城市道路互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)

馮紹偉

（中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100011）

1 引言

在路網(wǎng)系統(tǒng)中，互通立交在確保車輛高速、安全行駛方面發(fā)揮著重要作用。在互通立交設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有較多研究，如2001 年美國(guó)交通協(xié)會(huì)歸納了立交型式[1]，Baratian Ghorghi等人基于有限元分析軟件，優(yōu)化了立交匝道的布置[2]，Gibreel G M 等人綜合分析了立交線形設(shè)計(jì)的連續(xù)性問題，相對(duì)應(yīng)提出規(guī)范化設(shè)計(jì)流程[3]，左偉平則研究了匝道線形指標(biāo)等問題[4]，梁子偉則結(jié)合實(shí)際互通式立交項(xiàng)目，優(yōu)化了立交設(shè)計(jì)方案比選過程[5]。雖然關(guān)于立交設(shè)計(jì)已經(jīng)有較多的研究，但立交的優(yōu)化設(shè)計(jì)始終存在探索空間。本文將以城市道路互通立交為研究對(duì)象，在前人基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

2 立交線形優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 平面線形

主線以及匝道兩方面的平面線形設(shè)計(jì)是立交線形設(shè)計(jì)的主要類型。立交區(qū)域相比于普通路段有著更為復(fù)雜的交通行為以及較多線形影響因素，一般情況下，立交匝道包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)兩種類型，具體如圖1 所示。在互通立交線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)多使用直線或半徑較大的曲線進(jìn)行立交區(qū)域平面線形的設(shè)計(jì)，以增加立交區(qū)域平面線形的平順性，使行車更為穩(wěn)定，更加安全，效率更高。

圖1 立交匝道的基本形式

2.2 縱斷面線

在立交縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同的道路類型采用不同的設(shè)計(jì)方法。在新建立交中，受限于地形、地質(zhì)等因素，往往布設(shè)高架橋等構(gòu)造物。為確保構(gòu)造物的順暢運(yùn)行，縱斷面在構(gòu)造物段落應(yīng)盡量平緩。在改擴(kuò)建立交優(yōu)化中，原有道路的縱斷面線形受限于構(gòu)造物等限制因素?zé)o法開展較大的改動(dòng)，需仔細(xì)勘察測(cè)量現(xiàn)有道路后，擬合設(shè)計(jì)縱坡和豎曲線，對(duì)需改造縱面線形應(yīng)慎重分析。如果改建時(shí)發(fā)現(xiàn)原有的縱斷面指標(biāo)不符合要求，則可基于現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)高，結(jié)合勘察結(jié)果調(diào)整指標(biāo)，使其滿足現(xiàn)有規(guī)范。一般情況下，立體交叉不進(jìn)行大規(guī)模改建優(yōu)化，應(yīng)嚴(yán)格遵守“線形服從地形”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 平縱組合

道路中的立體交叉區(qū)域有著復(fù)雜的線形組合以及頻繁的變更車道等特點(diǎn)。為保證車輛在立交區(qū)域行駛足夠安全平穩(wěn)，立交路段應(yīng)較普通路段設(shè)置更高要求的線形。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，滿足平縱組合線形的基本要求之下，還應(yīng)符合如下條件：

1）順暢、過渡平穩(wěn)的平縱線形，避免出現(xiàn)突變點(diǎn)，確保車輛能夠快速安全地駛過立交區(qū)域。

2）平曲線半徑應(yīng)該與豎曲線的半徑大小保持基本一致。平曲線半徑過大但組合較小半徑豎的曲線，或平曲線半徑過小而組合半徑過大的豎曲線，都會(huì)對(duì)行車的安全性造成一定的影響。

3）立交區(qū)域不應(yīng)該設(shè)置過大的縱坡坡度，當(dāng)縱坡坡度較大時(shí)，不應(yīng)和小半徑的豎曲線直接相接，同時(shí)在立交區(qū)域還應(yīng)避免出現(xiàn)過大的合成坡度。

4）緩和曲線段應(yīng)盡量避免設(shè)置小半徑豎曲線。車輛在緩和曲線上行駛時(shí)需對(duì)行車方向進(jìn)行不斷調(diào)整，而車輛行駛在小半徑曲線上時(shí)車輛較難控制，對(duì)安全性有較大影響。

