城市道路互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

樊聰鎬 鄭宗鶴

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 概述

近年來，城市道路擁堵現(xiàn)象日益明顯，在交通高峰期車輛通行質(zhì)量差、交通污染多。之前，我國采用城市道路平面交叉形式解決交通擁堵問題[1]。但是平面交叉口在設(shè)計(jì)方面缺少對交通量的預(yù)測功能，導(dǎo)致交通量暴增時(shí)，平面交叉口難以提高路網(wǎng)運(yùn)輸效率[2-4]。城市道路互通式立體交叉口在城市快速路及主干道設(shè)計(jì)時(shí)能夠有效解決交通量擁堵的問題。互通式立交將城市道路各方向進(jìn)行分層分離通行，實(shí)現(xiàn)了空間分離并且增加了交通的通行效率，降低了城市道路的擁堵現(xiàn)象[3]?；ネㄊ搅⒔徊粌H能夠提升車輛通行效率，而且在交通安全及交通污染方面具有優(yōu)勢。由于實(shí)現(xiàn)了立體交通，將車輛進(jìn)行分離持續(xù)通行，避免了對向來車，減少了停車次數(shù)，能夠增加車輛通行率，降低交通事故發(fā)生率及交通污[5-8]。結(jié)合實(shí)踐工程，互通式立體交叉的通行效率為平面交叉口的3-6 倍，并且事故率僅為平面交叉的20%-30%。但是互通式立交占地面積大工程造價(jià)高，且交通組織形式復(fù)雜，對互通式立交的設(shè)計(jì)及建造是保證其使用功能的關(guān)鍵[9-12]。本文以孝感某城市道路為例，通過對該道路通行狀況分析，進(jìn)行交通量預(yù)測。根據(jù)互通式立交設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對該項(xiàng)目進(jìn)行立交方案設(shè)計(jì)，選擇最佳方案。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目背景

該項(xiàng)目來源于孝感市互通式立體交叉建設(shè)項(xiàng)目。根據(jù)圖1 項(xiàng)目位置圖能夠得到，該城市道路全長5.68km，處于孝感市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)中心位置，該互通式立交東接澴川路、西接北京路，南北由董永路連接，形成四方來車的城市主干道。并且在打通的董永路連接G107 國道，能夠?qū)崿F(xiàn)城市的快速運(yùn)行，拉近城市發(fā)展距離。其功能主要是對東西南北四個(gè)來向的車輛進(jìn)行分流緩解交通壓力，在該區(qū)域內(nèi)存在孝感東站，交通量持續(xù)增加，人口密集且運(yùn)行形式復(fù)雜。

圖1 項(xiàng)目位置圖

該項(xiàng)目通行現(xiàn)狀受到G107 交通量及孝感東站人流量壓力，在春節(jié)等節(jié)假日城市道路堵塞嚴(yán)重，影響車輛出行，降低城市面貌。該互通式立交的建成，能夠有效解決四面來車擁堵問題，行車東西、南北兩條主干道，通過設(shè)置匝道實(shí)現(xiàn)車輛的有效分流，減小通行壓力，實(shí)現(xiàn)兩地交通的快速連接。該城市道路設(shè)計(jì)速度按照城市主干道設(shè)計(jì)確定為60km/h，車道形式采用雙向4 車道，路面半幅寬度為11.5m。

2.2 交通現(xiàn)狀評價(jià)

2.2.1 周邊道路運(yùn)行評價(jià)。由圖1 項(xiàng)目位置圖分析得到，該互通式立交連接四個(gè)方向道路，且連接道路均為城市主干道。澴川路全長10.8km，連接城市東部道路，雙向六車道。北京路全長15.8km，主要連接城市西部交通主干道，采用雙向四車道。董永北路臨近孝感東站，預(yù)計(jì)將董永路南北打通，行車城市南北主干道，設(shè)計(jì)車道為雙向四車道，是互通式立交設(shè)計(jì)的主要城市主干道。并且董永路打通后，在北部需要與G107 國道相連接，縮短城市與城市之間距離，但是G107 的連接增加了董永路的交通壓力。

2.2.2 交通量分析。交通量是城市道路設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，采用人工調(diào)查法對該互通式立交連接的四個(gè)方向道路進(jìn)行交通量調(diào)查，調(diào)查24h 內(nèi)的交通量數(shù)據(jù)，調(diào)查結(jié)果如表1 所示。

