“不收費”高速公路立交選型研究

劉 俊，練象平，代茂華

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300457）

0 前言

高速公路是專供汽車分向、分車道行駛并應全部控制出入的多車道公路，是現(xiàn)代化道路運輸?shù)臉酥?，對社會、?jīng)濟、國防的發(fā)展都有著極其重要的意義。而互通式立交作為高速公路的重要組成部分，無論其投資規(guī)模還是建成后在整條公路中所發(fā)揮的作用都是舉足輕重的。互通式立交方案設計的優(yōu)劣，對工程的投資、效益及技術等級、服務水平的高低、交通的安全以及高速公路一系列功能的發(fā)揮（包括對周圍地區(qū)產(chǎn)業(yè)帶、物流園區(qū)的經(jīng)濟促進作用）都將產(chǎn)生直接的影響，因此立交形式的選擇對高速公路的修建是至關重要的?；ネㄊ搅⒔坏男问胶芏?，影響其方案選擇的因素也很多，諸如自然地形、經(jīng)濟、相交道路等級、通行能力、收費要求等。本文正是以高速公路的收費要求、收費形式為著眼點，以“不收費”高速公路為研究對象，對其互通式立交選型作深入探討、分析與總結。

1 “不收費”高速公路

1.1 國內(nèi)外高速公路收費情況對比

首先應該明確“不收費”高速公路不等同于高速公路免費。

1.1.1 國內(nèi)高速公路收費情況

從20世紀80年代初，我國第一條高等級公路建成通車以來，我國高速公路建設步伐不斷加快。按照《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，到2020年全國高速公路投資2萬個億建成通車8.5萬km。而全國眾多省份中，海南是全國唯一沒有公路收費站卡的省份，自1994年1月1日起，海南省將公路養(yǎng)路費、公路運輸管理費、過路費、過橋費“四費合一”，統(tǒng)一征收機動車燃油附加費，并取消了所有公路收費站。2008年，海南省再次進行機動車輛通行附加費改革，鞏固海南燃油附加費改革成果，確保全省道路暢通無阻。燃油附加費改革15年來，通過對“油”征費，體現(xiàn)了“多用油者多負擔”的原則，實現(xiàn)了“一腳油門踩到底”，海南也因此成為全國唯一高速公路“不收費”的省份。海南目前已建高速660 km，在建高速72 km，擬建高速498 km，合計1 230 km。目前，國內(nèi)高速收費情況可概括為兩點：（1）以設置收費站的形式進行單線收費或路段收費（占比約99%）；（2）取消收費站，改征燃油附加費（占比約1%）。但近幾年來，我國對基礎設施進行了大量的投資建設，高速公路發(fā)展迅速，“裁撤收費站、實行聯(lián)網(wǎng)收費”也成為了一種發(fā)展趨勢。

1.1.2 國外高速公路收費情況

目前，全球收費公路總長約為14萬km，其中約10萬km在中國，國外僅占30%。

（1）美國：8.8%高速公路收費

美國被稱為“汽車輪上的國家”，1935年，美國就建成了從波士頓到紐約的第一條全封閉高速公路。美國的高速公路常常被叫做“Freeway”，基本上不收費。目前全美有超過10萬km的高速公路，只有7 800多km為收費路段，占比約8.8%。原因在于美國通過征機動車燃油稅等成立“聯(lián)邦公路信托基金”，該基金可以滿足公路發(fā)展資金需求的70%。且美國公路網(wǎng)現(xiàn)已形成，基金的60%可以用來滿足公路養(yǎng)護的需要。

（2）德國：客車免收過路費

在汽車業(yè)極為發(fā)達的德國，國家財政承擔了境內(nèi)所有高速公路建設和維護的費用，實行客車免費，12 t以上貨運卡車收費的分類計費方式。

（3）英國：大部分高速公路免費

與世界許多其他國家不同，英國的高速公路絕大部分地段都不收費，只有個別橋梁隧道，以及伯明翰附近的幾十英里私營路段收費。

（4）日本：按里程收費

在日本，大部分高速公路按里程收費，征收標準全國統(tǒng)一。其中，各種打折方法堪稱一大特色。比如在高速公路上的行駛里程在100～200 km之間的，超出100 km的部分可優(yōu)惠25%，如果超過200 km，則超過部分可優(yōu)惠30%。另外，針對安裝了ETC的車輛，各高速公路公司都出臺了按照通行時段和使用頻率給予通行費打折優(yōu)惠的制度。

