重慶繞城高速公路互通立交密度研究

高魯賓，孫家駟，張 銘

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074)

我國(guó)的城市化水平提高得很快，特別是自改革開(kāi)放以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大。城市舊的道路網(wǎng)絡(luò)往往難以滿足新的交通需求，因此一般采用環(huán)路加放射式的道路網(wǎng)格局，將過(guò)城的車輛和城市郊區(qū)的車輛通過(guò)外圍的環(huán)路進(jìn)行分離，避免其進(jìn)入城市中心區(qū)域，造成交通負(fù)荷過(guò)大而引起堵塞。

從我國(guó)目前修建城市快速環(huán)路的目的來(lái)看，大多數(shù)是為了完成國(guó)省重要干線在中心城市的過(guò)境。由于過(guò)境環(huán)路處于城市路網(wǎng)和公路網(wǎng)的過(guò)渡地帶，特定的交通功能決定了流量組成的復(fù)雜性。立交的設(shè)置正是為了梳理這一復(fù)雜的交通流，在緩解交叉口交通擁堵、完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面起著非常重要的作用，這就使得小間距立交正在成為一種不可避免的社會(huì)需求。而小間距立交的設(shè)置將會(huì)影響到主線的交通功能，同時(shí)交通安全性難以保證。本文結(jié)合重慶繞城高速公路立交設(shè)置的實(shí)例，探討城市環(huán)線立交的合理密度并對(duì)小間距立交提出初步的對(duì)策和建議。

重慶繞城高速公路是重慶規(guī)劃的“三環(huán)十射”高速公路網(wǎng)的二環(huán)高速公路，路線由魚(yú)嘴起，經(jīng)朝陽(yáng)寺、水土、北碚、歇馬、青木關(guān)、曾家、走馬、西彭、槽坊、馬宗、一品、南彭、忠興、惠民、廣陽(yáng)、到魚(yú)嘴止，路線全長(zhǎng)187.292 km，設(shè)計(jì)速度100 km/h和120 km/h，對(duì)應(yīng)的路基寬度33.5 m和34.5 m。該路兩次跨越長(zhǎng)江、一次跨越嘉陵江，穿越鐵山坪、尖山子、環(huán)山坪等山脈，形成三座跨江特大橋、兩座特長(zhǎng)隧道和兩座長(zhǎng)隧道;全線共設(shè)互通式立交22處;土石方數(shù)量3 271.56萬(wàn)m3;平均造價(jià)約7 038.434 08萬(wàn)元/km。

1 重慶繞城高速公路互通式立交布局與總體規(guī)劃的適應(yīng)性

1.1 重慶市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃

根據(jù)“規(guī)劃綱要”，到2020年都市區(qū)總?cè)丝?80萬(wàn)，城鎮(zhèn)化水平達(dá)95%，城鎮(zhèn)建設(shè)總用地865 km2，人均城鎮(zhèn)建設(shè)用地93 m2，重慶市總體空間結(jié)構(gòu)為“一城五片區(qū)，多中心組團(tuán)式”，即:主城(一城);中部片區(qū)、北部片區(qū)、南部片區(qū)、西部片區(qū)和東部片區(qū)(五片);一個(gè)中心和六個(gè)城市副中心(多中心組團(tuán)式)的總體結(jié)構(gòu)。

1.2 主城快速路網(wǎng)規(guī)劃

重慶快速路網(wǎng)規(guī)劃形成“九射、四橫、多聯(lián)絡(luò)”的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，快速路規(guī)劃總里程為1 034.4 km，快速路網(wǎng)密度為1.31 km/km2，規(guī)劃紅線寬度為54－64 m。

1.3 高速公路網(wǎng)規(guī)劃

重慶高速公路網(wǎng)規(guī)劃到2010年，基本建成“二環(huán)八射”，高速公路總里程達(dá)到2 000 km;到2020年，基本形成“三環(huán)十射六聯(lián)”，總里程為3 600 km的高速公路網(wǎng)。

