互通式立體交叉部分設計要點分析

肖均華、黃朝燾、付朝雷

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

在高等級公路或城市快速路中，為保證主線行車的連續性、快捷性，在主線與被交道路交叉位置一般選立體交叉方式。立體交叉設計中，設計人員在匝道形式及設計速度的選用，主線圓曲線外側匝道接線方式的選取，分、匯流鼻位置超高選取與曲率半徑相適應，B 型單喇叭出口接環形匝道的設計等方面存在誤區。以《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）[1]為基礎，結合《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）[2]，參考《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）[3]的相關規范條文，結合工程中實例對其進行分析，以便設計人員能更好地掌握互通式立體交叉的設計原則和方法，提升設計質量。

1 匝道形式、斷面及設計速度的選用

在互通式立體交叉中，為提高各轉向交通運行效率，保證各個方向交通轉向互不干擾，往往需要設置互通匝道。匝道按照規范可分為直連式、半直連式和環形匝道等基本形式。匝道斷面可分為Ⅰ型（單向單車道匝道），標準路基段路基寬度9m；Ⅱ型（無緊急停車帶的單向雙車道匝道），標準段路基寬度10.5m；Ⅲ型（有緊急停車帶的單向雙車道匝道），標準段路基寬度12.25m；Ⅳ型（對向分隔式雙車道匝道）。結合相關規范及項目應用實踐，對上述匝道連接形式的適用情況、速度選取、斷面選擇進行歸納總結。

1.1 直連式

在具體的項目應用中，直連式（標準型）往往專指右出右進的右轉匝道，主要為直接右轉向車輛使用。一般互通式立交設計速度選用40～60km/h，樞紐式互通立交選用60～80km/h。設計中，宜盡量選用較高指標平縱面線形，采用指標上限值或中間值。較短的右轉匝道，往往采用Ⅰ型匝道；當匝道長度大于500m 時，應考慮超車需要，采用Ⅱ型匝道，此時采用單車道出入口；若右轉交通量極大，可采用Ⅲ型匝道，出入口采用雙車道。

1.2 半直連式

根據連接方式，半直連式可分為右出左進、左出右進、右出右進[4]。項目應用中，主要為左轉車輛使用，絕大多數半直連式采用右出右進式。根據行車軌跡，右出右進半直連式可分為內轉半直連式、外轉半直連式、迂回半直連式三種。

內轉半直連式設計速度宜選用60～80km/h；外轉半直連式設計速度宜選用40～60km/h；迂回半直連式設計速度宜選用30～60km/h。設計中，樞紐互通式立體交叉宜選用較高指標平縱面線形，采用指標上限值或中間值；一般互通式立體交叉可結合地形布設，采用指標的中間值或下限值。左轉半直連式匝道較長，如僅考慮超車需要，采用Ⅱ型匝道，此時采用單車道出入口，如交通量大，采用Ⅲ型匝道，出入口采用雙車道。

1.3 環形匝道

若左轉匝道的交通量較小，可選用環形匝道[5]。環形匝道常在喇叭互通、苜蓿葉樞紐中使用，設計速度宜選用30～40km/h，采用單車道形式。

2 主線圓曲線外側匝道接線方式的選擇

當匝道接線位于主線直線段和圓曲線內側時，匝道減速車道接線形式唯一，參照規范接線執行。接下來對疑義較多的位于主線圓曲線外側的匝道減速車道接線進行分析。

2.1 分類情況

依據《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）中11.3.8 條、《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）中10.2.8 條，主線圓曲線半徑值及超高的取值主要分為以下幾類：

主線圓曲線半徑大于2000m 且主線超高小于等于3%；

主線圓曲線半徑小于2000m 或主線超高大于3%；

主線圓曲線半徑小于或等于《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）表5.5.1 規定的一般最小值。

2.2 實例分析

根據規范條文，主線圓曲線外側匝道接線有以下幾種方案。

第一，當主線圓曲線半徑大于2000m 時，可采用直線+緩和曲線+圓曲線的完整回旋線的接線方式，此方式在《城市道路交叉口設計規程》（CJJ 152—2010）中有相關規定。采用此接線方式時，匝道減速車道鼻端位置宜采用與主線超高相反的橫坡，橫坡取值范圍可選取1%～2%。當主線圓曲線半徑小于等于2000m 時，不宜采用此種接線方式。在杭紹臺高速公路工程紹興金華段福全互通立交設計中，主線圓曲線半徑為4200m，減速車道D 匝道位于圓曲線外側，減速車道D 匝道采用直線+緩和曲線+圓曲線的接線形式（見圖1）。

圖1 福全互通平面圖

第二，主線圓曲線半徑大于2000m 且主線超高小于等于3%時，減速車道范圍內可采用與主線相同的線形。互通匝道與主線相接時，可采用主線的圓曲線偏置支距和控制流出角后直接接線的方式。采用此種接線方式，匝道減速車道鼻端位置宜采用與主線超高相同的橫坡。當主線圓曲線半徑小于等于2000m時，不宜采用此種接線方式。在國高網G8012 彌勒至楚雄國家高速公路玉溪至楚雄SJ-3 標段東華互通立交設計中，主線圓曲線半徑為3074.056m，減速車道D匝道位于圓曲線外側，D 匝道接線方式采用主線圓曲線按支距偏置后（R=3085.556m），按減速車道流出角要求接線（見圖2）。

