基于無收費站的雙喇叭樞紐立交連接線設(shè)計指標研究

摘 要：該次研究的雙喇叭樞紐立交是無收費站形式，匝道交通均為連續(xù)流，由于立交連接線前后銜接均為喇叭匝道線型，中段一般采用高指標線型，致使前-中、中-后段銜接處的技術(shù)指標變化較大，對司機預(yù)判路況產(chǎn)生較大影響，在指標轉(zhuǎn)換點易導(dǎo)致車輛磨蹭護欄、失控等事故發(fā)生。目前立交連接線的幾何設(shè)計指標一般參考規(guī)范相關(guān)條例進行取值，但實際運行速度上下浮動較大，按規(guī)范固定的設(shè)計速度取值會與實際運行速度的實際需求存在較大偏差。為此，該文以雙喇叭樞紐立交連接線運行速度變化為基點，根據(jù)事故位置分析、運行速度預(yù)測等情況進行分析，以適應(yīng)實際運行需求、適度指標的設(shè)計思路，梳理雙喇叭樞紐立交連接線設(shè)計指標的合理取值區(qū)間，提升立交連接線運行安全性，有效預(yù)防立交交通事故。

關(guān)鍵詞：雙喇叭樞紐立交；連接線；運行速度；設(shè)計指標；無收費站形式

中圖分類號：U492.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0134-04

Abstract： The double-horn hub interchange in this study is in the form of no toll station， and the ramp traffic is continuous. Because the connection lines of the interchange are all horn ramp lines， and the high index line type is generally adopted in the middle section， the technical index at the junction of the front-middle， middle-rear section changes greatly， which has a great impact on the driver's prediction of road conditions， and it is easy to lead to accidents such as vehicle tardiness and out of control at the index transition point. At present， the geometric design index of the interchange connection line generally refers to the relevant regulations of the code， but the actual running speed fluctuates greatly， and the value of the design speed fixed according to the specification will deviate greatly from the actual demand of the actual running speed. For this reason， this paper takes the change of the operation speed of the interchange connection line of the double-horn hub as the basic point， and carries on the analysis according to the accident location analysis and operation speed prediction， in order to meet the actual operation demand and the design idea of moderate index; besides， the paper sorts out the reasonable value range of the design index of the interchange connection line of the double-horn hub， so as to improve the operation safety of the interchange connection line and effectively prevent the traffic accidents of the interchange.

Keywords： double-horn hub interchange; connecting line; running speed; design index; non-toll station form

雙喇叭樞紐立交連接線路段的車輛運行特性及組成十分復(fù)雜，其路段在立交事故中持續(xù)占有較高的比重。連接線的合理設(shè)計與運營管理是保障雙喇叭樞紐立交正常運行的關(guān)鍵。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界早年已針對樞紐立交形成了系統(tǒng)研究，但針對連接線的安全運行研究較少且不系統(tǒng)，現(xiàn)有規(guī)范亦未明確在實際運行速度遠高于設(shè)計速度情況下的技術(shù)指標取值原則。

因此，本文以某雙喇叭樞紐立交為研究背景，基于運行速度變化的分析結(jié)論，對已有的研究成果采用歸納、總結(jié)等方式，圍繞立交連接線技術(shù)指標取值、實際運行速度等方面，提煉出設(shè)計指標的合理取值區(qū)間，適度預(yù)防以有效降低立交交通事故率。

1 概況

本次研究的雙喇叭樞紐立交，為A型喇叭+B型喇叭組合，其中A型喇叭布設(shè)于高處，B型喇叭布設(shè)于低處，通過A匝道作為雙喇叭連接線進行連接。

連接線由A、B、C、H、J匝道組成，分為上行方向（由B型喇叭至A型喇叭的行車方向，由A、B、C匝道組成）、下行方向（由A型喇叭至B型喇叭的行車方向，由A、H、J匝道組成）2個方向，匝道設(shè)計車速均為40 km/h。具體指標見表1。