綜合以上國外高速公路收費情況可知：國外高速公路基本上“不收費”，很少設收費站。

1.2 “不收費”高速公路的特點

本文提出的“不收費”高速公路，只是針對以設置收費站進行單線收費或者路段收費的高速公路，故無論是以征收燃油附加費還是多條高速聯(lián)網(wǎng)收費等形式運營的高速公路都在本文“不收費”高速公路范疇內(nèi)。以海南省高速公路為參照，“不收費”高速公路呈現(xiàn)出如下特點:

（1）沿線開口多

高速公路的建設，對其走廊帶周邊產(chǎn)業(yè)園、物流園區(qū)，乃至涉及的村鎮(zhèn)的經(jīng)濟促進作用是至關重要的，由于不收費，往往這種對經(jīng)濟促進作用的考量會放大，高速沿線與省道、縣道的交叉處，在綜合考慮投資規(guī)模、交通需求、立交間距等因素條件下，留開口的傾向性偏大，沿線開口較多。

（2）立交等級低

正因為沿線開口多，立交多為高速與一般公路或低等級道路相交，匝道交通量小，通常采用簡易立交或一般互通式立交，投資規(guī)模小，節(jié)約建設成本。

2 收費與“不收費”高速公路常用立交形式比較

互通式立體交叉的基本型式按交叉的岔路數(shù)目分為T形、Y形和十字形三種：（1）T形交叉：包括喇叭形、直連式T形；（2）Y形交叉：包括全部直連式匝道的Y形和有半直連式匝道的Y形；（3）十字形交叉：包括獨象限式、菱形、苜蓿葉形、部分苜蓿葉形、喇叭形、環(huán)形、和直連式。

2.1 收費高速公路常用立交形式

高速公路收費與否，決定著立交的型式。目前我國收費高速公路設置立交的做法如下：在距兩條相交道路交叉口的適當距離處另設一條聯(lián)絡線，在聯(lián)絡線與兩條道路相交的地方各設置一個三肢立交，這樣所有車輛就都集中經(jīng)由聯(lián)絡線轉彎出入，只須在聯(lián)絡線上設置一個收費站就足夠了，從而大大簡化了管理。聯(lián)絡線的位置和長度要滿足兩端三肢立交處的加、減車道設置的要求。聯(lián)絡線兩端的三肢立交可供選擇的形式有：

（1）喇叭型立交：只建造一座跨線構造物，最為經(jīng)濟。A型喇叭主要道路的高速車輛駛出流暢，比B型喇叭駛出車輛要經(jīng)過環(huán)圈匝道轉彎要好，故經(jīng)常采用A型。

（2）Y型：車輛駛出、駛入運行皆最流暢，最適宜于轉彎交通量大的情況。在道路一側空間受限時多采用這種形式。但由于需要建造二層的跨線構造物三座和三層跨線構造物一座，工程造價高。

（3）三肢苜蓿葉型：造型美觀，只需修建一個構造物，但主線駛出車輛均需通過環(huán)形匝道是其弊端。

在我國已建的高速公路上，設計人員主要從收費的角度來進行立交選型設計，互通式立交的型式以喇叭為主。如在滬寧248 km高速公路修建互通式立交15座，其中喇叭型立交有12座，在滬蓉109 km長的高速公路上的七座互通式立交均為喇叭型：廣佛高速公路的15.7 km長路段上5座互通式立交有3座為喇叭型等等。此外，對河北省部分高速公路互通式立交形式進行調(diào)查統(tǒng)計，根據(jù)調(diào)查結果可以認為，目前國內(nèi)收費高速公路立交形式以喇叭形為主，結果見表1。

表1 河北省部分高速公路互通式立交調(diào)查表

2.2 喇叭形立交特點分析

喇叭形立交是由一個小環(huán)道（轉向角約為270°的左轉匝道）和一個半定向匝道來實現(xiàn)左轉所構成的立交形式。喇叭形立交可分為A型和B型，經(jīng)環(huán)圈式左轉匝道駛入主線為A型，駛出時為B型，見圖 1（a）和圖 1（b）。