圖2 東華互通平面圖

第三，主線圓曲線半徑小于等于2000m 或主線超高大于3%時，則需在分流鼻端范圍內，設置S 形回旋線向匝道的線形過渡。結合相關設計依據，采用此種接線方式時，建議采用平行式接線方式，接線起點為減速車道起點。匝道減速車道鼻端位置宜采用與主線超高相反的橫坡，橫坡的取值范圍可選取1%～2%。在西安外環高速公路（南段）西灃互通立交設計中，主線圓曲線半徑為1950m，D 匝道減速車道位于圓曲線外側，D 匝道平面設計在分流鼻端范圍內，設置A=300 和A=150 的S 形回旋線向匝道過渡接線方式（見圖3）。

圖3 西灃互通平面圖

主線圓曲線外側匝道減速車道接線方式應符合規范要求，可根據實際情況選用上述三種接線方案，其余接線方案均與規范要求不完全相符[6]。

3 分、匯流鼻端位置匝道超高計算及曲率半徑的選取

互通立體交叉設計中，根據規范要求，可以以分、匯流鼻端的曲率半徑為低值控制匝道的圓曲線半徑。部分設計人員在選取超高時考慮將匝道設置在直線或圓曲線內側，選用與主線相同超高，導致匝道選取的超高與對應的曲線半徑不符，這樣容易因離心力過大而影響行車舒適性。如主線設計速度為120km/h，正常路拱橫坡為2%；匝道設計時鼻端位置曲率半徑按《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）選用一般值R=350m，鼻端位置采用與主線相同的橫坡值，匝道超高取值為2%。而根據立交細則表9.2.5 匝道圓曲線路段超高值，在匝道設計速度為60km/h，圓曲線半徑為R=350m 時，最大超高選用6%的情況下，超高應選用4%，兩者差距較大。同時，匝道出入口鼻端運行速度往往比設計速度更高，結合匝道的運行速度，此種做法存在一定的安全風險。針對此種情況，應通過超高計算確定匝道的橫坡取值。

圓曲線半徑、橫坡、設計速度對應關系如下：

式（1）中：R——圓曲線半徑（m）；

V——設計速度（km/h）；

u——橫向力系數，取輪胎與路面之間的橫向摩擦系數；

i——路面橫坡或超高橫坡。

以主線正常路段橫坡按2%選取為例。高速公路不同設計速度分、匯流鼻平曲線的最小曲率半徑R=350m，R=300m，R=250m，R=200m，R=150m。在樞紐互通中，匝道設計速度經常選用取60km/h（不考慮運行速度），以此作為計算示例。匝道橫坡取2%，對應鼻端曲率半徑計算的橫向力系數如下：

當曲率半徑R=350m 時，u=0.6099；

當曲率半徑R=300m 時，u=0.0745；

當曲率半徑R=250m 時，u=0.0933；

當曲率半徑R=200m 時，u=0.1217；

當曲率半徑R=150m 時，u=0.1690；

根據規范要求，為保證車輛行駛的安全性和舒適性，橫向力系數u 取值為0.05～0.06 較為合適；當橫向力系數小于等于0.1 時，轉彎時感覺不到有曲線的存在，行駛很平穩。

在車輛運行過程中，運行速度往往比設計速度更高，故為保證行車的安全性和舒適性，在鼻端位置匝道設計中，應結合匝道的設計速度，優先采用與主線橫坡相匹配的匝道平曲線曲率半徑。條件受限時，應選取主線正常路段或圓曲線內側建議選用橫向力系數小于等于0.1 時的平曲線曲率半徑對應的超高值；圓曲線外側反向路拱匝道超高應取鼻端處匝道橫坡與主線橫坡的代數差，且不應大于6%。

4 B 型單喇叭出口接環形匝道需注意的要點

在互通設計中，設計人員往往容易忽略B 型單喇叭互通出口匝道接環形匝道的要求，按主線設計速度選取同一個標準進行設計[7]。結合《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）要求，B 型單喇叭出口匝道的設計需注意以下幾點要求：

第一，因主線出口接環形匝道的平面指標較低，宜采用高一個設計速度檔次的變速車道長度。

第二，大部分環形匝道設計速度采用40km/h。立交細則上設計速度采用40km/h 時，圓曲線最小半徑極限值為R=50m；但路線規范規定，設計速度40km/h 時，圓曲線最小半徑極限值為R=60m。故當采用出口環形匝道時，為保證行車的安全性，環形匝道內側圓曲線半徑宜按R=60m 控制，如條件受限，半徑小于R=60m，則建議將匝道的設計速度降低一個檔次進行限速設計。

5 結語

結合規范及以往設計經驗，對匝道形式及設計速度的選用，主線圓曲線外側匝道接線方式的選擇，分、匯流鼻端位置匝道超高計算及曲率半徑的選取，B 型單喇叭出口接環形匝道設計需注意的要點等進行了分析，希望為設計人員提供參考，在互通設計中規避設計不規范的問題，消除行車安全風險。