常州至溧陽高速公路前馬樞紐復合式立交通行能力研究

陳國佳

（江蘇森尚工程設計研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

高速公路是現代化交通的代表之一[1]，其交叉點稱為高速公路樞紐[2]，是高速公路的重要組成部分。高速公路樞紐的主要功能在于道路轉換和車流調節[3]，樞紐降低了轉換道路時的車速，保障了交通岔口的行車安全。因此，高速公路樞紐的設計極大地影響著高速公路的通行能力[4]。

自20 世紀80 年代，中國大陸始建滬嘉等高速公路以來[5]，我國大力發展高速公路網絡建設。近年來，我國高速公路里程數已領先于其他國家[6]。同時也要注意，由于早期理論的不足和經濟、交通的快速發展，高速公路交通樞紐的設計方案往往缺乏對長期交通量、運營安全和主線功能連續的統籌考量，對后續路網調整的預見性不足[7-9]。本文對位于常溧高速公路與鎮溧高速公路交匯處的前馬樞紐的方案設計進行探討，研究該方案的高速公路通行能力與服務水平，檢驗方案是否滿足道路需求，為高速公路樞紐建設提供參考。

2 工程背景

常州市路網存在曲折及多段共線的問題，其中“縱四”與“橫八”與寧杭高速溧陽段共線。常州市提出建設前馬樞紐，借此調整省內路網布局，增進市區與縣域之間的關聯，滿足常州至溧陽的交通需求。同時，也能緩解S239 的交通壓力，溝通鎮溧高速公路與常溧高速公路，以實現兩條高速公路的交通轉換，進而推動高速沿線地區經濟發展，強化常州與西南區域的聯系。鑒于前馬樞紐南側約1.5 km 處鎮溧高速公路上已有新昌樞紐，因此，如何處理好前馬樞紐和新昌樞紐的關系，對于實現兩條高速公路銜接具有重要意義。

3 前馬樞紐復合式立交方案設計

3.1 前馬樞紐方案設計原則

互通式立交方案的設計選型需要以道路交通流量、車輛類型、設計時速、樞紐周邊條件、未來規劃等多個因素為基準。前馬樞紐主要考慮路網轉換功能，具體做到以下幾個方面：（1）滿足道路需求，尤其是轉向需求；（2）最大限度減少對新昌樞紐的影響；（3）合理選擇交叉形式，確保行車安全，同時嚴格控制用地規模和工程造價；（4）充分分析地形、地物、地質等限制條件，減少拆遷工程，降低工程規模。

3.2 樞紐周邊路網分析

3.2.1 鎮溧高速公路

該公路是鎮江至溧陽國道主干線的重要組成部分，為6車道高速公路，路基寬度35.0 m，設計速度為120 km/h?？缭街泻拥闹泻犹卮髽驑蛄喝L為1 586 m，其中跨越中河位置采用5×35 m 的布置型式。

3.2.2 寧杭鐵路

寧杭鐵路自南京南站引出，終點為杭州火車東站。與常溧高速相關段的寧杭鐵路先后跨南河、中河、鎮溧高速公路、寧杭高速公路。

3.2.3 常溧高速公路

全長38.4 km，設計速度120 km/h，南北樞紐分別為前馬樞紐和金壇經濟開發區樞紐，是組成長江三角洲和江蘇省高速交通網絡的重要一環。

3.3 樞紐位置分析

前馬樞紐的位置選擇受到諸多限制條件的約束，前馬樞紐與鎮溧高速的交叉點距離新昌樞紐約1 520 m，距離中河中心航線約100 m。為最大限度地減少鎮溧高速上前馬樞紐與新昌樞紐段的交織，應盡量延長前馬樞紐與新昌樞紐之間的距離。同時，前馬樞紐又受到中河（現狀六級、規劃五級）位置的影響，前馬樞紐向北移動的幅度受限，因此，前馬樞紐可選擇的交叉點的位置基本固定。

3.4 前馬樞紐互通平面設計方案

結合地形、地物及交通量情況、針對鎮溧公路上的現有新昌樞紐利用等方面考慮，互通平面采用單喇叭型樞紐方案，如圖1 所示，只對新昌樞紐匝道端部進行改造，并為了減少交織段對主線行車的干擾，將交織放在匝道側，對寧杭鐵路的橋墩的影響最小。