1.4 “二環(huán)”立交布局與總體規(guī)劃的適應(yīng)

互通立交的布局應(yīng)能適應(yīng)未來(lái)交通量的增長(zhǎng)，與其進(jìn)行便捷的溝通，并與周邊路網(wǎng)較好地銜接。

重慶繞城高速公路作為重慶市的第二條環(huán)線高速公路，與各射線高速公路相交的位置必須設(shè)置互通立交來(lái)實(shí)現(xiàn)交通流的自由轉(zhuǎn)換，來(lái)緩解城市內(nèi)部的交通壓力;主城內(nèi)的快速路和繞城高速公路相銜接的位置也要靠互通式立交來(lái)轉(zhuǎn)換交通流;同時(shí)，繞城高速公路還要充當(dāng)各中心組團(tuán)之間相互連接的干線公路，各組團(tuán)上下高速公路必須要有互通式立交來(lái)實(shí)現(xiàn);這就使得繞城高速公路連接的節(jié)點(diǎn)較多較密，必然導(dǎo)致互通式立交的的數(shù)量多、間距小、密度大。

重慶繞城高速公路全線共設(shè)22處互通立交，最大間距14.975 km，最小間距3.697 km，平均間距8.51 km。重慶繞城高速公路互通立交規(guī)劃布置見(jiàn)圖1。

2 繞城高速公路上互通立交特征分析

繞城高速公路布設(shè)于主城外圍，它既是城市對(duì)外公路骨架網(wǎng)的組成部分，又是城市快速路網(wǎng)以及城市道路網(wǎng)的構(gòu)成部分之一，具有公路與城市道路的雙重特性。它既擔(dān)負(fù)著主城對(duì)外聯(lián)系和過(guò)境交通轉(zhuǎn)換的任務(wù)，又具有對(duì)內(nèi)各中心組團(tuán)快速便捷聯(lián)系的交通功能，是公路和城市道路交通相互連接和轉(zhuǎn)換的重要骨架道路，具有很強(qiáng)的多功能性。環(huán)線上的互通立交，則是環(huán)線交通的“咽喉”，是環(huán)線對(duì)內(nèi)對(duì)外聯(lián)系的重要進(jìn)出口［1］。

繞城高速公路上的立交與一般高速公路和城市道路上的立交相比有其自身的一些特征:

2.1 功能上的雙重性

繞城高速公路上的立交是過(guò)境交通的樞紐和城市交通轉(zhuǎn)換的重要設(shè)施。所以，當(dāng)環(huán)線上互通立交密度較大時(shí)，勢(shì)必影響到上述功能的發(fā)揮。

2.2 進(jìn)出交通量的周期變化規(guī)律

由于繞城高速公路和城市道路聯(lián)系緊密，交通量具有和城市道路一致的變化規(guī)律，進(jìn)出互通立交的交通量也呈現(xiàn)“高低峰”的周期變化規(guī)律。

圖1 重慶繞城高速公路互通立交規(guī)劃布置圖Fig.1 Planning of Chongqing ring highway

2.3 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的差異性［1］

重慶繞城高速公路上互通立交根據(jù)相交道路的性質(zhì)和交通量的不同，分為樞紐立交、次樞紐立交(是指在技術(shù)條件上介于樞紐立交和一般立交之間的立交等級(jí))和一般立交3個(gè)等級(jí)。

樞紐互通式立交是繞城高速公路與放射線高速公路相交形成的立體交叉，共設(shè)8處樞紐立交，除槽坊互通立交為三路T型交叉外，其余均為四路立交;次樞紐立交是繞城高速公路與城市快速路相交形成的互通式立交，共設(shè)9處，均為三路互通立交;一般立交是繞城高速公路與地方道路相交形成的互通式立交，共5處。各級(jí)立交分別采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 城市區(qū)域開(kāi)發(fā)的依賴性