表2 海南省環(huán)島西線高速公路互通式立體交叉設置一覽表

圖1 喇叭形立交示意圖

喇叭型立交的一個顯著優(yōu)勢是只需集中設一座收費站，所以特別適用于收費公路。近幾十年來，喇叭形立交能夠成為我國高速公路立交的常用形式，還因具有如下特點：（1）應用于T形交叉時，各轉彎方向均設有獨立匝道，對交通量大的左轉方向提供了車速較高的半定向匝道，車輛可完全互通，無平交沖突點和交織段，通行能力較高；（2）結構簡單，造型美觀，各方向匝道獨立，行車放向易于識別；（3）只建造一座跨線構造物，經(jīng)濟性好。但喇叭型立交也有其不足：由于設有小環(huán)道，左轉車輛轉向角為270°行車路線繞行較長，線形較差、車速較低，同時小環(huán)道占地面積較大。

2.3 “不收費”高速公路常用立交形式

國內(nèi)“不收費”高速公路以海南為例，海南省規(guī)劃“田”字型高速公路網(wǎng)主要包括已建的東線高速公路、西線高速公路以及在建的中線高速公路（海口—屯昌—樂東）、橫線高速公路（萬寧—儋州—洋浦）。以海南省環(huán)島西線高速公路為例，西線高速公路互通式立體交叉的形式，除T形交叉采用喇叭形外，十字形交叉優(yōu)先推薦采用菱形，其次為部分苜蓿葉形。全線設互通式立體交叉21處，其中菱形立交12處，部分苜蓿葉形立交6處，喇叭形立交3處。西線高速公路互通式立體交叉設置見表2。

國外“不收費”高速公路可以美國為參考，美國高速公路互通式立交按其智能共分為兩大類，即一般型和立交樞紐型，前者指高速公路與一般干線、集流道路和一般城市道路相交叉的互通式立交，后者指兩條高速公路相互交叉的互通式立交。自從美國州際公路系統(tǒng)形成以后，互通式立交的基本形式亦趨于成熟，其主要形式有：3肢（喇叭、直接式T形和Y形）、菱形、苜蓿葉形、部分苜蓿葉形、帶環(huán)道的直接式和完全直接式。美國互通式立交由于匝道均不設收費站，因此4肢喇叭形幾乎是沒有的，一般互通式立交采用最多的形式為菱形和部分苜蓿葉形。

2.4 “不收費”高速公路立交特點

綜合以上國外內(nèi)情況，“不收費”高速公路立交基本形式主要為菱形和部分苜蓿葉形，并且隨著高速路網(wǎng)逐步完善、全國范圍內(nèi)高速路網(wǎng)系統(tǒng)性逐漸增強，立交設計趨勢也呈現(xiàn)出如下幾個特點：（1）形式的單一性；（2）運行的一致性；（3）造型的規(guī)則性（減少匝道數(shù)量和形狀）；（4）合并出口車道，避免左側流出匝道（避免高速公路出入口的分散）。

2.5 小結

綜上所訴，高速公路收費與否，決定著立交的型式。收費立交除原來兩相交道路處仍要設置跨線構造物之外，還要增加三肢立交構造物，匝道也將延長，工程造價要比不收費立交增加，行駛距離和營運費用也有所增大，并且不能滿足日益增長的交通量需要?！安皇召M”高速公路立交基本形式主要為菱形和部分苜蓿葉形，其形式簡單、占地小、投資規(guī)模小、節(jié)約工程成本，且能提高運輸效率。

3 “不收費”高速公路立交形式分析與設計要點

3.1 菱形立交形式分析

菱形立交是由兩條道路十字交叉，主要道路以分離形式穿跨次要道路，在以相交道路為主軸的四個象限內(nèi)，從主要道路兩側斜向引出單向進出匝道至次要道路平面交叉，總體布置成菱形構圖（見圖2）。

圖2 菱形立交示意圖

菱形立交：形式簡單且運行路程短捷，適合于出入交通量較小，匝道上無收費站的一般互通式立體交叉。菱形立交轉彎車輛都轉移到相交次要道路上去運行，在次要道路上存在轉彎車輛和直行車輛產(chǎn)生沖突點和交織的情況。立交交叉口總通行能力一般為5 000～7 000 pcu/h匝道車速為35～50 km/h。其交通特性是能保證主要的高速公路上的車輛順暢運行，只需要一個立交構筑物，造價低，常常得到廣泛應用，尤其適用于一條高速公路與一條一般公路或低等級道路相交的情況。其主要特點總結如下：