5）避免將平曲線起點(diǎn)設(shè)置到凹型豎曲線底部位置。車輛在下坡路段往往有較大的行駛速度，在轉(zhuǎn)彎時(shí)有過高的安全風(fēng)險(xiǎn)；且駕駛員往往忽略上坡路段的縱坡坡度，而采用不必要的換擋等操作，容易提高事故率。

3 立交匝道優(yōu)化設(shè)計(jì)

互通立交的主要目的是滿足不同方向車輛的交通轉(zhuǎn)換需求，互通立交由主線及匝道構(gòu)成。匝道是立體交叉的重要部分，立交形式直接由匝道布局形式?jīng)Q定。是否有合理的匝道技術(shù)指標(biāo)決定了立交服務(wù)性能以及車輛行駛時(shí)的安全程度。在城市互通立交設(shè)計(jì)時(shí)，分析立交匝道的交通特性，歸納匝道設(shè)計(jì)的問題，能更好地掌握匝道設(shè)計(jì)對(duì)于立交交通的影響，避免匝道優(yōu)化設(shè)計(jì)中的弊病，使立交交通的功能更好地發(fā)揮出來。

3.1 立交匝道交通特性及通行能力

3.1.1 車輛運(yùn)行特性

車輛在沒有收費(fèi)站的立交上，從某一道路經(jīng)過匝道行駛到另一道路中時(shí)的行駛速度為連續(xù)變化過程，主要可以分為分流段、減速段、勻減速段、加速段、合流段。車輛在設(shè)置有收費(fèi)站的立交上行駛時(shí)則需要經(jīng)過分流段、減速段、勻減速段、減速段、加速段、勻加速段、加速段、合流段幾個(gè)過程。

環(huán)形匝道、半直連匝道是互通匝道設(shè)計(jì)中最常用的匝道設(shè)計(jì)類型。針對(duì)車輛在半直連式和環(huán)圈式兩種類型的左轉(zhuǎn)彎匝道上的行駛速度變化情況進(jìn)行重點(diǎn)分析。相比之下，環(huán)圈式的匝道各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要比半直連式的差，因此，半直連式匝道往往有著更優(yōu)的行駛速度。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，車輛在半直連式匝道的行駛速度的峰值有兩個(gè)，而環(huán)圈式匝道的速度峰值往往僅有一個(gè)。具體如圖2 所示。

圖2 左轉(zhuǎn)彎匝道車輛運(yùn)行速度分布情況

通過對(duì)匝道運(yùn)行特性分析，使設(shè)計(jì)人員對(duì)車輛在匝道中的運(yùn)行特性增強(qiáng)了解，在城市互通優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)能更好地運(yùn)用分析結(jié)果，合理運(yùn)用不同類型的匝道。

3.1.2 匝道設(shè)計(jì)速度

互通立交匝道設(shè)計(jì)速度往往相近，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行速度不盡相同。對(duì)于有著較好線形的匝道而言，當(dāng)其設(shè)計(jì)速度低于實(shí)際運(yùn)行速度時(shí)，匝道超高不滿足實(shí)際運(yùn)行需求，對(duì)行車安全較為不利。在不良地形路段，若所設(shè)計(jì)的速度較高，則會(huì)使投資有所加大，浪費(fèi)資源。因此，在具體優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可打破常規(guī)，針對(duì)不同交通量、不同地形地質(zhì)條件的匝道單獨(dú)設(shè)計(jì)，并結(jié)合車輛的實(shí)際運(yùn)行速度以及地形條件合理確定設(shè)計(jì)速度與平縱線形。

3.1.3 匝道交通量及布置形式

在越順暢的匝道上行駛時(shí)車輛有著越強(qiáng)的通過能力，但越順暢的匝道也伴隨著越高的造價(jià)。因此，在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合所預(yù)測(cè)的匝道交通量選取匝道形式。圖3 為三路交叉時(shí)的匝道布置形式，匝道設(shè)計(jì)指標(biāo)、造價(jià)及通行能力從左到右緩慢下降。城市道路互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)平衡設(shè)計(jì)指標(biāo)與造價(jià)，選取適合交通量長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的設(shè)計(jì)指標(biāo)與互通立交形式同時(shí)盡量降低造。