表1 交通量現(xiàn)狀

根據(jù)對該互通式立交連接的四條城市道路交通量調(diào)查，得到四條道路中董永路交通量最大，且車輛多為標(biāo)準(zhǔn)車，并且非機(jī)動車與行人數(shù)量較多，其通行方式為典型的機(jī)非通行。因?yàn)槎缆放R近孝感東站，車站附近車輛與行人眾多，如不施行分類分層通行，交通壓力較大、通行質(zhì)量差且易造成交通施工，根據(jù)調(diào)查董永路的日交通輛在5-6 萬之間，超過其設(shè)計(jì)交通量25%-35%，平均行車速度為45km/h，與設(shè)計(jì)速度相比降低26.7%，并且交通形式復(fù)雜，交通事故發(fā)生頻率高。董永北路在城市道路總體規(guī)劃中需要與董永路打通，董永北路日交通量為4-5w，并且非機(jī)動車輛交通量較多，目前為了緩解交通量壓力將董永北路交通施行繞行，但是兩條城市主干道打通之后，粗略估計(jì)日交通量突破10w，按照規(guī)劃董永北路將接入G107 國道，造成該主干道交通量增加，因此該城市道路主干道打通后的交通問題仍然非常嚴(yán)重。由于該項(xiàng)目位于城市東部，北京路與澴川路交通量相比而言較小，日交通量在2-3w之間，且行人較少，道路交通壓力較小。

3 城市互通式立交設(shè)計(jì)方案

根據(jù)孝感市某城市道路項(xiàng)目概況，需要對城市道路進(jìn)行互通式立體交叉設(shè)計(jì)。但是在設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)董永路與董永北路尚未打通，不能準(zhǔn)確進(jìn)行交通量預(yù)估。交通量預(yù)估不準(zhǔn)確易造成城市立交不能滿足使用要求，浪費(fèi)工程資金。因此在進(jìn)行互通式立交設(shè)計(jì)之間首先對未打通的兩條城市道路進(jìn)行交通量預(yù)估。

3.1 交通量預(yù)估

該項(xiàng)目地理位置特殊，位于孝感東站附近。兩條未打通的道路董永路與董永北路均在車站輻射圈，其交通量特點(diǎn)為車流量大，交通方式復(fù)雜、行人較多以及日交通量持續(xù)性強(qiáng)，但在節(jié)假日期間該區(qū)域交通量會呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。由于該城市道路主要服務(wù)于客運(yùn)，并且按照設(shè)計(jì)需要于G107國道相連接，通行車輛類型主要為小客車、大客車以及部分大貨車。該道路尚未打通，不能對打通后道路交通量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，因此采用交通量預(yù)估的“四階段”法進(jìn)行預(yù)估，即對城市道路交通量的發(fā)生和吸引，交通分布，交通方式規(guī)劃，交通分配四個(gè)階段進(jìn)行規(guī)劃。根據(jù)特征年的交通量分布，將特征年的交通量進(jìn)行分配至規(guī)劃路網(wǎng)中，得到打通后董永大道的日交通量。將打通后道路的交通量進(jìn)行分布計(jì)算，得到該城市道路的轉(zhuǎn)向交通量，如表2 所示，以此作為互通式立體交叉的設(shè)計(jì)依據(jù)。

表2 互通式立交各轉(zhuǎn)向交通量預(yù)測結(jié)果（輛/天）

3.2 互通式立交設(shè)計(jì)方案

董永大道是孝感市重要的縱向通道，其縱向交通量較大且左右轉(zhuǎn)彎車輛較多。因此將董永大道定為立交的主干道，北京- 澴川路交通量較少，且交通方式較為簡單。根據(jù)兩條主干道的概況，選用互通式立交形式，由于該互通式立交為四路交叉，將董永大道設(shè)為互通立交上層，保證交通量的有效分流，將北京- 澴川路設(shè)為互通立交下層，能夠有效實(shí)現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)彎與通行質(zhì)量。根據(jù)互通式立交線形選擇，能夠選擇有苜蓿葉型、鉆石型、圓型以及直連型如圖2 所示。根據(jù)選跨步驟，確定互通式立交上下層后，按照互通式立交轉(zhuǎn)向交通量預(yù)測結(jié)果，合理設(shè)置閘道，根據(jù)該立交左轉(zhuǎn)交通量較大的特點(diǎn)，將匝道形式可確定為定向式或半定向式。因此，該項(xiàng)目根據(jù)工程實(shí)際情況，提出了兩種互通式立體交叉設(shè)計(jì)方案，分別為方案一苜蓿葉+定向組合方案，方案二環(huán)形+定向組合方案。

圖2 立交分類圖

3.2.1 苜蓿葉+定向組合方案。苜蓿葉+定向組合方案的立交形式為上下互通式立體交叉樞紐，按照立體形式分為上下兩層，實(shí)現(xiàn)人車分離，將四條城市道路的交通量進(jìn)行分流整合，其設(shè)計(jì)方案如圖3 所示。根據(jù)日交通量劃分，確定董永大道為該互通式立交的城市主干道。將董永大道設(shè)置在互通式立交的上層，在董永大道北部設(shè)置專用匝道，把匝道與G107 國道相連接，借助苜蓿葉線形順勢把G107 交通量按照車輛運(yùn)行反向進(jìn)行分流，減少主干道的交通量，提升通行效率。把北京路與澴川路設(shè)置在互通式立交的下層，保證兩條道路的通行質(zhì)量，在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置匝道，實(shí)現(xiàn)車輛的自然轉(zhuǎn)向，避免對向來車造成交通事故。苜蓿葉+定向組合方案的方案設(shè)計(jì)，既考慮了城市主干道車輛直行的問題，又考慮到交通量的轉(zhuǎn)向與分流。在交通量較少的北京- 澴川方向設(shè)置地下人行通道，解決孝感東站人口密集度大，人流量大的問題，實(shí)現(xiàn)人車分流的理念，避免出行混合交通，降低車輛通行質(zhì)量以及交通事故的頻發(fā)。由于董永大道北部左轉(zhuǎn)交通量較大，在左側(cè)設(shè)置左轉(zhuǎn)匝道，減小上層主干道的交通量，提高互通式立交的安全性。

