工程條件受限時(shí)互通與隧道凈距不足的方案研究及解決措施

康東興

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司廈門分院，福建廈門 361000）

1 研究背景

城市高速公路路網(wǎng)在不斷地建設(shè)完善，與城市快速路的結(jié)合度越來越高，在這種情況下高速公路與城市道路的交通轉(zhuǎn)換需求也越來越大，對推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展也起到至關(guān)重要的作用。因此，互通的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是保證安全交通的重要因素，所以互通方案的研究和選擇是保證安全交通的重要因素。以“廈門翔安機(jī)場高速公路與海翔大道互通交叉（巷東互通）工程節(jié)點(diǎn)”為實(shí)例，通過巷東互通與隧道的凈距在困難條件下，以不同速度指標(biāo)的檢算得出不同最小凈距要求，選擇最佳的綜合指標(biāo)，保證高速公路行車安全要求。

1.1 概況

廈門翔安機(jī)場高速公路巷東互通位于翔安區(qū)內(nèi)厝鎮(zhèn)內(nèi)頭村東側(cè)及眠虎山北側(cè)，與海翔大道呈“十”字交叉，交叉角度約49.59°，被交路廈門海翔大道為城市快速路（泉州境內(nèi)為城市聯(lián)盟高速公路），該立交是泉、廈、漳進(jìn)出機(jī)場的主要通道，是翔安機(jī)場高速的一個(gè)重要交通節(jié)點(diǎn)，屬于樞紐式互通。

1.2 互通各個(gè)方向的交通量

根據(jù)互通各個(gè)方向的交通量結(jié)果，各轉(zhuǎn)向交通量（2040 年）分別為（見圖1）：

圖1 2040 年互通出入高峰日交通量（pcu/d）

廈門←→沈海高速（9040pcu/d）和翔安機(jī)場←→晉江方向（8070pcu/d），為主轉(zhuǎn)向交通流；廈門←→翔安機(jī)場方向（6897pcu/d），泉州←→沈海高速為（4324pcu/d），為次轉(zhuǎn)向交通流。

1.3 工程條件及存在問題

互通區(qū)內(nèi)地勢陡峭，主要為林地；但由于采石場開采，已呈類“盆地”地形，西北象限緊鄰內(nèi)頭水庫，西南象限有廟宇“佬嶺古宮”的制約，北側(cè)和南側(cè)分別為現(xiàn)狀山脈，互通設(shè)計(jì)條件受到很大制約。

該互通主線交叉點(diǎn)距北側(cè)主線收費(fèi)廣場漸變段起點(diǎn)約為928m，距南側(cè)巷東隧道出口約為731m，工程條件較為緊湊。具體工程條件詳見圖2。

圖2 單環(huán)式變形苜蓿葉形互通及工程條件圖

根據(jù)交通量除主線交通量大外，其他轉(zhuǎn)向交通量大小為：第四象限（廈門←→沈海高速）交通量最大，其次為第二象限（翔安機(jī)場←→晉江）和第三象限（廈門←→翔安機(jī)場），最小為第一象限（泉州←→沈海高速）（詳見圖1）。該節(jié)點(diǎn)互通研究采用單環(huán)式變形苜蓿葉形互通，研究方案滿足交通組織需求，交通組織明確，但該方案主線互通匝道出口距巷東隧道凈距僅為5m，主線互通匝道入口距巷東隧道凈距約為109m，其他方向均未與隧道相接（詳見圖2）。

2 隧道與前方主線出口凈距不足的問題分析

2.1 互通立交設(shè)置相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究

單環(huán)式變形苜蓿葉形互通主線互通匝道出口距巷東隧道凈距僅為5m，遠(yuǎn)小于《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D21—2014）（簡稱《細(xì)則》）中“第5.4.5”的要求[1]；而主線互通匝道入口距巷東隧道凈距約為109m，滿足《細(xì)則》中“第5.4.5”的要求。

