互通立交設(shè)計(jì)中存在的問題及優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐 旺，李鑫鑫

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 濟(jì)南市 250031)

互通立交設(shè)計(jì)階段，根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃、功能定位、地形、地物、地質(zhì)等條件，確定互通立交方案后，具體線形指標(biāo)的選擇需參考規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定，然而規(guī)范給定的只是設(shè)計(jì)指標(biāo)的最小值，實(shí)際工程中，如何靈活選擇合適的設(shè)計(jì)指標(biāo)，缺乏指導(dǎo)性意見，使得設(shè)計(jì)人員認(rèn)為只要滿足規(guī)范就是合適的設(shè)計(jì)方案，常導(dǎo)致一些合規(guī)不合理的設(shè)計(jì)，給公路后期的運(yùn)營帶來諸多不利的影響。

1 環(huán)形匝道半徑設(shè)計(jì)

1.1 圓曲線半徑取值偏低

喇叭形互通立交與苜蓿葉形互通立交分別作為一般互通立交與樞紐互通立交采用的主要型式，均存在環(huán)形匝道設(shè)計(jì)。環(huán)形匝道設(shè)計(jì)速度一般為40km/h[1]，常規(guī)的線形設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員本著減少占地的工程經(jīng)濟(jì)性原則，按照滿足規(guī)范規(guī)定的一般值選擇指標(biāo)，圓曲線半徑取一般值R-60m，指標(biāo)的統(tǒng)一化使得設(shè)計(jì)人員循規(guī)直接使用，但未考慮到后期可能存在的限制性問題。

因通行能力不足而對(duì)公路進(jìn)行拓寬改造的項(xiàng)目日益增多，主線因車道數(shù)增加的需要增大了路基寬度，原互通立交匝道出入口接線需重新設(shè)計(jì)。工程改造有兩種方案：一種是因通行能力不足或地方規(guī)劃更新，需拆除現(xiàn)狀的互通，建設(shè)新的互通；另一種是立交的通行能力仍能滿足要求，只需結(jié)合主線的加寬方案，對(duì)互通立交進(jìn)行局部的調(diào)整。第二種改造方案本著經(jīng)濟(jì)性考慮，多選擇最大化利用既有工程，因此僅是調(diào)整匝道的出入口接線即可。對(duì)于喇叭形互通立交而言，不論是A型喇叭還是B型喇叭，圓曲線半徑為60m的環(huán)形匝道端部改造時(shí)，若仍保持最小半徑為60m進(jìn)行接線，因空間限制會(huì)導(dǎo)致無法完成端部的接線設(shè)計(jì)，在不過分?jǐn)U大互通改造區(qū)域的前提下，需將圓曲線的半徑減小，采用半徑為55m或50m的圓曲線接線。樞紐互通立交中的環(huán)形匝道受到外側(cè)定向或半定向匝道的距離限制，同樣因沒有理想的改造空間而減小半徑。平面圓曲線半徑的減小，導(dǎo)致本就不高的環(huán)形匝道的線形指標(biāo)進(jìn)一步降低，車輛未能充分減速的情況下，易發(fā)生碰撞護(hù)欄或側(cè)翻事故，給運(yùn)營階段的路段安全運(yùn)行帶來不利的影響。

1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為避免后期公路改擴(kuò)建時(shí)環(huán)形匝道線形指標(biāo)由一般值降為極限值，應(yīng)在前期設(shè)計(jì)階段合理控制工程規(guī)模的前提下，將環(huán)形匝道的圓曲線指標(biāo)適當(dāng)增大，預(yù)留后期主線的加寬條件。

對(duì)于雙向四車道公路，應(yīng)預(yù)留遠(yuǎn)期拓寬為雙向八車道的接線條件，考慮車道數(shù)、路肩以及提高設(shè)計(jì)速度等變化，單側(cè)路基寬度增加約10m，建議圓曲線半徑由60m增大到70m。

對(duì)于雙向六車道公路，應(yīng)預(yù)留遠(yuǎn)期拓寬為雙向八車道或雙向十車道的接線條件，綜合考慮預(yù)留空間與節(jié)約占地，建議圓曲線半徑由60m增大到65m。

2 雙車道匝道的單車道出入口設(shè)計(jì)

2.1 漸變段長度取值單一

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[1](JTG D20—2017)規(guī)定，交通量低于1200pcu/h、長度超過500m的匝道因滿足超車需要采用Ⅱ型雙車道斷面，出入口采用單車道[1]。按照規(guī)定：出口設(shè)計(jì)為不低于40m的單車道等寬段+不低于70m的單車道變?yōu)殡p車道的漸變段，入口設(shè)計(jì)為不低于60m的雙車道變?yōu)閱诬嚨赖臐u變段[2]。規(guī)范給定了各個(gè)寬度變化段落的最小長度，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)速度、交通量等客觀條件靈活選用指標(biāo)，但實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)人員不加區(qū)分地對(duì)于設(shè)計(jì)速度不同的匝道(40～80km/h)均采用出口40m+70m、入口60m的車道漸變?cè)O(shè)計(jì)，缺乏適用性與合理性。設(shè)計(jì)速度較高的匝道，即使交通量較低，臨近合流鼻端時(shí)，內(nèi)側(cè)超車的車輛因距離短導(dǎo)致無法完成超車，只能強(qiáng)行變道或急剎車等待機(jī)會(huì)變道，易發(fā)生側(cè)向刮擦或追尾等事故。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