1.1 運營交通情況

自樞紐立交開通使用后，因車輛超速、駕駛不當(dāng)?shù)仍?，?dǎo)致交通事故總次數(shù)共為17次，其中剮蹭護欄15次、貨車側(cè)翻2次，事故點主要發(fā)生在下行方向（A型喇叭開往B型喇叭方向）的A、H和J匝道，具體位置如圖1所示。

結(jié)合事故原因進行剖析：①上行方向沒有發(fā)生事故，100%事故均發(fā)生在下行方向；②在H、J匝道護欄剮蹭次數(shù)達11次，多因車速過快、操作不當(dāng)導(dǎo)致；③在A匝道護欄剮蹭次數(shù)達4次，占比23.53%，多因車速過快、影響正常識別AE匝道分流鼻端、操作不當(dāng)導(dǎo)致；④在H匝道發(fā)生貨車側(cè)翻2次，事故均位于彎道處。具體數(shù)據(jù)詳見表2。

1.2 連接線技術(shù)指標分析

根據(jù)上述事故調(diào)查情況，事故發(fā)生位置主要集中在雙喇叭樞紐立交A與E匝道分流鼻端處、H匝道（下行方向）、J匝道（下行方向）這三處。

經(jīng)核查，匝道指標均符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對40 km/h的指標要求，具體指標如下所述。

A與E匝道分流鼻端處，A匝道平面采用直線線型，E匝道平面采用直線漸變至R=95 m圓曲線的緩和曲線；A匝道縱坡為-1.35%下坡；橫坡采用2%；A—G、A—E匝道交織段為325 m，分流漸變段51.17 m，滿足規(guī)范在40 km/h速度下的最小距離50 m要求。

H匝道平面采用R=80 m和R=170 m的S型線型；縱坡為-2.5%下坡；橫坡按對應(yīng)規(guī)范取值，分別采用5%、3%橫坡，最大合成坡度是5.6%，超高漸變率是1/222。

J匝道平面采用R=160 m和R=104.5 m的S型線型；縱斷面為+1.75%上坡和-2.12%下坡的縱坡組合；橫坡按對應(yīng)規(guī)范取值，分別采用4%、5%橫坡，最大合成坡度是4.53%，超高漸變率是1/222。

1.3 相關(guān)啟示

啟示一：分流鼻端處事故往往是在分流鼻端識別條件較差的情況下發(fā)生，部分車輛因未及時識別分流鼻端而采用緊急制動、倒車、跨多個車道等一系列錯誤行為，從而導(dǎo)致?lián)p毀護欄、追尾事故發(fā)生。

啟示二：路線平縱指標所引導(dǎo)的駕駛方式與車輛的駕駛期望不相符是引發(fā)事故的重要原因，因此應(yīng)重點聚焦于在不同平縱橫指標組合下的安全運行速度研究。

啟示三：根據(jù)上表事故統(tǒng)計，事故在雨天呈高發(fā)狀態(tài)，護欄剮蹭事故車型主要為轎車，而側(cè)翻事故的事故車型均為貨車，兩起側(cè)翻事故均發(fā)生于R=100 m轉(zhuǎn)換至R=80 m的緩和曲線路段。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，車輛在經(jīng)過減速進入J匝道后，后因連接線路段均為下坡（連續(xù)下坡平均坡度為2.165%、長度為1 176 m），車輛在連接線路段可達60 km/h以上（設(shè)計速度為40 km/h），車速過快、降速距離不足是事故主要原因。因此，應(yīng)該采取合理措施引導(dǎo)車輛主動降速，以保證汽車在進入小半徑圓曲線前的速度已降至設(shè)計速度范圍內(nèi)。

2 連接線技術(shù)指標研究

根據(jù)以上啟示，可知連接線技術(shù)指標取值高低，對引導(dǎo)駕駛行為、駕駛預(yù)期及道路識別等方面起關(guān)鍵作用。由于 2次側(cè)翻的嚴重事故均位于雙喇叭樞紐立交H匝道指標轉(zhuǎn)換處，且車型均為貨車，考慮到城市立交貨車比例較低、車流量大且速度較低，而公路貨車比例大、交通連續(xù)流、車速較快，本文的連接線技術(shù)指標研究將以連續(xù)流交通要求更高的公路作為研究背景，參考JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標準》[1]、JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》[2]、JTG/T D21—2014《公路立體交叉設(shè)計細則》[3]規(guī)范進行分析。