重慶是典型的組團(tuán)城市，以往每個(gè)組團(tuán)各方面功能相對(duì)完善，組團(tuán)內(nèi)工作、生活基本平衡，緊湊發(fā)展。隨著重慶擴(kuò)大內(nèi)陸開(kāi)放政策的實(shí)施，對(duì)各組團(tuán)正在進(jìn)行大規(guī)模的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)就必須要有便捷的交通，繞城高速的修建把城市外圍的各個(gè)組團(tuán)“串聯(lián)”起來(lái)，各組團(tuán)要上下高速公路，對(duì)互通立交有很大的依賴性。

3 對(duì)合理密度的探討

3.1 規(guī)范對(duì)立交間距的規(guī)定

在互通式立交之間，要有足夠的交織段長(zhǎng)度，以滿足車輛進(jìn)出高速道路時(shí)相互交換車道的要求。

我國(guó) JTG D20 －2006《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］對(duì)高速公路上互通式立交之間的間距作了如下規(guī)定:

1)大城市、重要工業(yè)園區(qū)附近的平均間距宜為5～10 km;其他地區(qū)宜為15～25 km。

2)相鄰互通式立體交叉的最小間距，不宜小于4 km。因路網(wǎng)結(jié)構(gòu)或其他特殊情況限制，經(jīng)論證相鄰互通式立交之間的間距可減小時(shí)，加速車道漸變段至下一個(gè)互通式立體交叉的減速車道漸變段起點(diǎn)間的距離，不應(yīng)小于1 000 m;小于1 000 m，且經(jīng)論證而必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)將兩者合并為復(fù)合式互通式立體交叉。

3)相鄰互通式立體交叉的間距不宜大于30 km;超過(guò)時(shí)，應(yīng)設(shè)置與主線立體分離的“U型轉(zhuǎn)彎”設(shè)施。

重慶繞城高速公路互通立交平均間距8.51 km符合大城市、重要工業(yè)園區(qū)附近立交平均間距5～10 km的要求。

同時(shí)，我國(guó)CJJ 37—90《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］對(duì)立交最小凈距也有規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1 城市道路互通立交之間最小凈距［3］Tab.1 Minimum spacing between city road interchanges

3.2 合理密度的分析

3.2.1 國(guó)內(nèi)繞城高速公路立交間距的統(tǒng)計(jì)計(jì)算［4－5］

我國(guó)一些城市繞城高速公路互通式立交間距情況見(jiàn)表2。

表2 我國(guó)繞城高速公路立交間距Tab.2 Spacing between ring highway interchanges in China

(續(xù)表2)

統(tǒng)計(jì)以一個(gè)城市的繞城高速公路作為一個(gè)樣本，以該路段互通式立交的平均間距作為樣本值，在全國(guó)范圍內(nèi)共收集了24個(gè)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

計(jì)算統(tǒng)計(jì)值時(shí)，各樣本值的均方差為:

式中:n為間距樣本數(shù);Li為各間距樣本值;L為所有間距樣本的平均值。

考慮L呈正態(tài)分布，對(duì)于某確定的Li來(lái)說(shuō)，可用保證率P( Li)來(lái)表示其出現(xiàn)幾率，如圖2。

圖2 互通立交間距的概率分布Fig.2 Probability distribution of interchanges spacing

即:

λ為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)變量L的分位數(shù)，

按90%的保證率來(lái)計(jì)算，則相應(yīng)的保證率系數(shù)λ=1.282

即:5.27 km

3.2.2 國(guó)外立交間距情況

美國(guó)州際公路互通式立交的平均間距為鄉(xiāng)區(qū)6.9 km，城區(qū)1.8 km;

英國(guó)高速公路互通式立交平均間距為6.5 km;

荷蘭人口密度較大，高速公路互通式立交的平均間距為3～5 km;

德國(guó)高速公路互通式立交的平均間距為5.5 km;

加拿大認(rèn)為互通式立交的平均間距最好為8 km;