匝道出口位置由單車道漸變?yōu)殡p車道，行車條件改善，40m的單車道等寬段+70m的單車道變?yōu)殡p車道的漸變段組合設(shè)計(jì)可滿足設(shè)計(jì)速度40～80km/h的匝道要求。

匝道入口位置由雙車道漸變?yōu)閱诬嚨溃熊嚄l件變差，應(yīng)根據(jù)不同匝道設(shè)計(jì)速度采用相應(yīng)的漸變段長度，如式(1)所示[3]:

(1)

式中：L—漸變段的長度(m)；

v—設(shè)計(jì)速度(km/h)；

W—縮減寬度(m)。

匝道設(shè)計(jì)速度不超過60km/h時(shí)，車道寬度采用3.5m；匝道設(shè)計(jì)速度超過60km/h時(shí)，車道寬度采用3.75m。結(jié)合不同的匝道設(shè)計(jì)速度及斷面車道寬度，根據(jù)式(1)計(jì)算得到漸變段長度如表1所示。

3 匝道停車視距

3.1 停車視距不足

(1)左轉(zhuǎn)半直接式匝道

一般T型互通立交中左轉(zhuǎn)方向匝道采用Ⅰ型或Ⅱ型斷面；樞紐互通立交中交通量較大的左轉(zhuǎn)方向，多采用內(nèi)轉(zhuǎn)彎或外轉(zhuǎn)彎半直接式雙車道匝道，匝道斷面為Ⅱ型或Ⅲ型。匝道左側(cè)硬路肩小于右側(cè)硬路肩，左側(cè)橫向凈距小于右側(cè)橫向凈距，因此分析匝道視距，選取最不利位置的左側(cè)車道上的行駛車輛。

表1 雙車道匝道漸變?yōu)閱诬嚨涝训浪铦u變段長度

Ⅰ型、Ⅱ型匝道左側(cè)硬路肩為1m，橫向凈距為：1+3.5/2(或3.75/2)=2.75m(或2.875m)。

Ⅲ型匝道左側(cè)硬路肩為0.75m，橫向凈距為：0.75+3.5/2(或3.75/2)=2.50m(或2.625m)。

匝道基本路段停車視距如表2所示[1-2]。

表2 匝道停車視距

以一般地區(qū)設(shè)計(jì)速度60km/h的外轉(zhuǎn)彎左轉(zhuǎn)半直接式匝道為例，匝道斷面為Ⅱ型，平面最小圓曲線半徑為150m，左側(cè)車道位置車輛橫向凈距為2.75m，計(jì)算停車視距僅為57.5m，小于規(guī)范規(guī)定的一般值75m的要求。

(2)右轉(zhuǎn)直接式匝道

Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型匝道右側(cè)硬路肩均為3m，橫向凈距為：3+3.5/2(或3.75/2)=4.75m(或4.875m)。

以積雪冰凍地區(qū)設(shè)計(jì)速度80km/h的右轉(zhuǎn)直接式匝道為例，匝道斷面為Ⅲ型，平面最小圓曲線半徑為280m，右側(cè)車道位置車輛橫向凈距為4.875m，計(jì)算停車視距為105m，小于規(guī)范規(guī)定的一般值135m的要求。

匝道路段車輛行駛速度雖較低，但停車視距滿足不了的情況下，仍存在特殊情況導(dǎo)致的安全事故。特別是樞紐互通立交中，匝道上掉落有較大的障礙物時(shí)，因難以及時(shí)清理，發(fā)生交通事故后，會(huì)對(duì)路段、甚至路網(wǎng)的交通造成較大不利影響。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)平面圓曲線半徑設(shè)計(jì)

根據(jù)匝道設(shè)計(jì)速度以及斷面的型式，選擇合適的平面設(shè)計(jì)指標(biāo)，避免因設(shè)計(jì)指標(biāo)的不合理給路段運(yùn)營埋下安全隱患。不同圓曲線半徑對(duì)應(yīng)的橫凈距如式(2)所示[1，4]：

(2)

式中：m—所需橫凈距(m)；

R—內(nèi)車道圓曲線半徑(m)；

S—停車視距(m)。

根據(jù)式(2)，計(jì)算得到特定設(shè)計(jì)速度下，滿足相應(yīng)停車視距的平面圓曲線最小半徑，見表3、表4。

表3 滿足左轉(zhuǎn)相應(yīng)停車視距的最小圓曲線半徑

表4 滿足右轉(zhuǎn)相應(yīng)停車視距的最小圓曲線半徑

(2)增加硬路肩寬度

為控制互通立交的占地與工程規(guī)模，平面圓曲線半徑指標(biāo)無法滿足表3、表4中相應(yīng)要求時(shí)，可通過增加左側(cè)或右側(cè)硬路肩的寬度的方式提高路段的停車視距，增加的寬度計(jì)算如式(3)所示：

(3)

式中：wz—硬路肩增加寬度(m)；

m—所需橫凈距(m)；

wr—硬路肩寬度(m)；

wc—行車道寬度(m)。

4 結(jié)論

通過分析工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)人員常采用的環(huán)形匝道圓曲線半徑、單車道出入口的雙車道匝道的漸變段長度、左轉(zhuǎn)半直接式匝道的圓曲線半徑指標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)際情況，提出環(huán)形匝道圓曲線半徑設(shè)計(jì)未預(yù)留主路拓寬改造空間、雙車道匝道漸變?yōu)閱诬嚨赖臐u變段長度未結(jié)合設(shè)計(jì)速度、左轉(zhuǎn)半定向匝道停車視距不足的問題，針對(duì)提出的問題，文章提供了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為設(shè)計(jì)人員選擇設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)提供了一定的指導(dǎo)。