2.1 平縱面指標研究

研究參考車型為JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標準》[1]中確定的貨車標準車型的外廓尺寸車體結(jié)構(gòu)等參數(shù)（如輪距參數(shù)、鉸接位置及前懸長度等）。

條件假設(shè)：設(shè)置道路超高為 3%，路面附著系數(shù)為 0.8（正常路況），分別設(shè)置立交匝道圓曲線半徑為 50、70、90、110、130、150、170、190和210 m，上匝道設(shè)置坡度分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%，下匝道設(shè)置坡度分別為-1%、-2%、-3%、-4%、-5%、-6%。

根據(jù)貨車安全速度的相關(guān)研究[4]，分析不同平縱組合上匝道安全車速表格（表3）可知，大型貨車在上匝道的安全車速隨著圓曲線半徑、坡度的增加而增加，其中坡度對安全車速的影響較小，例如在半徑為150 m的上匝道上，坡度從1%變化至6%，大型貨車的安全車速也僅從74 km/h增長至 75 km/h，變化幅度較小。立交匝道圓曲線半徑對上匝道的安全車速影響較大，例如在坡度為3%的上匝道上，圓曲線半徑從50 m增至210 m，大型貨車在上匝道的安全車速從44 km/h增長至85 km/h，增長幅度較大。

分析不同平縱組合下匝道安全車速表格（表4）可知，大型貨車在下匝道的安全車速隨著圓曲線半徑、坡度的增加而增加，其中坡度對安全車速的影響較大，例如在半徑為150 m的上匝道上，坡度從1%變化至6%，大型貨車的安全車速從74 km/h降低至17 km/h，變化幅度較大。立交匝道圓曲線半徑對下匝道的安全車速影響較大，例如在坡度為3%的下匝道上，圓曲線半徑從50 m增至210 m，大型貨車在上匝道的安全車速從30 km/h增長至82 km/h，增長幅度較大。

由此可見，在正常路況情況下，上行方向（上匝道）整體安全性高，主要影響因素為圓曲線半徑；下行方向（下匝道）受縱坡、圓曲線半徑影響大，特別是在縱坡-3%～-4%區(qū)間內(nèi)，安全速度嚴重下降；研究結(jié)論高度吻合實際事故情況。本文連接線下行方向的技術(shù)指標，平面線型最小圓曲線為R=80 m，最大縱坡為-2.5%、平均縱坡為-2.165%。根據(jù)線性等差法計算，連接線現(xiàn)技術(shù)指標對應(yīng)的安全車速為49 km/h，但實際上車輛運行速度達到60 km/h以上，因此11 km/h以上的速度差是事故發(fā)生的主要原因。

平面指標小結(jié)：雙喇叭樞紐立交的連接線在采用直線/大曲率半徑圓曲線連接小曲率圓曲線時，由于曲率半徑差異化大，其運行速度差過大，超出原設(shè)計技術(shù)指標的保障范圍，并受限于側(cè)風(fēng)、路面附著力降低等不利因素，實際安全運行速度將會進一步降低。若有條件改善，應(yīng)在設(shè)計階段考慮適當(dāng)加大平面指標以及早消除安全隱患。以本文連接線為例，以入彎前60 km/h運行速度進行考慮，加大與R=80 m銜接的圓曲線半徑（由R=100 m調(diào)整至R=120 m），同時緩和曲線長度宜按60 km/h設(shè)計速度的6 s行程（3 s識別+3 s減速）共100 m進行充分的速度過渡。若無條件加大平面指標，應(yīng)以交通工程措施為主，限制車輛行駛速度至安全速度。

