一種立交匝道線形優化方法

謝 偉 強

(廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510517)

1 概述

經過多年的高速公路建設，隨著設計與工程經驗的不斷積累，立交工程設計變得越來越規范和成熟。2014年交通運輸部頒布了JTG/T D21—2014公路立體交叉設計細則,對立交的選址、布局、選型、線形乃至分合流鼻端細節設計提出規范的要求，很大程度上豐富了《路線設計規范》關于交叉工程的內容和深度。但是立交設計者往往都是根據交通量、擬定的設計車速、套規范，按路線設計的一般做法，簡單地把線段與線段作滿足標準連接來進行立交基本單元——匝道的線形設計，對于其是否滿足汽車的實際運行要求則不予關注，目前也沒有通用的方法去評價匝道線形的優劣進而改進。這樣的設計，由于線段速度的不均勻甚至相差較大，事實上會由于設計平縱面指標過高導致“誘導”車輛提速沒必要而造成能耗，又或者滿足標準規范的基本要求但車速事實上是低的導致局部通行能力下降不能達到期望速度造成了擁堵甚至交通事故。本文結合某高速公路工程匝道線形設計案例，利用簡單計算及查表法對匝道線段速度進行檢查，分析匝道線形存在不足并加以改進，以得到較優的匝道線形，為立交總體設計打下基礎。

2 匝道線形分析與優化

2.1 速度分析的必要性

為改進汽車在匝道內的交通行駛性能與通行能力，避免線形指標不足帶來的不利影響，進行速度的檢驗是公認的設計方法。設計成果如與運行速度不相符，很有可能出現擁堵或者追尾等交通事故。因此對匝道線段速度計算并進行分析加以改進很有必要。

2.2 匝道線段計算速度與運行速度的計算

2.2.1圓曲線段計算車速

回旋線線段計算車速:

V計算=(6.83×A)2/3。

其中，q為匝道的(超高)橫向坡；f為舒適度系數，一般取f=0.15；A為匝道平曲線回旋線參數。

理論證明，通過增大平曲線半徑、加大回旋線參數以及加長匝道長度可增加線段的計算速度。

2.2.2匝道運行速度的計算

參考外國專家意見，匝道運行速度V運行=0.9×V計算。

由于篇幅所限，本文僅列出某立交兩條匝道(也是立交設計的兩種典型匝道),其中一條進口匝道(由匝道收費站逐漸加速駛入主線的匝道)及一條出口匝道(由主線駛出逐漸減速進入匝道收費站的匝道)速度計算并進行分析加以改進案例。

工程案例：某平原微丘區地形高速公路主線設計車速為100 km/h(根據JTG B05—2015公路項目安全評價規范B.2.8條立交范圍主線交織區的運行速度小汽車最大折減值-8 km/h,V運行=92 km/h)，與某二級公路相交需設置一般性互通立交，設計采用A型單喇叭立交方案，匝道設計車速40 km/h(根據JTG/T D21—2014公路立體交叉設計細則，圓曲線一般最小半徑R=60 m,緩和曲線最小參數A=35,分流鼻附近匝道緩和曲線極限最小參數A=80)，設置匝道收費站。現設計主線縱坡為i=+1.4%的進口匝道及主線縱坡為i=-1.1%的出口匝道。

1)進口匝道：設計要求速度應逐漸增加。

分析表1：回旋線線段A1=75.58時V運行明顯偏大(大于緊跟連接的圓曲線R2=120 m的V運行)，發揮不了作用，可適當降低回旋線參數，調整為A1新=57.76(大于40 km/h設計時速對應的回旋線最小參數要求)，此時的V計算新=53.79 km/h(V運行=48.41 km/h)與后續R=120 m平曲線連接起來速度逐漸增加有利于汽車加速。查表2當運行速度V運行=0 km/h～48.41 km/h～63.39 km/h需要的理論逐漸增速長度L理論=3+8+15+22+53×80%(均查+2.5%值)+37×20%+45+77×30%(均查-0.5%值)=166 m(小于設計匝道累計長度的285.69 m)設計滿足逐漸增速的要求，匝道逐漸增速長度有富余。與進口匝道連接的主線縱坡i=+1.4%時查表2(查i=+1.5%的值)，回旋線A2與主線連接V運行=63.39 km/h～92 km/h的加速長度L加速=111×70%+128+259+290×20%=523 m，需要在主線加寬而設置的加速車道長度長、工程費用高。考慮加大該段回旋線參數提高接入段車速，調整為A2新=120.53此時的V計算=87.84 km/h(V運行=79.05 km/h)查表2需要的加速長度L加速新=128×10%+259+290×20%=330 m，加速車道的長度縮短。同時根據分段速度分析，原匝道收費站位置可以利用富余的匝道逐漸增速長度適當向主線方向前移，增加收費站中心到被交道路的距離，有利提高與被交道路平交口的通行能力。

表2 出口匝道分段長度和車速計算

2)出口匝道：設計要求速度應逐漸降低。

分析表3：回旋線線段A2=73.11時V運行明顯偏大(大于緊跟連接的圓曲線R2=95 m的V運行)，發揮不了作用，可適當降低緩和曲線參數，調整為A2新=48.57(大于40 km/h設計時速對應的緩和曲線最小參數要求，A2新回旋線段長度24.83 m),此時的V運行新=47.92 km/h(V運行=43.1 km/h)與前一段R=95 m平曲線連接起來速度逐漸減少有利于汽車行駛。與出口匝道連接的主線縱坡i=-1.1%時查表4(查-1.0%的值)，V運行=92 km/h～65.88 km/h需要的減速長度L減速1=39×20%+35+30+26×40%=83 m,i=+0.47%時查表4(查+0.5%的值)，V運行=65.88 km/h～43.10 km/h需要的減速長度L減速2=25×60%+21+17×70%=48 m；i=-1.3%時查表4(查-1.0%的值)，V運行=43.1 km/h～0 km/h需要的減速長度L減速3=18×30%+14+10+6+2=38 m,V運行=92 km/h～0 km/h逐漸減速理論長度合計L減速=83+48+38=169 m，出口匝道逐漸減速(V運行=92 km/h～0 km/h)實際總長度L減速新=33.75+88.51+58.54+24.83+37.36=243 m(大于169 m理論值)比原設計長274.42 m短，優化后匝道線形更合理。根據分段速度分析，原匝道收費站位置還可以向主線方向適當前移，可增加收費站中心到被交道路的距離，有利于提高與被交道路平交口的通行能力。

表3 變速加速距離(分級)

表4 變速減速(慢剎車)距離(分級)

3 結語

立交設計時對匝道初擬線形分段進行速度計算并加以分析優化改進，可避免設計速度的不足或過高，更符合汽車駕駛規律，減少司機不必要的變檔變速操作，有利車輛快捷安全行駛，提高匝道通行能力。根據個人工程經驗，設計進、出口匝道線形時宜優先及重點檢查與主線、收費站連接處線段平曲線設計指標。