探討城市道路互通式立交主線及匝道線形關鍵設計

汪 為

（中國瑞林工程技術股份有限公司,安徽 合肥 230093）

0 引言

互通式立交作為目前城市快速路設計中不可或缺的環節，依托于立交匝道設計能夠保證交通的快速轉向。因此，必須關注并重視此類道路設計內容與實際應用效果。但是在城市道路快速發展的情況下，路網體系愈發完善，互通式立交技術愈發復雜，具有造價高、占地面積大等特點。因而為落實合理的立交布局，實現連續快速交通流，提升城市道路網絡效益，分析互通式立交主線及匝道線形關鍵設計是必要的。

1 互通式立交選型設計原則

由于城市道路交叉口功能取決于立體交叉類型，因而開展互通式立交選型設計時，應遵循以下原則：

①以道路行車連續與安全暢通為基準，綜合分析道路性質、城市交通規劃后確定立交形式；②注意近遠期結合，盡可能減少投資、后續改建等成本費用；③從實際出發積極引用新工藝，結合實際交通量或規劃道路交通量預測來綜合考慮主次匝道的布設；④先定位后選型，選型要以定位結果為基礎[1]。

2 基于城市道路分析互通式立交主線及匝道線形關鍵設計

在對互通式立交進行設計時，主要任務是確定主線及匝道線形的指標，以確保其滿足交通運營需求，在遵循上述設計原則的前提下，具體設計要點如下：

2.1 互通式立交主線設計

對于互通式立交主線線形設計而言，其應該具有形態要素的宏觀控制功能。其中，形態要素主要包括：變速車道與主線線形的銜接、互通式立交范圍內的視覺與視距、變速車道的平縱面線形等。尤其是立交主線與匝道之間的分流部位與合流部位，應結合道路使用者的出行需求，依托于平面線形、縱坡、較大平曲線曲率半徑以及較小路面橫坡，即較高的幾何線形指標確保互通式立交主線對前方道路具有一定的預見性與良好的視覺、視距。具體設計要點如下：

2.1.1 互通式立交主線圓曲線半徑與超高設計

在對主線圓曲線半徑及其超高進行設計時，應以城市道路主線設計速度為基準，然后依據現有《公路路線設計規范》《公路立體交叉設計細則》《城市道路交叉口設計規程》《城市快速路設計規程》等確定互通式立交范圍內的主線圓曲線最小半徑，再根據這一半徑數據分析其對應的路面超高值。一般情況下，主線圓曲線對應的路面超高值為3%。例如，80 km/h是某城市道路主線的設計速度，那么其圓曲線最小半徑的一般數值為1 000 m，設超高的極限半徑是250 m[2]。但是需要注意的是，雖然這一設計舉措能夠確定各項主線參數，但是在主線與匝道的分流鼻與合流鼻會出現路面橫坡相反的狀況，若是這一區域過渡自然性較差，將會影響整個互通式立交道路的運營狀況。因此，在實際設計過程中，需要采取一定設計措施減少超高變化，從而降低行車期間的橫向顛簸感。目前常用的設計措施為增設超高旋轉軸。通常狀況下，將超高旋轉軸設計在主線變速車道與行車道之間，一方面優化設計超高路段的路面外觀，另一方面提升該路段的行車舒適性，滿足車輛行駛要求。在設計落實階段，建議采用速度在主線設計速度之上的超高漸變率，速度標準高一檔即可，然后將高次拋物線或正弦曲線設計插入至超高過渡段的起訖段，進一步緩和相反路面橫坡的過渡。