日本的做法是根據(jù)立交服務(wù)半徑內(nèi)的人口條件確定立交間距。立交服務(wù)半徑是指相鄰立交間距的一半，在服務(wù)半徑范圍內(nèi)人口數(shù)量為5～10萬(wàn)時(shí)設(shè)置互通立交，根據(jù)城市人口，其設(shè)置數(shù)目，如表3［6］。

表3 互通式立體交叉標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置數(shù)Tab.3 Standards-setting numbers of interchanges

3.2.3 合理密度的建議

重慶繞城高速公路途徑8個(gè)區(qū)，沿線又連接了重慶外圍20多個(gè)經(jīng)濟(jì)組團(tuán)和重要的大型開(kāi)發(fā)區(qū)，輻射影響的人口600多萬(wàn)，設(shè)置22座互通立交是完全合理的，而且間距也是滿足《規(guī)范》［2］要求的，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)繞城高速公路與規(guī)劃高速公路和城市快速路很好的銜接，還要考慮在與規(guī)劃道路可能相交處預(yù)留互通立交的位置。重慶繞城高速公路上預(yù)留了4處互通式立交的位置，在施工過(guò)程中還改建了3處立交。等所有立交建成后，繞城高速公路上將形成26處互通式立交，立交平均間距7.20 km，立交密度越來(lái)越大。

因此，根據(jù)環(huán)線立交的特點(diǎn)、以上城市和國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，繞城高速公路上互通立交的平均間距在5.0～8.5 km比較合理。

3.3 小間距立交的對(duì)策與建議

針對(duì)繞城繞速公路上互通立交間距越來(lái)越小的情況，為滿足最小間距要求，按常規(guī)立交進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)行不通，因此，筆者從立交間距的影響因素入手對(duì)小間距立交的設(shè)置提出以下建議:

3.3.1 采用變異的立交方案

對(duì)于立交與立交之間或立交與隧道口之間的間距難以滿足最小間距要求的情況，在方案上下功夫，不拘泥于常規(guī)的立交方案，采取出口繞行下道。立交出口繞行下道的做法見(jiàn)圖3。

根據(jù)《規(guī)范》［2］規(guī)定，立交間及立交與隧道出口最小間距(凈距)1 000 m。該立交處在隧道與連續(xù)橋梁之間，為滿足立交與隧道口之間間距，該立交將出口遠(yuǎn)離隧道口，繞行離開(kāi)主線，使得立交與隧道口之間的間距滿足《規(guī)范》要求，保證了行車安全。

圖3 變異立交方案Fig.3 Variation interchange program

3.3.2 保證最小標(biāo)志預(yù)告距離

立交出口預(yù)告標(biāo)志通常設(shè)在出口2 km、1 km、500 m的位置，最后一個(gè)出口預(yù)告標(biāo)志設(shè)于減速車道起點(diǎn)［7］。當(dāng)立交與隧道口的間距不能滿足設(shè)置完善的出口預(yù)告標(biāo)志時(shí)，可以考慮必要間距的降低，但要保證最小的標(biāo)志預(yù)告距離500 m，預(yù)示前方立交出口位置，同時(shí)在隧道出口設(shè)置一個(gè)400 m、200 m的補(bǔ)充預(yù)告標(biāo)志，在進(jìn)口附近再設(shè)1.5 km、2 km的預(yù)告標(biāo)志，確保司機(jī)能判別出口位置?？紤]預(yù)告標(biāo)志的不足，在隧道出口與立交出口之間外側(cè)車道設(shè)置振動(dòng)減速帶，以提示司機(jī)前方有出口，以免誤行。