縱斷面指標小結(jié)：在交通連續(xù)流的樞紐立交內(nèi)，考慮到立交需均衡用地、建設(shè)條件及經(jīng)濟性等多方面，宜采用-3%的坡度進行下行方向縱斷面設(shè)計；在平面指標較好（最小半徑大于120 m）的情況下，可適當(dāng)使用-4%坡度；不建議設(shè)置-4%～-6%范圍的坡度，如條件受限、必須設(shè)置，建議應(yīng)布設(shè)相應(yīng)強力的交通工程措施進行提醒、減速、控速，以確保行車安全性。

2.2 超高指標研究

條件假設(shè)：設(shè)置道路半徑為120 m，路面附著系數(shù)為 0.8（正常路況），縱坡為3%，分別設(shè)置立交不同超高值：0%、0.5%……5%、5.5%、6%。

根據(jù)貨車安全速度的相關(guān)研究[4]，分析表格（表5、表6）可知，上、下匝道安全車速隨著超高的增大而增大，上匝道增速較快，下匝道增速較慢。在上匝道，當(dāng)超高為0時，安全車速最小為62 km/h；當(dāng)超高為6%時，安全車速最大為71 km/h。在下匝道；當(dāng)超高為0時，安全車速最小為51 km/h；當(dāng)超高為6%時，安全車速最大為63 km/h。因此設(shè)計超高可以有效地抵消離心力，提高匝道安全性。

超高指標小結(jié)：超高值與匝道安全車速存在正比關(guān)系。根據(jù)規(guī)范，在相同設(shè)計速度下，橫向力系數(shù)和超高橫坡是圓曲線最小半徑的關(guān)鍵參數(shù)。因此應(yīng)結(jié)合適合的橫向力系數(shù)區(qū)間，通過圓曲線半徑求得合適的超高取值范圍。

3 結(jié)論

目前技術(shù)指標值取值區(qū)間相對固化，難以與地方駕駛習(xí)慣、限制因素等實際需求形成匹配，且立交連接線前后銜接均為小曲率半徑線型，前后段的技術(shù)指標必然產(chǎn)生較大變化，前后段的安全車速閾值差異明顯。因此，基于波動變化的立交匝道安全車速研究，從運行速度協(xié)調(diào)性、三維線形一致性、視距、地方駕駛習(xí)慣和駕駛員緊張度等5個維度進行融合性的歸納總結(jié)，制定合理的技術(shù)指標取值區(qū)間，對于有效預(yù)防立交交通事故、降低事故率及嚴重程度具有重要作用。

在代價較小的情況下，建議在指標變化銜接處選取高值技術(shù)指標，以適量交通工程措施作為輔助，可明顯改善減緩速度變化帶來的急促感，有效提升車輛行駛安全性。在建設(shè)條件限制嚴重的情況下，應(yīng)結(jié)合惡劣天氣、不利路況等情況，適度加長識別、減速的空間，以加強交通工程措施為主要手段，增設(shè)可視信息牌告知車輛安全車速，必要時應(yīng)提前設(shè)置減速帶，使車輛進入低值標路段前降速至設(shè)計速度及以下。

4 結(jié)束語

本文僅從車輛漸進式運行速度、安全的角度下，重點研究了連接線匝道設(shè)計指標要求。隨著社會科學(xué)與經(jīng)濟的高速發(fā)展，道路路況也將隨之變化，未來可以結(jié)合前沿科學(xué)應(yīng)用成果、道路運行實際需求，進一步選定技術(shù)指標的優(yōu)化方向，為立交的人性化設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)，引導(dǎo)立交交通向快捷、效率、安全和綠色等方面目標發(fā)展。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國交通運輸部.公路工程技術(shù)標準：JTG B01—2014[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

[2] 中華人民共和國交通運輸部.公路路線設(shè)計規(guī)范：JTG D20—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[3] 中華人民共和國交通運輸部.公路立體交叉設(shè)計細則：JTG/TD21—2014[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

[4] 仵慶磊.立交匝道路段大型貨車安全車速仿真研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2022.