淺析高速公路互通立交設(shè)計(jì)

張婷刮 俊韋剛

【摘 要】互通立交在高速公路中處于十分重要的地位，其平縱面設(shè)計(jì)更是影響互通通行能力與服務(wù)水平的重要因素。本文旨在通過一些實(shí)例，來研究設(shè)計(jì)中如何靈活運(yùn)用平縱設(shè)計(jì)指標(biāo)，用最低的造價(jià)設(shè)計(jì)出通行能力與服務(wù)水平較高的互通立交，為互通立交設(shè)計(jì)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】互通立交；平縱面設(shè)計(jì)；通行能力；服務(wù)水平

一、背景

高速公路的興起標(biāo)志著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展的成就，互通立交的產(chǎn)生則標(biāo)志著人們對(duì)道路交叉認(rèn)識(shí)上得飛躍，即道路交叉絕不是道路偶然相交形成的建議道口，而是處理和組織交通運(yùn)行手段的必然產(chǎn)物。

作為高速公路出入口的互通立交是高速公路的門戶，只有通過這些互通立交才能出入高速公路。因此，互通立交是一條高速公路上起著吞吐交通流量的作用，而交通流量的大小又直接關(guān)系到修建高速公路的經(jīng)濟(jì)效益。互通立交還起著梳理及控制車流的作用，通過高速公路出入口的互通立交使全部車流渠化。由此可見，互通立交在高速公路中處于十分重要的地位，因此，做好互通立交設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

二、互通立交設(shè)計(jì)的原則

1.根據(jù)沿線路網(wǎng)現(xiàn)狀以及遠(yuǎn)景規(guī)劃，結(jié)合交通量預(yù)測(cè)分析，合理確定互通立交的布設(shè)位置與型式，滿足交通流快速轉(zhuǎn)換的需求。

2.在滿足功能需求的前提下，應(yīng)靈活掌握線形指標(biāo)，盡可能利用地形布設(shè)匝道，以免對(duì)山體造成大面積開挖。

3.注重立交造型，線形盡量流暢，盡量避免匝道間的交織，以使交通路線清晰、造型美觀、大方。

4.重視環(huán)境景觀、綠化、美化設(shè)計(jì)，互通立交的布設(shè)與周圍的地形、地貌相結(jié)合，坡面修飾、綠化等與周圍的地貌、植被相協(xié)調(diào)，與周圍的自然景觀渾然一體。

三、互通區(qū)主線平縱面指標(biāo)的選用

互通區(qū)主線平縱面指標(biāo)規(guī)范規(guī)定是從主線辨識(shí)出入口，保證匝道與主線之間車流平穩(wěn)匯入和流出角度考慮的，是硬性、確保安全的指標(biāo)，但多數(shù)指標(biāo)規(guī)范規(guī)定的值比較大，有一些指標(biāo)屬于好中求好指標(biāo)。

互通區(qū)主線豎曲線半徑規(guī)范規(guī)定值都很大，有一些極限最小值也大于規(guī)范中對(duì)視覺所要求的半徑值，例如主線設(shè)計(jì)速度為120km/h的凸形豎曲線半徑值，該指標(biāo)在一般情況下為降低工程規(guī)模建議采用略大于極限值，特殊情況下可考慮采用極限最小值。

互通區(qū)主線分流鼻之前應(yīng)保證判斷出口所需的識(shí)別視距。條件受限制時(shí)，識(shí)別視距應(yīng)大于1.25倍的主線停車視距，即駕駛者能看到分流鼻端標(biāo)線（物高為0）所需的距離。該要求是為防止誤行、避免撞及分流鼻而設(shè)定的。規(guī)范規(guī)定值很大，有時(shí)條件受限的視距也大于規(guī)范規(guī)定的豎曲線極限最小值對(duì)應(yīng)的視距（主線設(shè)計(jì)速度為120km/h的識(shí)別視距為350～460米，1.25倍的停車視距為210×1.25=263米。），屬好中求好的指標(biāo)，設(shè)計(jì)中首先必須滿足豎曲線極限值，確保安全的情況下宜盡量滿足1.25倍停車視距的要求。

互通區(qū)主線縱坡規(guī)范規(guī)定值比較小，在受條件限制時(shí)，通過靈活設(shè)計(jì)，避開不安全因素，在保證了行車安全下，合理運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，使得設(shè)計(jì)更好地與地形條件相適應(yīng)（有時(shí)雖突破規(guī)范，但更利于行車安全，降低工程規(guī)模）。以圖1為例

如圖1所示，互通區(qū)主體位于-1.970%縱坡上，僅A、B匝道接入主線縱坡-3.7%處。A匝道駛?cè)敫咚伲肟谔帪橄缕?，有利于車輛加速；B匝道駛出高速，出口處為上坡，有利于車輛減速駛出。該處雖突破規(guī)范，卻對(duì)行車安全有利，又大大降低了工程規(guī)模，故該設(shè)計(jì)理念可行。