3.3.3 立交與服務(wù)區(qū)(停車區(qū))合并設(shè)置

在地形受限制的地段，可以設(shè)置互通式立交和服務(wù)設(shè)施的空間是有限的;而同時(shí)互通式立交與服務(wù)設(shè)施的布設(shè)間距又有一定的要求。對(duì)于立交與服務(wù)區(qū)(停車區(qū))之間的間距難以滿足最小間距要求的情況，考慮互通式立交與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置，立交進(jìn)出口與服務(wù)區(qū)、停車區(qū)并用，減少進(jìn)出口，既可以充分利用土地，又可以降低工程造價(jià)(圖4)［8］。

圖4 立交與服務(wù)區(qū)合并設(shè)置Fig.4 Merging setting of interchanges and service facilities

3.3.4 設(shè)置為復(fù)合式立交

當(dāng)兩個(gè)互通式立交不滿足極限最小間距等特殊條件時(shí)，考慮利用輔道，歸并交叉，減少進(jìn)出口，將兩處立交組合成復(fù)合式立交。復(fù)合式立交設(shè)置的實(shí)例見(jiàn)圖5。

青木關(guān)樞紐互通立交位于重慶繞城高速公路上，為不對(duì)稱半定向半苜蓿葉組合型與喇叭A型復(fù)合而成，兩立交分別為重慶繞城高速公路與與遂高速公路和319國(guó)道相交，中心樁號(hào)分別為K67+200.308、K69+279.436，立交間距 2.079 km，凈距不足1 000 m，不滿足《規(guī)范》［2］對(duì)立交最小間距的規(guī)定，所以考慮設(shè)置成復(fù)合式立交，既滿足了最小間距的要求，又能使繞城繞城高速公路的作用得到充分發(fā)揮。

圖5 青木關(guān)樞紐互通立交平面圖Fig.5 Plane figure of Qingmuguan interchange

3.3.5 以人口密度確定立交位置及數(shù)量

在立交規(guī)劃時(shí)要加強(qiáng)調(diào)研、論證，以人口密度確定立交位置及數(shù)量。如重慶繞城高速公路上大學(xué)城新增立交就是考慮大學(xué)城位置人口密度大，原來(lái)設(shè)計(jì)的1處立交不能滿足交通需求而增設(shè)。

4 結(jié)論

繞城高速公路連接的城市內(nèi)部及外圍節(jié)點(diǎn)較多較密，因此互通立交的位置、數(shù)量、形式及實(shí)施計(jì)劃有了更復(fù)雜的要求，互通立交(尤其是樞紐互通立交)應(yīng)結(jié)合規(guī)劃路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在路網(wǎng)密集的地區(qū)，互通立交應(yīng)處理好交通量、城市近、遠(yuǎn)期規(guī)劃及周邊路網(wǎng)的關(guān)系，確定合適的立交位置和間距。筆者根據(jù)國(guó)內(nèi)繞城高速公路上立交設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)和立交服務(wù)半徑內(nèi)的人口數(shù)量，建議平均間距在5.0～8.5 km;并提出小間距立交在難以滿足《規(guī)范》［2］的情況下，采取出口繞行下道、保證最小標(biāo)志預(yù)告距離、立交與服務(wù)區(qū)合并設(shè)置、利用輔道歸并交叉等措施，使繞城高速公路立交即滿足最小間距要求，又能使繞城高速公路的作用得到充分發(fā)揮。小間距立交正在成為一種不可避免的社會(huì)需求，城市環(huán)線高速公路立交密度有待更深入的研究。

［1］孫家駟.重慶繞城高速公路立交規(guī)劃布局研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，26(4):64－66.

［2］JTG D20—2006公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］CJJ 37—90城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］孫家駟，朱曉兵.道路設(shè)計(jì)資料集(6)——交叉設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］趙云安.互通式立交間距的研究［D］.杭州:浙江大學(xué)，2008.

［6］［日］日本道路公路團(tuán).日本高速公路設(shè)計(jì)要領(lǐng)［M］.交通部工程管理司譯制組，譯.西安:陜西旅游出版社，1991.

［7］JTG D 80—2006高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

［8］李寶銘.互通式立交與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置的探討［J］.北方交通，2006(12):55－57.