公路和城市道路互通式立體交叉設計的差別分析

布文超、薛李松

[遠洲大道（北京）工程咨詢有限公司西安分公司，陜西 西安 710000]

0 引言

公路和城市道路共同承擔著區域交通運輸職能，由于兩者所處地理空間不同，在發揮運輸基本功能的同時無法做到彼此取代。一般而言，公路以城市外圍區域運輸為主，而城市道路等級多，交通人流及車流在速度設定上有所差異。在城市化擴張的過程中，公路與城市道路交叉匯流及融合，兩者聯系趨于緊密。為使各自發揮運輸優勢，在設計上應著重分析及研究公路及城市道路的差別。

1 公路和城市道路互通式立體交叉設計差別概述

公路與城市道路從最初功能形態看，作為現代交通系統的兩個主要的運輸服務形式，其在社會交通日常分流及運轉上起到重要作用。當前，城市化進程加快推進，公路及城市道路逐漸實現了聯通和融合，對公路及城市道路設計及施工帶來了觀念、技術及模式上的轉變更新[1]。但公路及城市道路天然具有不同屬性，兩者的互通式立體交叉設計需考慮公路和城市道路通行范圍及服務內容上交換的差異性，在設計研發及施工技術缺陷彌補等方面進行調研及補強，如圖1所示。

圖1 公路和城市道路互通式立體交叉設計示意圖

2 公路和城市道路互通式立體交叉設計差別的具體體現

2.1 交通服務對象差異性

公路和城市道路在日常運行中，人流及車流等服務對象有所差異，這一差異性體現較為明顯。通常而言，公路設計等級適中，主要考慮大型車輛及中型機動車輛行駛需求，城市道路以市政服務為主要設計取向，多用于小型機動車、非機動車及行人等通行，基于這一差異性，在公路及城市道路設計施工環節要以兩者各自功能發揮為出發點，采取相應的施工措施方法，確保公路及城市道路在使用周期壽命及整體質量穩定性上滿足要求。交通服務對象的不同也帶來了兩者互通式立體交叉設計的差別[2]。在開展設計實踐時，車輛類別、道路等級、外觀參數等要素都需要考慮，以確保車輛安全通行，而在機動車輛及非機動車輛這兩類服務對象的分流上，分行立體交叉設計及混行立體交叉設計兩種設計方式應用較多，在確定合適的車輛服務類型時，劃分依據涵蓋車輛物理特征、道路硬性指標、橫斷面積寬度、彎道寬度等多個要素[3]。

2.2 通行設計速度差異性

公路及城市道路互通式立體交叉設計差別另一個體現是在道路通行設計速度方面。在對公路及城市道路開展設計施工時，需要考慮的設計要素眾多，其中涉及設計速度的因素有道路本身的等級性質及功能特點，施工建設所處區域的地質狀況，周邊區域自然及人文規劃，施工方案等。例如，公路需要跨越不同自然環境及地質地貌時，道路行車距離要保證安全性，必然要對前后行車間距進行控制，而車距的控制又需要借助通行設計速度來實現。在公路及城市道路互通式立體交叉設計時，在確定連接交叉方案時，設計人員主要以匝道方式貫通公路主線和城市立交，然后采用空間上下分隔的方式疏導車輛。一方面保證行車安全，另一方面通過分區及匝道控速降低堵車概率。在匝道這一關鍵的連接部位的設計速度控制上，要全面分析匝道地質條件及其與城市道路和立交的交叉及轉彎角度，設定連續并且均衡的運行速度，滿足主線行車速度要求，同時兼顧車輛駕駛及乘車者的舒適體驗性。具體到設計速度的差異上，公路設計時速高于互通式立體交叉設計時速，城市道路設計時速考慮行車復雜性相對最低[4]。

2.3 道路建筑限界差異性

道路通行過程中要保證車輛及行人的安全性，需要確保道路全程順暢，這就對道路建筑限制提出了要求。從定義上看，道路建筑限界是針對荷載流量大的道路，在某一高度或寬度區間內規定不應存在行車障礙物。具體到限界標準參數的選定，主要是參照《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)及相關制度規范。在道路建筑限界上，公路、城市道路及兩者互通式立體交叉設計也存在差異性，公路根據自身的等級劃分凈高限制區間，如高速公路及一部分一二級公路，限界或限高數值為5m，三四級公路，限界或限高數值為4.5m[5]。然而，從《城市綜合交通體系規劃標準》（GB/T51328—2018)中可知，有軌及無軌電車的高度分別為＜5m 及＜4.5m，普通機動汽車則應在4m 高度之內。以上相應高度限界數值取最低值，在具體設計時應滿足這一基本要求。公路與城市道路互通式立體交叉設計在道路建筑限界上，需要考慮道路的類型，尤其是行車車輛的類型，根據實際情況選擇執行相關標準。

