城市苜蓿葉立交改造分析
——以長沙羅家嘴立交改造為例

朱善平

［上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092］

0 引 言

采用立交來解決道路相交路口交通延誤問題是交通優(yōu)化的基本共識。針對不同等級的相交道路，立交型式多種多樣。在早期的城市交通發(fā)展中，苜蓿葉立交作為全互通立交，只有主線交叉段需要采用橋梁（或涵洞）型式，其他主線段及匝道均可采用路基型式，具有施工簡單、工期短、造價低及各轉(zhuǎn)向匝道分工明確等優(yōu)點(diǎn)，從而大量運(yùn)用于城郊區(qū)域快速路（如城市快速環(huán)線）相交轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)中[1]。

近年來隨著城市的快速發(fā)展，城市發(fā)展空間進(jìn)一步外擴(kuò)，原有城郊區(qū)域已經(jīng)納入城區(qū)發(fā)展范圍，隨著交通量的迅速增長，苜蓿葉立交自身存在的問題逐漸暴露出來。

本文通過分析城市苜蓿葉立交運(yùn)行中存在的普遍問題，根據(jù)存在的問題提出相應(yīng)改造思路；并以長沙市羅家嘴立交改造為例，結(jié)合提出的改造思路，給出相應(yīng)的改造方案。

1 城市苜蓿葉立交關(guān)鍵問題分析

全互通立交的八條匝道連接主線的八個轉(zhuǎn)向，匝道需要在主線設(shè)置進(jìn)出口，立交主線進(jìn)出口交織是立交存在的普遍問題，立交主線交織型式及交織量很大程度取決于采用何種立交型式。

按照《美國通行能力手冊》（HCM2000）的劃分原則，城市快速路苜蓿葉互通立交的分析區(qū)域可以劃分為分流影響區(qū)、基本路段、交織區(qū)和合流影響區(qū)，而實(shí)際上城市快速路苜蓿葉互通立交的各個組成部分之間距離較近，交織區(qū)對上下游的交通流都有可能造成影響[2]。傳統(tǒng)苜蓿葉立交受自身立交型式限制，運(yùn)行中存在很多問題，現(xiàn)將苜蓿葉立交自身存在問題匯總?cè)缦隆?/p>

1.1 立交主線進(jìn)出口多

如圖1 所示，苜蓿葉立交所有匝道均直接與主線相接，立交范圍內(nèi)主線上的每個行車方向上將存在四個進(jìn)出口，且四個進(jìn)出口相距很近，連續(xù)的進(jìn)出勢必會阻礙交通[3]，加劇立交主線進(jìn)出交織問題。

圖1 全苜蓿葉立交主線進(jìn)出車輛示意圖

1.2 交織距離短

受自身立交型式的影響，苜蓿葉立交主線四個方向均存在匝道“先入后出”的進(jìn)出口組合，根據(jù)城市快速路設(shè)計規(guī)程[4]進(jìn)出口間距可知，滿足“先入后出”所需要的交織距離最長。苜蓿葉立交匝道出入交通流之間會在主線產(chǎn)生交織，由于交織長度過短，交織車輛不能快速地完成交織進(jìn)出主線，會導(dǎo)致主線直行車道交通容量降低，影響主線直行車流，從而降低整個立交的服務(wù)水平。

1.3 立交左轉(zhuǎn)匝道通行能力不足

根據(jù)城市道路工程設(shè)計規(guī)范[5]中道路通行能力的計算可知，道路的設(shè)計通行能力主要由設(shè)計速度及車道規(guī)模決定，設(shè)計速度越小，車道規(guī)模越少則道路的設(shè)計通行能力越低。

苜蓿葉立交左轉(zhuǎn)匝道為環(huán)形匝道，受立交用地限制，左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道轉(zhuǎn)彎半徑較小，一般在40～60 m，左轉(zhuǎn)匝道半徑限制匝道設(shè)計速度較低；同時受主線分合流車道平衡控制，左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道車道規(guī)模（分合流處）一般為單車道+ 緊急停車帶。根據(jù)前述道路設(shè)計通行能力控制因素可知，苜蓿葉立交型式?jīng)Q定立交左轉(zhuǎn)匝道的設(shè)計通行能力較低。

在立交建成運(yùn)行后，隨著轉(zhuǎn)向交通量的增加，左轉(zhuǎn)匝道設(shè)計通行能力逐漸無法滿足轉(zhuǎn)向交通的實(shí)際通行需求，左轉(zhuǎn)流量排隊(duì)外溢至主線，疊加左轉(zhuǎn)匝道與主線交織問題，造成立交整體服務(wù)水平急劇降低，節(jié)點(diǎn)立交擁堵頻發(fā)。