《細(xì)則》第5.4.5 規(guī)定：“當(dāng)主線設(shè)計(jì)速度100km/h時(shí),主線單向四車道最小凈距800m，主線入口與前方隧道之間最小凈距100m”（見表1）。根據(jù)《城市地下道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 221—2015）第6.5.2 規(guī) 定“城市地下道路出洞口與鄰接地面道路出口匝道減速車道漸變段起點(diǎn)的距離應(yīng)滿足設(shè)置出口預(yù)告標(biāo)志的需要。當(dāng)條件受限時(shí)，不應(yīng)小于1.5 倍主線停車視距，并應(yīng)在地下道路內(nèi)提前設(shè)置預(yù)告標(biāo)志”[2]，即巷東互通與隧道凈距5m，不滿足規(guī)范要求，優(yōu)化互通與隧道間的凈距成為解決問題的關(guān)鍵。

表1 《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》中“第5.4.5”的有關(guān)規(guī)定

2.2 隧道與前方主線出口凈距不足問題分析

綜上，研究單環(huán)式變形苜蓿葉形互通巷東隧道距主線互通出口凈距僅為5m，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求即“主線單向四車道最小凈距800m”，將可能出現(xiàn)駕駛員受隧道洞口“明暗適應(yīng)性”影響、短距離內(nèi)強(qiáng)行變換車道或錯(cuò)過出口等不利情況，對行車帶來安全隱患，在巷東互通方案研究時(shí)，提出將向東隧道全路段拉通做四洞處理等（經(jīng)平面視距計(jì)算，主線出口漸變段延伸進(jìn)入隧道不滿足規(guī)范要求），不僅增加了工程規(guī)模和施工難度，同時(shí)也增加了工程造價(jià)，對主線的線形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，因此如何解決互通與隧道間凈距的技術(shù)方案，互通方案應(yīng)深入優(yōu)化研究。

3 隧道與前方主線出口凈距不足優(yōu)化方案的研究

3.1 距離計(jì)算

隧道出口與互通匝道入口的間距對交通安全有著較大影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先保證外側(cè)車道的識別距離。結(jié)合相關(guān)論證材料，外側(cè)車道隧道出口與互通匝道入口間距應(yīng)保證車輛至少有3s 明暗適應(yīng)距離和規(guī)范規(guī)定的識別視距要求，而識別視距取停車視距的1.25 倍，即最小視距長度為：

式（1）中：v為行駛速度（km/h），此次計(jì)算分別取80km/h（按100km/h 降一檔最不利來核查）、90km/h（作為驗(yàn)算）進(jìn)行計(jì)算；g為重力加速度，取9.8m/s；f1為縱向摩阻系數(shù)，依車速及路面狀況而定，取值0.3；t1為明適應(yīng)駕駛員反應(yīng)時(shí)間，取值3s（根據(jù)通常行車習(xí)慣計(jì)取）；t2為駕駛員反應(yīng)時(shí)間，取值2.5s（判斷時(shí)間1.5s、運(yùn)行時(shí)間1.0s）。

當(dāng)行駛速度為80km/h，外側(cè)車道所需間距S識≥67m+1.25×110m=205m；當(dāng)行駛速度為100km/h，外側(cè)車道所需間距S識≥84m+1.25×160m=284m。

其他內(nèi)側(cè)車道車輛行駛所需的距離為：

式（2）中：L0 為明適應(yīng)的距離，取值3s 行駛距離；L1為交通標(biāo)志反應(yīng)的距離，取值3s 行駛距離；L2 為可插入間隙的反應(yīng)距離，取值3s 行駛距離，每變換一次車道，即計(jì)取一次；L3 為變換車道所需的距離，取值3s行駛距離，每變換一次車道，即計(jì)取一次；L4 為駛?cè)朐训狼暗陌踩嚯x，取值3s 行駛距離,當(dāng)計(jì)算內(nèi)側(cè)車道時(shí)，可不考慮。

當(dāng)行駛速度為80km/h，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=67×8=536m；當(dāng)行駛速度為90km/h，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=75×8=600m；當(dāng)行駛速度為90km/h，時(shí)間均取2.5s 時(shí)，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=62.5×8=500m。