2.4 道路行車停車視距差異性

公路與城市道路互通式立體交叉設計差別的相關內容中，行車停車視距方面的差異性也體現得較為明顯。道路行車停車視距的含義是在某類道路車道中行駛時，發現行車前方存在障礙物急需緊急停車狀況時車輛制動需要的距離?？紤]行車速度，停車視距需要盡量縮短，在具體界定這一距離參數時，主要參考安全距離、車輛制動距離及車輛駕駛人員反應距離。從差異性上看，公路及城市道路都具備基本的行車通行保障功能，在停車視距的界定上基本保持統一區間，但如車輛行駛速度加快并保持較高的時速時，公路及城市道路停車視距參數存在一定差別。高速公路及一級公路應采用停車視距；二、三、四級公路采用會車視距，如采取分道行駛措施則采用停車視距；二、三、四級雙車道公路應間隔設置路段，該路段能夠滿足超車視距；公路在互通立交出入口路段要滿足識別視距，同時存在受限路段時，停車視距增加1.25 倍；城市道路停車視距通常情況下只需考慮停車視距及會車視距，立交時停車視距增加1.25 倍。在停車視距反應時間上，城市道路以1.2s 為參照，公路則以2.5s為依據，同時城市道路視距計算應預留5m 安全距離[6]。此外，在道路弧度路面設計上，多以最小直徑作為計算參數值，通過路面弧度設計，進一步保障道路車輛駕駛員行車、停車、超車、識別、會車視距，確保道路安全性。在道路弧度路面最小半徑方面，公路、城市道路及立交因具備不同的停車視距，相應的標準及參數指標也存在差別，如圖2所示。

圖2 道路十字形交叉口視距示意圖

2.5 道路變速車道長度差異性

公路及城市道路交通互通式立體交叉設計中，不管是公路還是城市道路或兩者連接的匝道，都需要設置變速車道。從類型上看，變速車道主要由加速車道及減速車道兩類組成，這兩類車道通過對車輛行駛速度的調控，起到調節道路荷載流量的作用[7]。加速車道主要是車輛逐步由開始階段的匝道速度快速提高到公路正常行駛速度，減速車道主要是車輛逐步由公路正常行駛速度減速到匝道行駛速度。加速車道是安全加速直至與主線匯合，減速車道是由主線位置安全納入匝道。變速車道在長度及適用范圍上因公路及城市道路不通而需采取不同設計標準。從實際情況看，在公路設計中進行變速車道設計時，多采用西方較為成熟的標準，在變速車道的設計長度上主要參考道路實際狀況這一要素，進而根據道路而確定行車速度。從數值指標看，變速車道設計速度之間的差距范圍一般小于3 倍，由此也給我國公路及城市道路設置變速車道長度時提供了較大的區間選擇范圍。城市交通變速車道設計主要參考的要素是主線設計車速及匝道設計車速，將變速車道起點及車速形成區間作為設計對象，而互通式立體交叉設計中，取設計長度標準值時，則相對選取參數較高，以滿足不同類型車輛勻速及變速需求。此外，如道路行車車速穩定，達到匯流車輛的平均范圍，則互通式立體交叉等級相應就更低，匝道設計車速也更低，公路及城市互通式交叉設計加速長度差距就愈加明顯。

2.6 匝道及道路縱平面結合差異性

公路與城市道路互通式立體交叉設計除在以上幾個方面顯示出差異性外，同時還能夠借助劃分公路及城市道路空間分布的方式，達到匝道及道路縱面平面結合的效果，進而大大節約道路車輛行駛過程中的能源消耗成本及通行時間成本，使道路通行效率得到極大提高。匝道縱斷面線形在設計中應保持均衡連續，線形形式不能出現生硬或急劇變化的情況。匝道端部的應采用大豎曲線直徑，匝道匯入主線處縱斷面線形應設置一段與道路主線縱斷面線形一致的路段，對主線通視條件進行分析，便于及時識別匯入車輛[8]。匝道以緩坡為主，以緩縱坡作為匝道上坡加速及下坡減速的緩沖區。在匝道及道路縱平面結合上，公路與城市道路及城市立交存在數據取值上的差異性，設計人員需要考慮設計的安全性及合理性，采用現代化的設備及手段對設計及施工過程進行跟蹤監督，發現并及時修正設計施工中的問題，提高匝道的使用壽命，同時使互通式立體交叉設計能夠充分結合匝道與道路縱面平面。

2.7 公路與城市道路互通式立體交叉設計的要點及注意事項

公路與城市道路互通式立體交叉設計方式逐漸成為現代城市交通體系架構及運轉的主要設計手段。從其應用范圍上，在眾多城市道路交通網絡規劃中都能夠發現公路及城市道路的互通融合。這一交叉設計模式在我國交通經濟中起到重要促進作用。但基于不同公路形式及功能范圍的差異性，在采取此設計方式時應注意把握幾個要點和注意事項。

首先，互通式立體交叉設計在具體方向選擇上，主要有普通型互通式立體交叉方案及樞紐型互通式立體交叉方案。其中，前者主要是根據普通公路的不同而與高速公路進行連接的方式，這一設計方法常見常用；后者則是圍繞極為重要的道路干線而與高速公路及城市道路進行連接。在選擇兩種設計方案時，應因地制宜并做好道路周邊調研。常見的集中互通式立體交叉設計形式有喇叭形、苜蓿葉及局部苜蓿葉形、直連式及半直連式形。其次，公路與城市道路互通式立體交叉設計涉及諸多領域，其中的技術要點及措施多而雜，在具體進行設計時要在對不同道路類型功能屬性了解分析的基礎上進行，確保設計的深度及質量。例如，在匝道及互通式立交形式選擇上，要全面考慮功能、轉換交通量主流向、車流沖突、空間分層等要素，不能追求過高的指標及里程，確保功能及服務適中。

3 結語

城市化進程的加快，對交通設計規劃提出了更高的要求。公路與城市道路互通式立體交叉設計作為較為有效的方案，在城市交通的融合及區域經濟的活躍上發揮重要作用。基于不同等級規格道路的差異性，在進行互通式立體交叉設計時應對相應的差異性表現進行分析，然后在設計手法及參數標準上嚴格要求，確保設計方案的安全、成熟、可持續性。