎn)向交通的交通組織、通行效率，通過適當?shù)淖冃翁岣吡庑瘟⒔坏慕煌ㄟm應性。在進行具體菱形立交方案設計時，應綜合各方面因素，因地制宜地選擇立交形式，安全、經(jīng)濟地實現(xiàn)立交功能，達到立交設計目標。