（1）結構簡單緊湊，只需一座跨線構造物即實現(xiàn)全互通，占地小、造價低；

（2）左轉車輛直接左轉，行駛路線快捷；

（3）車輛出入主線狀態(tài)一致，行駛路線單一，交通標志設置簡便，同時這種單一的駛入駛出狀態(tài)均避開了橋跨結構物，因而無需在橋上或橋下設置變速車道，可節(jié)省跨線構造物造價；

（4）主線上無交織路段，進出車輛對主線干擾??；

（5）當主線下穿次要道路時，駛出車輛在匝道上均為上坡行駛，駛入主線車輛在匝道上均為下坡行駛，有利于車輛出口減速、入口加速。

3.2 部分苜蓿葉形立交形式分析

部分苜蓿葉形立交：按匝道布置方式可分為三類，即主要公路的出口在跨線構造物之前的A型(見圖3（a）)和出口在跨線構造物后的B型(見圖3（b）)，以及以主要公路為對稱軸布置匝道的A-B型(見圖3（c）)。它們適用于出入交通量較小的一般互通式立體交叉。

圖3 部分苜蓿葉形立交示意圖

A、B兩種型式的選擇主要取決于轉彎交通的特點和用地條件。轉彎交通量不平衡時，應以平面交叉中的沖突最少作為匝道布設象限選擇的原則。A-B型只適用于被交路傍依鐵路或密集建筑群，或濱河的情況。部分苜蓿葉形立交中，在不設環(huán)形匝道的象限內(nèi)增加右轉彎匝道，見圖3（d），適用于不設收費站的一般互通式立體交叉。

3.3 菱形和部分苜蓿葉形立交設計要點

（1）平面交叉的交角宜為直角。斜交時，其銳角應不小于70°；受地形條件或其他特殊情況限制時，應不小于60°。

（2）平交交叉范圍內(nèi)，匝道與被交線的平面線形宜為直線或大半徑圓曲線，不宜采用需設超高的圓曲線，且兩者的縱面宜平緩，縱面線形應滿足停車視距的要求。

（3）菱形和部分苜蓿葉形互通式立交匝道端部的兩個平交口宜相互通視，其間有凸形豎曲線時，該豎曲線的半徑應足夠大，至少在豎曲線頂點前30 m處能使駕駛者看到前方的平交口，并保證停車視距。

（4）菱形和B型部分苜蓿葉形互通式立交中，匝道端部的兩個平交口間，應有容納兩個左轉彎車道的距離。

（5）匝道端部平交口應作渠化設計，提高其通行能力和交通安全，渠化方式見圖4。

4 結語

在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，全國范圍內(nèi)高速公路系統(tǒng)日臻完善，我國高速由收費到“不收費”，由單線收費、路段收費到裁撤收費站、聯(lián)網(wǎng)收費，乃至像海南省一樣進行燃油附加費改革徹底取締設置收費站的模式，我認為已是一種趨勢。這種趨勢不僅符合國際上高速公路運營發(fā)展的方向，更是從根本上符合了“道路建設是為了提高運輸效率，并擴大社會資源在全國范圍內(nèi)有序合理流動”。高速公路立交選型的思路，也該從以往“高速公路收費與否，決定著立交的型式”回到“綜合考慮行車舒適性、安全性、交通需求、交通量增長等，在節(jié)約投資、減少用地的基礎之上提高服務水平”上來。

[1]云天煉,容國開,施耀忠.海南環(huán)島西線高速公路互通式立交設計[A].中國公路學會橋梁與結構工程學會2002年全國橋梁學術會議論文集[C].2002,28-32.

[2]李鐵強.高速公路網(wǎng)立交系統(tǒng)規(guī)劃研究[D].陜西西安:長安大學,2005.

[3]張建立.高速公路互通立交設計方案優(yōu)化研究[D].天津:河北工業(yè)大學,2007.

[4]劉子劍.美國高速公路幾何設計_上.[J].國外公路,2001,21(2):1-4.

[5]劉子劍.美國高速公路幾何設計_下[J].國外公路,2001,21(3):1-4.

[6]蔣勇.菱形立交在高速公路中的應用[J].山西建筑,2008(8):277-278.

[7]肖恢,常玉林,陳峰林.菱形立交內(nèi)無信號平交口最小間距研究[J].西華大學學報,2007(9):29-32.

[8]孫家駟.道路立交規(guī)劃與設計[M].北京:人民交通出版社,2009,28-48.

[9]JTG D20-2006,公路路線設計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2006.