2.1.2 互通式立交主線縱坡設計

為實現互通式立交交通線路網的安全、有序運作，在對主線縱坡進行設計時，應盡可能設計平緩的主線縱坡，尤其在相應出口處，應充分考慮互通設計范圍的均衡性，避免匝道上的車輛在還沒有完全加速的情況下匯入主線車流，減少車輛間不必要的干擾，保證區域路段的通行能力。具體而言，立足于互通式立交道路，在其范圍內進行較緩縱坡的設置，為車輛車速控制提供支持。實際設計過程中，需采用略小于一段路段的縱坡，從而有助于減速車道下坡路段的減速行為與加速車道上坡路段的加速行為，避免車輛低速并入立交主線情況的發生，保證主線車輛的行駛狀態不會被后并入的車輛干擾。在落實略小于一般路段的縱坡后，還要注意主線設計速度，尤其是80 km/h，現有設計規范中明確指出，若是車輛進入互通前需要經過較大下坡，同時減速車道為下坡，且匝道線形指標較低時，需要對道路縱坡進行控制，不得采用較大參數，應采用較緩的縱坡取值。

2.1.3 互通式立交主線線形指標要求與綜合設計

對于山區城市而言，城市道路中的互通式立交線路設計多以80 km/h為基準水平。比如山區道路，其主線設計速度往往在80 km/h以下，所落實的其他設計指標往往與這一設計速度相對應，依托于此類指標數據的規范實現主線線形指標宏觀控制功能。其中，在互通立交主線平面線形的設計中，應靈活運用兩點線元法，根據實際需求科學選擇線形組合，即：①基本線形+S型，1條直線、回旋線和圓曲線以及2條回旋線；②反向線，1條直線、圓曲線與回旋線[3]。

在實際設計過程中，設計人員需要先設定起點接線，然后將曲率長度等控制參數輸入至計算機軟件中，以此實現接線方式的智能化選擇。其中，為滿足連續性要求，往往需要對曲率半徑加以調整，從而符合地形、地物等條件的要求，實現主線與終點接線的良好連接。同時落實配套的排水設計，適當加寬主線，避免排水困難。另外，若是相關指標未達到現有極限值規定，則應在設計階段增加局部限速設計、標志標線增強設計，或開展被交路改造設計等。如果道路條件允許，也可以延長設計加/減速車道分離點，將其接到主線指標較高路段，以此確保行車安全。

2.2 互通式立交匝道線形關鍵設計

2.2.1 確定匝道設計速度

從互通立交選型的角度來看，城市道路立交形式為一般式互通立交和樞紐式互通立交，在確定匝道設計速度時，應根據匝道具體形式作出相應設計。直連式和半直連式的左轉彎匝道設計速度可以選擇中間值或上限；右轉彎匝道同樣為中間值或上限；環形匝道在轉彎半徑的影響下，應選擇40 km/h，既要避免環形匝道占地面積過大，又要保證匝道的行車安全性與舒適性。

2.2.2 多種立交匝道設計

（1）環形匝道設計。相較于其他形式的匝道，環形匝道半徑參數較小，當在互通式立交中選用環形匝道時，需要對內環匝道設計速度進行控制，合理布設常規設計內容，以此保證道路設計安全。一般情況下，單圓形曲線布設方法較為常用，實際設計過程中，需要在不擴大互通立交規模的前提下，通過對地質、地形等限制條件的綜合考慮合理選用線形組合與指標。對于互通立交主線出口與環形匝道銜接區域，外環匝道半徑應設計在150 m以上，這主要是按照表1設計速度60 km/h的設計條件下開展的，目的是實現車輛運行速度從80 km/h到40 km/h之間的合理過渡，進而確保行車舒適性、安全性。

（2）半直連式匝道設計。不同于其他匝道形式，半直連式匝道往往采用較高的技術標準，且需要考慮的相關因素較少，多采用較高的平面指標與縱面指標，以此提高樞紐立交匝道的服務水平與通行能力。