3.2 優(yōu)化方案研究

結(jié)合視距計(jì)算出來的最小間距及工程條件，盡可能增大隧道與主線互通匝道出口的間距，優(yōu)化互通匝道出口的距離。研究優(yōu)化方案一：采用變異對角象限雙環(huán)式變形苜蓿葉增大隧道出口距主線互通出口的凈距，調(diào)整后凈距達(dá)到了547m（見圖3）。

圖3 優(yōu)化方案一

由于第三象限（廈門←→翔安機(jī)場）交通量為828pcu/h，未達(dá)到設(shè)置定向匝道的交通流，因此優(yōu)化方案一相對于“單環(huán)式變形苜蓿葉形（方案一）”將第三象限左轉(zhuǎn)匝道調(diào)整為環(huán)形匝道，根據(jù)通行能力該單向單車道即可滿足通行需求，因此將第二象限（翔安機(jī)場←→晉江）的右轉(zhuǎn)匝道調(diào)整至第三象限左轉(zhuǎn)匝道統(tǒng)一出口，盡可能避免在主車道進(jìn)行連續(xù)分合流，選擇在匝道上進(jìn)行分合流，減少在主車道連續(xù)分流的交通隱患，而調(diào)整后使隧道出口距主線互通出口（泉州向）的凈距達(dá)到547m。該方案不僅結(jié)合地形高差，合理布設(shè)內(nèi)外層匝道，盡可能地減少挖方，降低工程量，并最大程度地增大了隧道出口與主線互通出口的凈距，提高了車輛的行駛安全；該優(yōu)化方案一的第二象限主線出口與巷東隧道間距仍無法滿足規(guī)范800m 的要求，但可滿足運(yùn)行速度為80km/h 實(shí)際計(jì)算所需的凈距需求，同時(shí)翔安機(jī)場→晉江需多繞行800m。

同時(shí)，還研究了另一種變形方案優(yōu)化方案二：采用“喇叭+T 型互通”增大隧道出口距主線互通出口的凈距使其滿足800m（見圖4）。

圖4 優(yōu)化方案二

優(yōu)化方案二為使巷東隧道與主線出口間距滿足規(guī)范要求，將巷東互通向北移，采用“T 形+喇叭形”互通與海翔大道銜接。該方案常用于匝道集中設(shè)置收費(fèi)站的情況，與翔安機(jī)場高速收費(fèi)站設(shè)置方案存在出入；由于“T 形+喇叭形”放于第四象限，致使其他三個(gè)象限交通均有較長的繞行距離；而“T 形+喇叭形”互通與機(jī)場高速主線、海翔大道合圍成一塊未利用地，造成內(nèi)頭村出行較為不便，若將內(nèi)頭村整體拆遷，征遷大。

綜上所述，根據(jù)表2 對比分析可知，從規(guī)范的符合性、通行能力、交通組織等多方面考量，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，優(yōu)化方案一和優(yōu)化方案二基本滿足要求，綜合技術(shù)、環(huán)境考慮分析，優(yōu)化方案一更能符合各方要求。

表2 互通立交方案對比情況

4 互通與隧道凈距不足其他改善措施

一般高速公路隧道內(nèi)行車速度比一般路段的行車速度降低一級，在基本滿足交通凈距的情況下，為確保該工程交通安全，還可以適當(dāng)采取一些交通提醒措施，如：第一，在上行車流進(jìn)隧道前和隧道內(nèi)設(shè)置提示“洞口即接互通”警示標(biāo)志；第二，設(shè)置速度限速標(biāo)志。增加交通安全警示措施，確保運(yùn)營期間的交通安全。

5 結(jié)語

通過對現(xiàn)狀工程條件的分析，優(yōu)化高速公路交通樞紐與主線隧道凈距困難的工程案例，通過計(jì)算、優(yōu)化方案和采取必要的工程措施，從而使建設(shè)方案滿足高速公路建設(shè)及交通安全的要求。