1.4 輔道服務(wù)水平低

苜蓿葉立交輔道根據(jù)立交范圍內(nèi)輔道設(shè)置情況大致可以分為兩類：

第一類是立交范圍內(nèi)輔道不連續(xù)設(shè)置。即輔道只在主線標(biāo)準(zhǔn)段連續(xù)設(shè)置，立交范圍內(nèi)輔道不連續(xù)設(shè)置或完全不設(shè)置，輔道只起到收集周邊交通流量然后將交通流匯入主線的作用，周邊交通轉(zhuǎn)換需通過立交主線及匝道解決，不承擔(dān)為主線及匝道轉(zhuǎn)向交通分流的作用。

第二類是立交范圍內(nèi)輔道連續(xù)設(shè)置。由于傳統(tǒng)苜蓿葉立交主線及匝道大多為路基型式，造成立交范圍內(nèi)輔路只能在右轉(zhuǎn)匝道外圍設(shè)置，通過主線下方設(shè)置涵洞形成地面畸形平交路口完成輔路交通轉(zhuǎn)換。該種輔路設(shè)置型式相當(dāng)于在立交外側(cè)形成一個逆時針畸形環(huán)島交叉口，能夠?yàn)榱⒔恢骶€及匝道轉(zhuǎn)向交通進(jìn)行部分分流。

通過分析可知，第一類輔路設(shè)置型式不利于轉(zhuǎn)向交通通過輔路分流，在有條件的情況下，立交范圍類輔路應(yīng)采用第二類輔路連續(xù)設(shè)置型式。輔路連續(xù)設(shè)置可對立交轉(zhuǎn)向交通進(jìn)行部分分流，減少立交主線及匝道的交通壓力，同時通過完善相關(guān)指示標(biāo)志，緩解轉(zhuǎn)向交通相互干擾嚴(yán)重、繞行較大、方向識別性較差等問題。

通過對苜蓿葉立交自身存在問題的分析研究，提出以下解決思路：

（1）減少立交主線的進(jìn)出口數(shù)量。

（2）增設(shè)集散車道或改造環(huán)形匝道來解決匝道出入口間距短的問題。

（3）采用定向匝道提高左轉(zhuǎn)匝道的交通通行能力。

（4）盡量采用輔路連續(xù)設(shè)置方式提高輔路服務(wù)水平。

2 羅家嘴立交改造分析

2.1 現(xiàn)狀分析

羅家嘴立交原名環(huán)線羅家嘴立交橋，位于長沙市南二環(huán)與西二環(huán)交匯處，于2006年建成。該立交北接岳麓區(qū)望城坡，向東連接猴子石大橋。目前長沙城區(qū)僅有二環(huán)線為城市快速路，所以區(qū)域大量交通均利用西二環(huán)、南二環(huán)通行，造成羅家嘴立交交通量集中，高峰小時流量超過10000 pcu。

羅家嘴立交為苜蓿葉式立交，立交東西向直行、東北向轉(zhuǎn)向均流量較大，是立交主要流向。其中東西向交通為對外高速公路的銜接交通，東北向交通為城市快速環(huán)向交通。該兩類交通疊加于羅家嘴立交上，造成立交現(xiàn)狀交通壓力大。同時羅家嘴立交為苜蓿葉型，直行交通、轉(zhuǎn)向交通存在明顯交織段。隨著直行、轉(zhuǎn)向交通量的逐年增長，交織段擁堵現(xiàn)象日趨明顯。

2.1.1 立交主線現(xiàn)狀問題分析

根據(jù)羅家嘴立交的改造前交通量及立交服務(wù)水平的調(diào)查分析，結(jié)果如圖2 所示，見表1。

圖2 羅家嘴立交現(xiàn)狀早高峰運(yùn)行狀況

表1 羅家嘴立交現(xiàn)狀交織段服務(wù)水平

通過圖2 及表1 的分析可知：

（1）現(xiàn)狀主要交通流向是北—東轉(zhuǎn)向、東—西直行、南—北直行，次主交通流向是北—西轉(zhuǎn)向。

（2）從立交服務(wù)水平來看，立交整體運(yùn)轉(zhuǎn)正常。僅西向東交織段交織流量最大。

（3）西向東交織段長度最短為155 m，飽和度0.85，屬于D 級，其他路段飽和度均在C 級以上。

2.1.2 立交輔道系統(tǒng)現(xiàn)狀問題分析

羅家嘴地面輔道系統(tǒng)不完善，西二環(huán)—潭州大道南北向輔道不連續(xù)，南北向通道間距過疏，導(dǎo)致主輔交通進(jìn)一步疊加，主輔部分降低立交運(yùn)行效率（見圖3）。

圖3 羅家嘴立交現(xiàn)狀輔道情況

因此現(xiàn)狀羅家嘴立交的主要交通問題集中體現(xiàn)在兩個方面：

（1）路網(wǎng)系統(tǒng)問題：地面輔道系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致主輔交通進(jìn)一步疊加。

（2）節(jié)點(diǎn)交織問題：羅家嘴立交是區(qū)域僅有的快速路轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，直行、轉(zhuǎn)向交通疊加，主線車道交織明顯。