圖3 三路交叉立交匝道布置形式

3.1.4 匝道通行能力分析

匝道通行能力的計(jì)算，以對(duì)匝道的未來年交通量及通行能力進(jìn)行驗(yàn)算，以此分析其服務(wù)水平，確定規(guī)劃年匝道的設(shè)計(jì)能否符合規(guī)定。當(dāng)前，均以匝道飽和度衡量匝道服務(wù)水平，具體如下：A 級(jí)服務(wù)水平的匝道對(duì)應(yīng)了0.4 以下的飽和度，且道路基本無延誤情況；B 級(jí)服務(wù)等級(jí)的匝道對(duì)應(yīng)0.4～0.6 的飽和度，僅允許道路有少量延誤；C 級(jí)服務(wù)等級(jí)的匝道對(duì)應(yīng)0.6～0.75 的飽和度，允許道路出現(xiàn)可接受的延誤；D 級(jí)服務(wù)等級(jí)的匝道對(duì)應(yīng)0.75～0.9 的飽和度，允許道路出現(xiàn)較大延誤；E 級(jí)服務(wù)等級(jí)的匝道對(duì)應(yīng)0.9～1.0 的飽和度，允許道路出現(xiàn)很大延誤；F 級(jí)服務(wù)等級(jí)的匝道對(duì)應(yīng)1.0 以上的飽和度，車輛經(jīng)常出現(xiàn)停車。

匝道優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際交通量，匝道服務(wù)水平，分析匝道通行能力，并指導(dǎo)匝道平、縱、橫設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后需對(duì)匝道通行能力重新評(píng)估，并反饋設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)通行能力不足的匝道進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化過程動(dòng)態(tài)調(diào)整，直至各匝道設(shè)計(jì)符合預(yù)定通行能力水平。

3.2 匝道設(shè)計(jì)常見問題

3.2.1 匝道出入口設(shè)計(jì)

一般情況下，匝道出入口處存在頻繁的車輛分合流及速度變化，因此，該區(qū)域往往有較高的事故率，需重視對(duì)該位置的設(shè)計(jì)分析。我國(guó)采用的是右側(cè)通行方式，右側(cè)運(yùn)行速度較低，大型車在行駛時(shí)均靠右，應(yīng)避免在匝道出口處設(shè)置左側(cè)駛離，避免出現(xiàn)降低通行效率和提高事故率的情況。

城市道路互通優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主線側(cè)避免采用連續(xù)出入口。駕駛員在駕駛車輛時(shí)會(huì)因?yàn)檫B續(xù)出入口而出現(xiàn)誤判提升誤行率，影響行車安全性。如必須設(shè)置多個(gè)出入口，應(yīng)在主線側(cè)設(shè)置集散車道或輔助車道，以避免交織，或合并多個(gè)出入口為一個(gè)，再在匝道進(jìn)行分合流。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主線或匝道分流應(yīng)在橋墩或梁柱前設(shè)置分流鼻，避免駕駛員視線被橋墩遮擋；全線相鄰立交出入口最好保持一致的布置方式，以確保出口型式明確和清晰。

3.2.2 匝道設(shè)計(jì)時(shí)的超高問題

互通立交的最大超高值，近幾年逐漸減小，一方面是重型貨車往往無法達(dá)到既定設(shè)計(jì)速度，導(dǎo)致其在超高較大的路段行駛時(shí)易產(chǎn)生側(cè)翻，特別是存在橫風(fēng)等影響因素時(shí)；另一方面則是當(dāng)前有著較大的路面粗糙度以及輪胎附著力，降低了車輛對(duì)超高的要求。因此，在設(shè)計(jì)匝道的超高時(shí)，互通立交最大超高一般控制在6%以下，小半徑彎道應(yīng)用較多時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣適當(dāng)采用8%最大超高值。在收費(fèi)站路段或運(yùn)行速度較低路段，可不設(shè)置超高，根據(jù)正常的路拱設(shè)置橫斷面橫坡；為便捷施工，匝道橋應(yīng)將超高限制在6%以下，且以2%或1.5%作為橫坡度的最小值，以確保路面排水得以滿足要求。城市道路互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)平曲線半徑設(shè)置適當(dāng)?shù)某咧怠?/p>

4 結(jié)語

本文對(duì)立交的平面、縱斷面及平縱組合線形設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行分析，基于立交中匝道的重要地位，對(duì)匝道交通特性、通行能力開展分析，并結(jié)合匝道設(shè)計(jì)時(shí)存在的問題進(jìn)行探討，從不同方面研究城市道路互通立交的設(shè)計(jì)優(yōu)化，為城市道路互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。