圖3 苜蓿葉+定向組合方案平面圖

3.2.2 環(huán)形+定向組合方案。環(huán)形+定向組合方案同樣采用互通式立體交叉，其設(shè)計(jì)方案如圖4 所示。該方案考慮到在離開孝感東站的車輛向東向西行駛時(shí)，需要沿匝道進(jìn)行繞行，造成通行時(shí)間增加，路網(wǎng)設(shè)置不夠便捷的問題。在進(jìn)行線形設(shè)計(jì)時(shí)放棄了苜蓿葉線形，而是采用東西兩條主干道十字交叉通行，在上主干道外圍設(shè)置環(huán)形路網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)孝感東站車輛的自由轉(zhuǎn)向，在車站處增加匝道入口，便于車輛進(jìn)入車站。但是該方案由于放棄了苜蓿葉線形，造成車輛在行駛過程中的轉(zhuǎn)彎半徑過大，出行時(shí)易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)行車的問題，并且十字交叉主干道，不能有效緩解董永大道的交通堵塞問題，只是采用環(huán)形匝道實(shí)現(xiàn)車輛行駛時(shí)間差，解決主干道交通堵塞的能力有限。

圖4 環(huán)形+定向組合方案平面圖

互通式立交在進(jìn)行立交匝道設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，互通式立交主干道按照原城市道路設(shè)計(jì)速度進(jìn)行設(shè)計(jì)，匝道設(shè)計(jì)速度為原城市道路設(shè)計(jì)速度的60%-70%。匝道方向確定時(shí)應(yīng)選取原道路設(shè)計(jì)速度的70%，一般匝道選取原道路設(shè)計(jì)速度的60%。因此，互通式立交上下二層主干道設(shè)計(jì)速度為60km/h，確定方向的匝道設(shè)計(jì)速度為50km/h，一般匝道設(shè)計(jì)速度為40km/h。

3.3 方案比選

根據(jù)該工程項(xiàng)目概況提出的苜蓿葉+定向組合方案以及環(huán)形+定向組合方案都能夠有效的解決城市主干道董永大道交通量擁堵的問題。但是從互通式立交線形設(shè)計(jì)方面分析，方案一苜蓿葉線形更具有優(yōu)勢，因?yàn)檐俎Ｈ~線形將上層主干道的交通量進(jìn)行有效分流，把車流量分為3 類，一類是董永大道南北走向的交通量，另外兩類分布為左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)交通量。根據(jù)互通式立交各轉(zhuǎn)向交通量預(yù)估結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)董永大道北段車輛左右轉(zhuǎn)彎量較大，采用苜蓿葉線形能夠在不影響主干道直行通行效果下，實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)彎的交通量分流，并且這樣的線形設(shè)計(jì)縮短行駛距離，節(jié)省行駛時(shí)間。從工程經(jīng)濟(jì)性方面考慮，方案一造價(jià)主要在苜蓿葉線形段需要配合匝道進(jìn)行設(shè)計(jì)，工程造價(jià)較低，而環(huán)形設(shè)計(jì)增大了道路的轉(zhuǎn)彎半徑，從而增加了施工工程的價(jià)格。從施工難易程度方面考慮，方案一的交通組織形式較復(fù)雜，雖然能夠有效緩解城市高峰期交通擁堵線形，但容易使駕駛員在互通式立交橋上迷路，施工難度較復(fù)雜，交通設(shè)施分布繁瑣。方案二從施工方面分析，施工方法簡單有效，但是施工過程中由于城市道路半徑較大，對施工控制要求較高，且駕駛員在行駛過程中易出現(xiàn)眩暈狀況。

通過對兩種方案在互通式立交線形設(shè)計(jì)方面、工程經(jīng)濟(jì)方面以及施工難易程度方面進(jìn)行綜合分析，確定方案一苜蓿葉+定向組合互通式立交設(shè)計(jì)為最終方案。

4 結(jié)論

綜上所述，以孝感市某城市道路互通式立交設(shè)計(jì)為例，根據(jù)工程概況，分析了該項(xiàng)目設(shè)置互通式立交的功能性及必要性，通過對該項(xiàng)目周圍四條城市道路交通量分析，采用四階段法對互通式立交各轉(zhuǎn)向交通量進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果及工程概況，提出苜蓿葉+定向組合互通式立交以及環(huán)形+定向組合互通式立交，對兩種方案進(jìn)行比選，最終確定設(shè)計(jì)苜蓿葉+定向組合互通式立交。