2.2 未來交通發(fā)展趨勢分析

根據(jù)湖南省湘江新區(qū)交通年報數(shù)據(jù)（見表2），分析未來羅家嘴立交的交通發(fā)展趨勢：

表2 羅家嘴立交周邊道路歷年交通流量（數(shù)據(jù)來源于年報） 單位：pcu/h

（1）羅家嘴立交的流量增長側(cè)重于南、北、東三個方向。

（2）猴子石大橋已趨于飽和，未來東段交通量增長較為有限。

（3）越江交通將更多利用湘府路大橋，隨著湘府路快速化改造，未來北-東的聯(lián)系增長在該節(jié)點(diǎn)將更多轉(zhuǎn)化為南北直行增長，而北-東向交通將呈下降趨勢，而這更有利于改善立交區(qū)的西向東交織段服務(wù)水平。

根據(jù)上述羅家嘴立交的交通發(fā)展趨勢，若規(guī)劃路網(wǎng)完善后，羅家嘴立交不進(jìn)行任何交通改善措施，立交流量變化如圖4 所示，見表3。

圖4 羅家嘴立交流量變化情況

表3 未來羅家嘴立交服務(wù)水平（不做交通改善）

根據(jù)上述流量分析可知：

（1）未來羅家嘴立交交織流量比現(xiàn)狀降低20%。其中含浦大道-學(xué)士聯(lián)絡(luò)線節(jié)點(diǎn)分流了45%的北-西轉(zhuǎn)向交通，湘府路立交分流了40%的北-東轉(zhuǎn)向交通。

（2）由于交織流量減少，交織段通行能力提升，現(xiàn)狀西向東瓶頸顯著改善。

（3）但南北向直行流量大幅增長，北向南飽和度高，成為新的擁堵段。

2.3 羅家嘴立交交通改造方案

通過對現(xiàn)狀立交及遠(yuǎn)期發(fā)展趨勢分析，為了避免未來羅家嘴立交產(chǎn)生新的交通瓶頸提升立交節(jié)點(diǎn)服務(wù)水平，需要對羅家嘴立交進(jìn)行交通優(yōu)化。

經(jīng)分析，羅家嘴立交主要存在兩個問題：

（1）路網(wǎng)系統(tǒng)問題，輔道不連續(xù)和節(jié)點(diǎn)交織問題。

（2）主輔系統(tǒng)相對獨(dú)立。

結(jié)合前文提出的立交改造思路，羅家嘴改造方案如圖5 所示。

2.3.1 改造方案說明

通過對輔道及交織距離組合分析，提出三種解決方案，分別表述如下：

（1）方案一：增設(shè)南北兩根短輔道+ 改雙匝道。

該方案在西二環(huán)主線兩側(cè)設(shè)置獨(dú)立的單向兩車道輔道，連接西二環(huán)與潭州大道輔道系統(tǒng)。將北往東和南往西苜蓿葉匝道改造成半定向匝道，消除立交范圍內(nèi)的交織。該方案需要增加兩根輔道匝道，調(diào)整四根匝道，立交層次為四層。

圖5 立交改造方案思路

（2）方案二：增設(shè)南北兩根長輔道+ 改單匝道。

兩根長匝道拉通西二環(huán)輔道和潭州大道輔道，跨過南二環(huán)，輔道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較高，可分擔(dān)部分南北向主線交通。改造立交北往東匝道，解決立交內(nèi)主要交織問題。

（3）方案三：增設(shè)南北兩根短輔道+ 改單匝道。

結(jié)合方案一與方案二，新增輔道在南二環(huán)南側(cè)落地，并改造北往東匝道。造價相對較低，對現(xiàn)狀交通影響相對較小。

三個改造方案平面布置如圖6 所示。

圖6 三個改造方案平面布置圖

2.3.2 關(guān)于改善方案的評估

（1）從交通流量上看，三個方案均剝離了現(xiàn)狀立交的南北輔道流量，三個方案立交總交通量相同。

（2）三個方案均能滿足未來交通運(yùn)行要求，其中方案一立交沒有交織，立交服務(wù)水平最高。

（3）但方案一、方案三的南北向輔道功能較弱，未來地面交通服務(wù)水平比方案二略低。

2.3.3 方案比選

方案比選結(jié)果見表4。

表4 方案比選結(jié)果

綜合交通功能分析、對現(xiàn)狀交通的影響、造價等多面比較，推薦采用方案一（見圖7）。

圖7 改造后效果圖

3 結(jié) 語

本文通過對苜蓿葉立交型式及運(yùn)行情況存在的問題進(jìn)行歸納分析，并針對以上問題提出解決思路，減少立交主線的進(jìn)出口數(shù)量、增設(shè)集散車道或改造環(huán)形匝道、采用定向匝道、采用連續(xù)設(shè)置輔路措施來提高苜蓿葉立交的整體交通服務(wù)水平。以長沙羅家嘴立交改造為例，具體分析以上解決思路的實(shí)際應(yīng)用，以期為新建及類似立交改造工程提供借鑒。