城市近郊高速公路互通立交與主線收費站合并設置方案研究

2022-02-20 12:02:22胡順峰

黑龍江交通科技 2022年12期

胡順峰

(廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，廣東廣州 510000)

機場高速作為城市近郊的快速通道，主要連接主城區和機場，高速起點位置的主線收費站往往位于主城區內，采取有效的措施特別是考慮主線收費站與互通立交節點合并設置，可大大節約用地并控制工程規模。

基于減少城市近郊高速互通立交的工程規模及減少用地角度考慮，通過對湛江機場高速起點主線收費站與山塘立交進行合并設置，并對其進行方案比選，可為類似工程提供借鑒。

1 概述

1.1 立交節點及主要控制因素概述

山塘立交是湛江機場高速與海東快線進行交通轉換的互通立交，海東快線為一級公路，雙向六車道，設計速度80 km/h，路基寬度32.0 m。山塘立交是本項目的起點，在原調順大橋與海東快線平交基礎上改造而成，改造內容主要為本項目主線上跨海東快線，設置為互通式立體交叉，并局部改造調順大橋終點路基段縱斷面。

該節點主要控制因素為周邊村落、民房、縣道X807及調順大橋工程。

1.2 交通量預測

山塘互通立交主交通流方向為湛江城區往返官渡方向，交通量為3 759 pcu/d，其余方向為1 445～2 581 pcu/d，轉向交通量均較小。根據交通量預測結果，該節點匝道均采用單車道匝道，設置單車道出入口。山塘互通立交2043年交通量預測見圖1。

圖1 山塘互通立交2043年交通量預測圖(單位：pcu/d)

2 立交與主線收費站合并總體設計方案

2.1 設計方案一

(1)方案一

由于本節點轉向交通量均較低，從降低工程規模、減少用地的角度考慮，設計方案一采用菱形立交與主線收費站結合的形式，主線收費站等寬段長165 m，收費島設置為7入9出，漸變率為1∶7。該方案遠期可擴建為全互通單環苜蓿葉型立交，擴建后主線收費站側匝道分合流鼻端不變，無需對主線收費站再次改造。

方案一匝道設計速度采用40 km/h，匝道最大縱坡3.974，圓曲線最小半徑700 m。新建匝道全長1.554 km。

(2)主線收費廣場中心與分流鼻距離計算

車輛從收費廣場內側車道向出口匝道運行過程應包括反應距離D1、等待間隙距離D2、變換車道距離D3和確認距離D4四部分組成[1]。本項目主線單向行駛車道數為3條，則車輛從收費廣場內側車道行駛至出口匝道所需的最小距離可由下列公示(1)計算

D=D1+3×(D2+D3)+D4

(1)

①反應距離D1

車輛在車道行駛時的反應距離計算公式如公式(2)所示

(2)

式中：D1為反應距離；V為行車速度;t1為駕駛員反應時間。

鑒于車輛剛使出主線收費廣場時速度較低，故此處行車速度V取40 km/h；根據相關研究表明，駕駛員的反應時間一般為3 s，由此計算出反應距離D1為33.3 m[2]。

②等待間隙距離D2

根據現有相關研究的結論，車輛尋找出一個可插入空隙的平均時間計算公式如公式(3)所示[3]

[1-eλ1(τc-τ)]

(3)

式中：t2為可插入空隙的平均時間;tc為車輛臨界間隙，根據相關研究，一般取值為4.0 s；τ為車頭時距最小值，根據相關研究，一般取值為1.2 s;λ1為目標車道車輛單位時間平均到達率(輛/s)，λ1=Q/3 600，Q為單車道高峰小時交通量。

本項目主線該路段交通量為44 632 pcu/d，由此計算得出：本項目車輛駛出收費廣場后尋找出一個可插入空隙的平均時間t2為1.1 s。當行車速度V=40 km/h時，等待間隙距離D2=40/3.6×1.1=12.2 m。

③變換車道距離D3

根據現有相關研究的結論，車輛橫移速度J=1 m/s[4]，本項目主線車道寬為3.75 m，故橫移時間t3取3.75 m，則變換車道距離D3可由公式(4)計算得出

(4)

式中：D3為變換車道距離;V為行車速度;t3為橫移時間。

將行車速度V=40 km/h帶入上式，可以計算出反應距離D3為41.7 m。

④確認距離D4

確認距離指車輛駛入外側車道后，在自由流狀態下確認出口匝道的安全距離，取值可按3 s行程計，則確認距離D4與反應距離D1相等，為33.3 m[5]。

綜上所述，車輛從收費廣場內側車道行駛至出口匝道所需的最小距離D=33.3+3×(12.2+41.7)+33.3=228.3 m。

山塘立交收費廣場中心與前方分流鼻凈距為280 m，滿足要求。

(3)通行能力分析

海東快線出口道為三條直行車道、一條直行左轉車道、一條右轉車道，匝道出口道為兩條左轉車道、一條右轉車道，信號周期為海東快線北行直行左轉30 s，海東快線南行直行左轉30 s，由機場下高速匝道左轉10 s,由調順下高速匝道左轉10 s,信號周期共88 s。

一個信號周期的通行能力為

Cap海東快線直行=1 650×3.5×(30/88)=1 969 pcu/h

Cap海東快線左轉=1 550×0.5×(30/88)=264 pcu/h

Cap匝道左轉=1 550×2×(10/88)=352 pcu/h

平交口各方向通行能力及交通量如表1所示。

表1 山塘立交方案一交通量分析表

由表1可見，方案一平交口通行能力滿足2043年交通需求。

2.2 設計方案二

本節點被交路海東快線為一級公路，設計速度80 km/h。且根據交通量預測，海東快線直行交通量較大，單方向直行交通量為26 464 pcu/d。

為減少對海東快線直行車輛的干擾，方案二近期采用單喇叭方案。遠期交通量增長后，在原單喇叭方案的基礎上完善為全互通立交。即近期實施A、B、C、D、G、I匝道，機場往山塘方向車輛可通過C匝道右轉進入海東快線，行至G匝道平交口處轉向。海東快線往調順方向車輛通過G匝道進入H匝道，再通過D匝道進入本項目主線。調順往山塘方向車輛可通過A、G匝道進入海東快線平交口進行轉向。山塘往機場方向車輛通過B匝道連接主線。遠期交通量增長后，通過拆除C、D、G匝道部分路基，新建C、D、E、F、G、H、J、K匝道，將本立交完善為全互通立交后，可取消海東快線的平交口。

方案二匝道設計速度采用40 km/h，近期匝道最大縱坡3.95%，圓曲線最小半徑60 m。近期新建匝道全長2.323 km。新建匝道橋2座，全長441.6 m。

山塘立交方案二交通量分析如表2。