四、互通匝道平縱面設(shè)計(jì)

影響互通通行能力的因素很多，概括為道路、交通、管制和其它條件四個(gè)方面。道路條件包括車道數(shù)、平、縱線形、橫斷面，平交口形式。交通條件包括交通組成、駕駛員總體特性。管制條件包括道路設(shè)施、標(biāo)志、標(biāo)線、監(jiān)控。其它條件有氣候、地形、心理因素等?；ネㄓ稍训澜M成，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單喇叭或半苜蓿葉互通有四條匝道，互通通行能力是匝道通行能力總和。一條匝道一般經(jīng)歷與主線的分合離、匝道車行道、再進(jìn)入地方被交道三過程，匝道這三部分的運(yùn)行狀態(tài)是一個(gè)有機(jī)整體，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個(gè)互通都將受到影響，因此，匝道的通行能力，由下述三項(xiàng)中的最小值確定：①匝道與主線連接部分的通行能力。②匝道本身通行能力。③匝道與被交路平交口部分的通行能力。

可見，互通匝道平縱面設(shè)計(jì)，橫斷面取值，以及匝道流出駛?cè)敫咚俚揽诘脑O(shè)計(jì)則是影響互通通行能力的重中之重。匝道平縱面指標(biāo)的選用要根據(jù)立交在路網(wǎng)中的地位，以及立交的等級(jí)，所處地理位置，被交路等級(jí)，轉(zhuǎn)向交通量大小以及用地條件等確定。

（一）互通匝道平面設(shè)計(jì)

匝道的平曲線形要素是直線、圓曲線和緩和曲線，但因匝道通常較短，難以爭(zhēng)取到較長(zhǎng)的直線段，故多以曲線為主。根據(jù)車輛在匝道上行駛軌跡和特點(diǎn)，出入口存在二次減速的過程：主線→端部（對(duì)于120km/h設(shè)計(jì)速度，速度軌跡120→70）； 端部 →匝道（設(shè)計(jì)速度40km/h環(huán)形匝道，速度軌跡70→40），為保證行車安全，匝道在平面線形設(shè)計(jì)中，除了要使得線形指標(biāo)符合規(guī)范要求外，還要注意使平曲線的曲率變化與汽車變速行駛的狀態(tài)相適應(yīng)。舉例說明一下：

圖2中D匝道平面線形中，在收費(fèi)站附近的緩和曲線A-160，與主線連接處的緩和曲線A-75，與車輛行駛速度不匹配；E匝道收費(fèi)站附近采用指標(biāo)高，與行駛速度不匹配，且匝道占地規(guī)模大；C匝道駛出主線處采用了A-51緩和曲線偏小，不利于車輛二次減速與行車安全；C匝道鼻端設(shè)置不合規(guī)范，要設(shè)置在橋前或者橋后150米處；B匝道接主線處端部位于R-200m圓曲線上，不利于曲線超高過渡。

綜上，匝道在平面設(shè)計(jì)中，一定要順應(yīng)車輛的行駛軌跡和速度變化，技術(shù)指標(biāo)逐漸變化。當(dāng)匝道上設(shè)有收費(fèi)站等交通服務(wù)設(shè)施時(shí)，匝道線形設(shè)計(jì)應(yīng)考慮這些設(shè)施的用地和保證足夠的變速行駛條件。另外還要注意當(dāng)主線為高架橋時(shí)，匝道匯入流出主線處的分流鼻（大鼻端）應(yīng)布設(shè)于主線橋墩處，利于橋梁分聯(lián)、受力?？傊⒔黄矫嬖O(shè)計(jì)不僅僅是進(jìn)行線位設(shè)計(jì)，還要結(jié)合橋梁、路基排水等專業(yè)，做到線位符合規(guī)范、線條優(yōu)美，還要使得橋梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)易，以及路基排水通暢等。

（二）互通匝道縱斷面設(shè)計(jì)

匝道縱坡設(shè)計(jì)最好一次起伏，避免多次變坡。出口處豎曲線半徑應(yīng)盡量大些，以便誤行車要倒車時(shí)不致造成危險(xiǎn)。入口附近的縱斷面設(shè)計(jì)必須有同主線一致的平行區(qū)段，以看清主線上得交通，安全駛?cè)搿?/p>

1.匝道接坡算法。

匝道的起終點(diǎn)必須與主線平順連接，分流之前與合流之后匝道的縱段面應(yīng)與主線保持一致。關(guān)于匝道接主線處縱坡的算法，我們長(zhǎng)采用以下兩種辦法：