（3）匝道超高設計。為有效降低互通式立交工程的整體規模，往往會在設計期間采用較低的平曲線指標，而這要求設計人員落實相應的超高設計，避免該路段行車安全性和舒適性受到向心力、側移風險等因素的影響出現下降情況。在實際設計過程中，需要立足于互通式立交的實際設計要求，以平曲線半徑與緩和曲線長度規范落實超高過渡段長度與超高漸變率設計。其中，開展曲線路段的超高設置工作時，相關設計人員應提高對超高橫坡、超高漸變段的合理取值的重視，實現對設計施工難度的合理控制。通常狀況下，若互通式立交匝道的超高設計位于一般地區，應滿足超高橫坡度與合成坡度的要求，具體如表1所示。

表1 城市道路超高要求

若互通式立交匝道的超高設計位于積雪冰凍地區，那么最大超高數值與最大合成坡度應有所下調，分別控制在6%和8%以下，最好控制在3%[4]。

3 實例分析

為增強互通式立交主線及匝道線形設計研究結果的真實可靠性，引入某城市快速路暢通改造項目作為工程實例進行深入分析。

3.1 項目簡述

某城市二環全長約為42.05 km。為優化城市互通，該次項目工程主要對金寨路、合作化路節點加以改造，即：南二環（東至路—宿松路）采用雙向六車道高架，從東至路以東起橋，連續上跨合作化路、金寨路與宿松路后落地。在該項目工程的改造路段中，南二環規劃為城市快速路，紅線寬60 m，高架主線設計速度80 km/h。總規劃方案如圖1所示。

圖 1 總規劃方案圖

3.2 設計分析

3.2.1 總設計方案

針對當地南二環交通擁堵問題，主線設計采取上跨方式跨越合作化路與金寨路，提高南二環直行交通順暢性；部分匝道予以改造，通過高架銜接高架的方式將原本的銜接南二環地面道路改為銜接南二環高架，從而提升高架間的快速交通轉換能力。改造立交節點后，增加上行匝道和下行匝道，以此實現各個方面的交通轉換。

3.2.2 平面設計

（1）主線高架平面設計。由于工程項目為城市快速路，紅線寬60 m，且高架設計中心線與現狀南二環中分帶中線基本重合。為確保橋下車道寬度滿足現有規范要求，主線高架平面設計中，在合作化路交口往北偏移2 m左右，圓曲線Rmin為2 000 m，且不設置緩和曲線與超高曲線。

（2）匝道平面設計。通過綜合考慮周圍建筑物等要素，兩新建右轉匝道圓曲線半徑分別為75 m、80 m。

（3）加寬設計。于圓曲線內側進行匝道加寬，其中，新建道路應以規范要求為基礎進行設計，既有匝道則要保持原本的加寬值。按照普通汽車標準確定，加寬緩和段采用緩和曲線全長，加寬過渡采用三次拋物線過渡。

（4）超高設計，按照表1設置超高及超高緩和段，其中，超高旋轉軸為匝道設計線。

3.2.3 縱斷面設計

（1）高架主線設計。根據南二環高架主線現狀分析，為避免影響現狀東至路跨線橋橋墩，應對起坡點與橋墩的安全距離進行控制，針對受到現有條件限制的起點處，其凹形豎曲線半徑采用極限值。具體技術指標如表2所示。

表2 技術指標表

（2）匝道設計。匝道縱斷面起終點與主線/主匝道高程銜接，其高程控制點為相交道路與地面輔道，最大縱坡4%。

3.3 設計總結

互通式立交作為當前城市路網中的重要節點，通過在該工程中落實上述設計，有效保證了互通范圍的功能性與美觀性。但是除上述內容以外，還應根據道路實際做好端部及細節設計，由于該工程匝道端部屬于正常路基，因而在漸變段等要取值設計，根據現有規范正確選值即可。

4 結論

綜上所述，互通式立交作為現有交通路網的重要組成，發揮著車輛轉向、道路匯集等功能。在其主線及匝道線形設計中，應立足于區域實際科學確定設計速度、主線圓曲線半徑、主線縱坡、環形匝道、匝道超高等參數，嚴格遵循現有設計規范，以此實現行車安全。