高速公路現狀立交通行能力計算及樞紐化改造方案研究

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）

0 引言

樞紐立交承擔著高速公路間的交通轉換功能，但其工程規模及占地一般相對較大。采取措施優化近郊高速樞紐立交方案，節約用地并控制規模成為當前研究的重點。

該文首先分析現狀立交匝道的技術標準和通行能力，通過利用現狀高速互通立交進行樞紐化改造，旨在減小樞紐立交的工程規模及減少新增用地。

1 概述

1.1 現狀立交概述

現狀機場立交為單車道出入口的Y型立交，是汕湛高速上下省道S544的服務型立交。現狀立交C匝道實現城區車流下地去到空港經濟區，E匝道實現空港經濟區交通流上高速去到城區[1]。現狀立交航拍影像圖如圖1所示。

圖1 現狀機場立交影像圖

1.2 交通量預測

根據交通量預測結果：2043年機場立交總轉向交通量為62 002 pcu/h， 主城區往返機場為主交通流方向，占總轉向交通量的59.18%；連接省道S544的交通量最小，僅占6.91%，預測交通量如圖2所示。

圖2 機場立交2043年交通量預測圖（單位：pcu/d）

2 現狀立交主匝道技術標準及通行能力分析

2.1 主交通流匝道技術標準分析

要使現狀匝道既能實現高速下地，又能實現高接高轉換，則C、E匝道需滿足樞紐立交匝道相關要求。其中，C匝道為直連式匝道，E匝道為半直連式匝道，根據《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014），E匝道可直接實現樞紐功能，而C匝道如要實現樞紐功能，設計速度建議提高至60~80 km/h[2]。

根據《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）對C匝道的相關技術指標進行提速分析[3]，分析結果如表1所示。

表1 C匝道技術指標提速分析表（公路標準）

《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）條文7.5.1中：“曲線超高與行車速度和路面橫向摩阻力密切相關，橫向摩阻力的存在對于行駛車輛的穩定、行車的舒適等均有不利影響。超高設計及超高率計算應考慮把橫向摩阻力減至最低程度”[3]。

同時根據《公路項目安全性評價規范》（JTG B05—2015）條文4.5.2中的公式（1）計算C匝道4%超高，在60 km/h運行速度下的橫向力系數為0.137，小于表中運行速度60 km/h對應的橫向力系數，故可以認為C匝道的最大超高可以滿足60 km/h運行速度下的安全行車需求[4]，如表2所示。

表2 運行速度與橫向力系數關系一覽表

式中：R——路段運行速度要求的圓曲線半徑（m）；

V85——運行速度（km/h）；

μ——橫向力系數；

i——路拱橫坡度（%）。

現狀機場立交C匝道在一定程度上可以滿足60 km/h的提速要求。

2.2 主匝道通行能力及服務水平分析

考慮到機場立交遠期交通量的快速增長，下文將對主流方向C、E匝道的通行能力和服務水平進行分析。

2.2.1 匝道基本路段通行能力分析

C匝道：參考《互通式立體交叉設計原理與應用》中匝道基本路段雙車道匝道設計通行能力的相關內容對C匝道基本路段的通行能力進行分析[5-6]。

根據交通量預測，機場立交C匝道各特征年的交通量如表3所示。

表3 C匝道各特征年交通量

在四級服務水平下，40 km/h設計速度的雙車道匝道基本路段的設計通行能力為1 700 pcu/h，C匝道各特征年交通量均小于設計通行能力。

E匝道：根據上述方法對E匝道基本路段的通行能力進行分析。根據交通量預測，機場立交E匝道各特征年的交通量如表4所示。

表4 E匝道各特征年交通量

在四級服務水平下，40 km/h設計速度的雙車道匝道基本路段的設計通行能力為1 700 pcu/h，E匝道各特征年交通量均小于設計通行能力。

綜上所述，C、E匝道基本路段通行能力能夠滿足四級服務水平。

2.2.2 匝道出入口路段服務水平分析（v/C值）

匝道出入口路段的分、合流區如無法提供足夠的通行能力，會造成交通阻塞。機場立交C、E匝道均為單車道出入口的雙車道匝道，該情況更易發生，需重點對C、E匝道出入口路段服務水平進行分析。

在進行服務水平分析之前，應核查分、合流影響區內三處關鍵斷面的交通量，包括：出入口匝道本身的交通量，進入分、合流影響區的交通量和分、合流影響區外主線下游的交通量[7]。當這三處交通量小于相應的基準通行能力時，交通流處于穩定狀態，可計算其飽和度（v/C）判斷其服務水平等級；當這三處有任何一處的交通量大于相應的通行能力時，則認為該分、合流區表現為不穩定狀態，其服務水平等級為六級[7]。

據此，C、E匝道出入口路段的服務水平分析結果如表5、表6所示。

表5 C匝道出口路段服務水平

表6 E匝道入口路段服務水平

由于C、E匝道均為單車道出/入口的雙車道匝道，故其出/入口路段的服務水平在2035年時，雖然v/C符合，但由于QR大于匝道單車道基準通行能力，故服務水平等級直接判定為六級。

綜上所述，采用v/C指標進行服務水平評價時，在2030—2035年期間，C、E匝道出入口路段的交通量將達到飽和。

3 立交總體設計

根據通行能力計算成果，同時考慮到現狀單車道出入口與機場高速主線雙向六車道不匹配，須對現狀立交C、E匝道進行局部改造。考慮到茂湛鐵路的影響，汕湛高速一側的C匝道出口與E匝道入口難以實現雙車道出入口的改造，故該項目對C、E匝道的改造方案主要是將終點路段C匝道的出口與E匝道的入口由單車道改造為雙車道，并將C、E匝道設計速度提至50 km/h。

利用現狀立交進行局部改造實現高接高，并增加兩條匝道連接省道S544，將機場高速與汕湛高速交通轉換功能與省道S544的落地功能復合，改造設計方案如圖3所示。

圖3 機場立交改造方案

該設計方案可最大程度地利用現有立交，減小了工程規模及減少占地。

4 結論

（1）將現狀服務型立交改造為樞紐立交，可減小工程規模及減少占地，但應首先分析現狀立交匝道是否可滿足樞紐立交匝道技術標準，特別是主交通流方向匝道。

（2）將現狀服務型立交改造為樞紐立交，應將其原有功能恢復，與樞紐功能結合考慮，但需重點考慮交織長度。