圖1 前馬樞紐互通平面設計方案示意圖

4 前馬樞紐交通能力校驗

樞紐交通能力體現在基本路段的通行能力、匝道與高速公路連接處的服務水平和交織區的服務水平3 方面，要判斷前馬樞紐單喇叭形方案是否能滿足實際道路需求，必須先計算以上3 方面。通行能力的計算以預測交通量為基礎，綜合考量道路車道數等基礎參數，借助通行能力驗算模型得出3 方面的服務水平。

4.1 區域交通量預測

根據前馬樞紐、新昌樞紐、南渡互通和南渡樞紐的出入口調查數據，分析預測2033 年前馬樞紐交通量（見圖2），認為前馬樞紐互通的轉向交通量中，常州往廣德方向的轉向為主流向，為32 710 pcu/d；常州往鎮江方向的轉向為5 850 pcu/d。

圖2 2033 年前馬樞紐至南渡樞紐轉向量（單位：pcu/d）

4.2 基本路段的通行能力校核

通行能力是表征區域內道路承載能力的重要指標，一方面能輔助選定公路類型，滿足交通需要，另一方面可以評估現有道路的承載能力。通行能力通常采用交通量V 與設計承載能力C 相除進行評價[10]。基本路段的通行能力需要綜合考量道路的各項承載能力、車道數等基礎參數和駕駛員條件等修正參數，由式（1）計算：

式中，C 為設計最大承載能力，pcu/d；Cb為每個車道理想條件下的通行能力，高速公路取2 200 pcu/d；N 為道路的單向車道數；K 為設計小時交通量系數，高速公路及一級公路連接線均取0.1；D 為重交通方向系數，取0.52；fw為車道寬度和側向凈空修正系數，對一級公路和高速公路都取1.0；fp為駕駛員條件修正系數，對一級公路和高速公路都取1.0；ff為側向干擾修正系數，高速公路不做修正；PHF 為高峰小時系數，取0.94。

區域交通能力的計算結果見表1，采用復合式單喇叭形方案后，從前馬樞紐到南渡南樞紐的服務水平均為二級。

表1 基本路段的通行能力及服務水平計算結果

4.3 互通匝道與高速公路連接處的服務水平校核

針對前馬樞紐方案，對互通匝道與鎮溧高速公路連接處及交織段的服務水平進行分析，并計算前馬樞紐分合流點的服務水平。前馬樞紐出入口示意圖及年平均日交通量如圖3所示，設計單向小時通行數如圖4 所示。根據設計通行數計算2033 年前馬樞紐各分合流點的承載能力。

圖4 前馬樞紐出入口設計單向小時通行數

互通匝道與高速公路連接處的道路分3 種情況：I 類——從匝道流出高速公路；II 類——從匝道流入高速公路；III類——從匝道流入匝道。前馬樞紐有6 條連接道路，如圖3 所示。其中①②為第I 類，③④⑥為第II 類，⑤為第III 類。3 類道路連接處承載能力依據式（2）計算：

圖3 前馬樞紐出入口示意圖及年平均日交通量

式中，Vd為分離交通量，pcu/h；V1為匝道上游車道交通量，pcu/h；Vf為匝道上游高速公路單向交通量，pcu/h；Vr為匝道交通量，pcu/h；Vm為匯合交通量，pcu/h。

互通匝道與高速公路連接處的服務水平計算結果見表2。據此認為，對于前馬樞紐，采用單喇叭形方案后，2033 年分合流點的服務水平為三級以上。

表2 2033 年前馬樞紐分合流點服務水平pcu/h

4.4 交織區的服務水平校核

前馬樞紐交織段示意圖如圖5 所示，車道數N=4（采用雙車道匝道），交織區內的車輛要完成一次交織必須變換一次車道。新昌樞紐至前馬樞紐方向交織區長度為800.499 m（交織段①），兩匝道均被作為孤立匝道處理[11]，且超過交織區段運行的最大交織長度610 m，因此，只需驗算兩匝道的分流點和合流點的通行能力。前馬樞紐F 匝道上交織區長度為671.257 m（交織段②），同前，符合運行要求。

圖5 前馬樞紐交織段示意圖

5 結論

本文分析了前馬樞紐周邊交通狀況，根據樞紐復合式單喇叭形設計方案，校驗了基本段、互通匝道和交織區的道路通行能力，據此認為前馬樞紐通行能力滿足道路需求，進而判定前馬樞紐方案設計合理。樞紐區域內基本道路的通行能力均為二級，互通匝道與高速公路連接處的服務水平為三級以上，交織區服務水平均滿足道路需求。

目前，該項目已建成通車，運行效果良好，進一步驗證了本文研究的可行性和科學性，為類似復合式立交的通行能力計算提供了有效的依據。