（1）平均縱坡法

以出口匝道為例，先假定主線橫坡2%，分別計(jì)算出A′B′段，B′C′段，C′D′段匝道縱坡值，然后求取三個(gè)縱坡值的平均值，具體計(jì)算過程如下：匝道上A′B′C′D′對(duì)應(yīng)點(diǎn)的標(biāo)高，分別由主線上ABCD對(duì)應(yīng)點(diǎn)的標(biāo)高計(jì)算所得，計(jì)算公式如下：，A′B′段匝道縱坡值計(jì)算公式為：

同理求得B′C′段，C′D′段匝道縱坡值i2、i3，之后求取i1、i2、i3的平均值，即可得到匝道小鼻端點(diǎn)A′的縱坡值。該方案中關(guān)于L1的取值需注意，宜以≤5m為宜。

在實(shí)際項(xiàng)目接坡計(jì)算中，考慮到工程類允許誤差等因素，將該方案進(jìn)行簡(jiǎn)化，只計(jì)算一組即上述中其中一段（注意此時(shí)l A′B′取值以10m為宜），得出的縱坡值即為接坡點(diǎn)的縱坡值，正數(shù)為上坡，負(fù)數(shù)為下坡。

（2）臨界縱坡法

主線的臨界縱坡、橫坡及匝道的臨界縱坡三者之間的關(guān)系如下圖所示：

以主線的臨界縱坡矢量和橫坡矢量構(gòu)成一個(gè)平面，主線與匝道分離處，匝道起點(diǎn)的平面線形偏離主線一個(gè)α角度，沿匝道方向的靈界縱坡必然也位于此同一平面。假定主線的縱坡為iz，橫坡為ic（橫坡上升為正，下降為負(fù)），匝道與主線的交叉角度為α，可得匝道臨界縱坡ix計(jì)算公式如下：

2.單喇叭互通錯(cuò)臺(tái)處接坡算法。

方法一：B、C匝道與A匝道縱坡順接，即B、C匝道采用與A匝道同一縱坡值。該方法的優(yōu)點(diǎn)是同一行駛方向縱坡連續(xù)，B、C匝道超高獨(dú)立、連續(xù)；缺點(diǎn)是端部高差大，B、C匝道之間存在高差。

方法二： C匝道縱坡由B匝道推算得到，即同上述平均縱坡法計(jì)算得到。該方法的優(yōu)點(diǎn)是B、C匝道之間無高差，但B、C匝道與A匝道同一行駛方向縱坡值不一樣，導(dǎo)致縱坡不連續(xù)，且因?yàn)镃匝道超高橫坡與B同，導(dǎo)致C匝道超高值偏大。

兩種辦法各有利弊，但從行車的舒適性與安全性來考慮，方法一優(yōu)勢(shì)較為突出，故在一般情況下，應(yīng)盡量采用方法一。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)剛好位于橋上時(shí)，此時(shí)為了橋梁計(jì)算方便采用方法二。

3.匝道拉坡中的技巧。

以單喇叭互通中上跨主線的A匝道為例，A匝道設(shè)計(jì)速度40Km/h，根據(jù)規(guī)范，匝道縱坡應(yīng)≤4%。如下圖中A匝道采用了兩個(gè)拉坡思路，拉坡1在跨線橋處線處采用了3%的縱坡值，拉坡2在跨線橋處線處采用了3.9%的縱坡值?！袄?”由圖4可見，“拉坡1”在保證主線凈空的前提下，一方面降低了匝道橋臺(tái)填土高度，另一方面減少了填方，節(jié)約了占地，還為收費(fèi)站處緩坡爭(zhēng)取了長(zhǎng)度，有利于收費(fèi)站處車輛停車?yán)U費(fèi)。

總之，匝道縱斷面設(shè)計(jì)中一定要順應(yīng)地形，以期減少土方與占地，節(jié)約造價(jià)。設(shè)計(jì)中不僅要做到各項(xiàng)參數(shù)符合規(guī)范要求，視覺連續(xù)，還要綜合考慮橋梁、排水以及附屬設(shè)施等，還要注意平縱配合，做到縱段線形與自然環(huán)境與景觀相協(xié)調(diào)。

五、結(jié)束語

互通總體設(shè)計(jì)至關(guān)重要，總體設(shè)計(jì)的好壞直接影響互通功能、造價(jià)、美觀等方面。作為互通設(shè)計(jì)人員，不能僅會(huì)作互通線形，還應(yīng)了解路線總體、橋涵、路基、景觀設(shè)計(jì)等與互通相關(guān)的其它方面的知識(shí)，通過不斷的學(xué)習(xí)，掌握了豐富的專業(yè)知識(shí)，各專業(yè)組互相協(xié)調(diào)，緊密配合，才能做好互通式立交的設(shè)計(jì)工作。

通過與各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)、溝通，表達(dá)互通設(shè)計(jì)意圖，對(duì)相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)提出意見和要求，減少返工或窩工，降低工程造價(jià)以及設(shè)計(jì)難度，節(jié)省項(xiàng)目成本投入。

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