環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用

盛 萍 魚 童

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 西安 710063）

環(huán)形平面交叉口利用車輛繞環(huán)島交織行駛在“空間”上，解決了道路相交車輛的沖突問題。這種交叉口形式同一般平面交叉相比。一方面沒有沖突點(diǎn)，提高了車輛行駛的安全性；另一方面，進(jìn)入環(huán)道的車輛可以不用信號(hào)管制，以一定速度連續(xù)通過環(huán)形交叉口，在一定條件下可以提高交叉口的運(yùn)行效率，同時(shí)中心島還可以用來綠化，起到美化和裝飾的作用。但環(huán)形平面交叉口也有一定的不足之處，如中心島占地面積大，城區(qū)改建比較困難，增加車輛繞行距離，造價(jià)較其他平面交叉高等。

但在城市市區(qū)，環(huán)道作為互通立交的一個(gè)組成部分則仍有很大優(yōu)勢，其用地省，較一般多匝道互通立交投資小。然而因其環(huán)道通行能力有限，采用環(huán)形互通式立交時(shí)，要特別慎重分析交叉口轉(zhuǎn)彎交通的特點(diǎn)及交通量。

1 環(huán)形交叉口的適用條件及設(shè)計(jì)控制參數(shù)

1.1 環(huán)形交叉口適用條件及行車速度確定

環(huán)形交叉口對相交道路、交通量、地形都有一定的條件限制。環(huán)形交叉口的相交道路宜為大城市的支路、中等城市的次干路和支路、小城市的各級(jí)道路。交叉口相交道路有4 條以上，且相鄰道路中心線的交角宜大致相等。另外與相鄰的信號(hào)燈交叉口應(yīng)具有足夠的間距，不致于因信號(hào)燈交叉口的排隊(duì)造成環(huán)道的阻塞。環(huán)形交叉口常適用于左轉(zhuǎn)交通量比例較大（接近于直行交通量的50%）；各進(jìn)口道的直、左交通量之和比較均勻，且進(jìn)入環(huán)道運(yùn)行的直、左交通總量不超過環(huán)形交叉口的設(shè)計(jì)通行能力以及人流和非機(jī)動(dòng)車交通量不太大的情況。在地形上環(huán)道的縱坡度不大于2%，平面上能滿足環(huán)形交叉口的布置等。

從交通組織形式上講，環(huán)形交叉口對多道路交叉（4～6 條）和畸形交叉尤其適用，因采用信號(hào)燈控制時(shí)4路交叉沖突點(diǎn)為16個(gè)，5路交叉為50個(gè)，6路交叉為120 個(gè)；可見5，6 路交叉增加的沖突點(diǎn)太多，其對交通的干擾和發(fā)生交通事故的可能性就大大增加。此時(shí)環(huán)形交叉口相對于紅綠燈管制交叉口不僅避免了發(fā)生周期性的交通阻滯，而且消滅了交叉口的沖突點(diǎn)，所有直行、左、右轉(zhuǎn)彎車輛均沿同一方向順序行駛，僅存在車輛進(jìn)出路口的交織點(diǎn)，從而保證了交通安全，節(jié)約了時(shí)間，提高了通行能力。故環(huán)交對4路以上的道路交叉比采用信號(hào)燈管制具有明顯優(yōu)勢。當(dāng)然，相交道路的條數(shù)不宜超過6 條，要保證一定的交織長度，否則環(huán)島半徑就太大，不僅占地而且車輛繞行太長，既不經(jīng)濟(jì)也不合理。

環(huán)形交叉口的計(jì)算行車速度，通?？扇÷范斡?jì)算行車速度的0.5～0.7倍。在工程條件允許的情況下宜取高限，特別是對于環(huán)道和出口道，車速的提高有利于增加環(huán)道的通行能力及滿足車輛快速駛離環(huán)道的要求［1］。

在市區(qū)環(huán)道設(shè)計(jì)車速考慮控制在25～40 km／h（高架環(huán)道）。

1.2 環(huán)道中心島的形狀和尺寸

中心島形狀應(yīng)根據(jù)地形和交通流特性，采用圓形、長圓形、橢圓形等，其尺寸應(yīng)滿足最小交織長度和環(huán)道計(jì)算行車速度要求?！冻鞘械缆方徊婵谠O(shè)計(jì)規(guī)程》［2］規(guī)定環(huán)形交叉口最小交織長度和中心島半徑見表1。

表1 環(huán)形交叉口最小交織段長度和中心島最小半徑R

完全意義上的環(huán)形平面交叉由于其中心島占地面積大，城區(qū)改建比較困難，增加車輛繞行距離，造價(jià)較其他平面交叉高等原因，在用地日益緊張的時(shí)代應(yīng)用得也越來越少，但環(huán)形立交則采用得越來越多。

環(huán)形立交形式一般為主線主要執(zhí)行交通流設(shè)置直行車道，次要直行交通和左右轉(zhuǎn)交通在環(huán)道中行駛。并根據(jù)左右轉(zhuǎn)交通大小，也可設(shè)置2條獨(dú)立的直行車道，環(huán)道僅供左、右轉(zhuǎn)車輛行駛。

目前由于我國城市還存在大量的非機(jī)動(dòng)車交通，立交層次布置一般地面層為非機(jī)動(dòng)車通道，二層為環(huán)道，三、四層為直行交通行駛的跨線橋。

1.3 環(huán)道車道數(shù)、交織段長度及交織角的確定

當(dāng)環(huán)形交叉口不采用信號(hào)燈控制時(shí)，環(huán)道的車道數(shù)也不宜過多，否則不僅難以充分利用，而且還會(huì)產(chǎn)生多列車流交織的情況，造成交通混亂，反而有礙交通安全。因此，環(huán)道上常設(shè)置3 條機(jī)動(dòng)車道：內(nèi)側(cè)車道（靠中心島的車道）為環(huán)行車道，供需通過2個(gè)或2個(gè)以上路口的車流運(yùn)行；交織車道（中間車道）供相鄰兩路口進(jìn)環(huán)和出環(huán)的直左車流交織運(yùn)行；右轉(zhuǎn)車道（外側(cè)車道）供右轉(zhuǎn)車流通行。實(shí)踐證明，此運(yùn)行形式的環(huán)道其通行能力能達(dá)到比較理想的狀態(tài)。通常交織段長度以不小于4s的運(yùn)行距離為控制。

道路平面交叉口中環(huán)形交叉交織角是指進(jìn)入環(huán)道的直左車流輪跡線和駛出環(huán)道的直左車流輪跡線（平均）之間的交角，是檢驗(yàn)車輛在環(huán)道上交織行使的安全和難易程度的依據(jù)，其大小取決于環(huán)道的寬度和交織長度。交織角越小，交通越安全。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，交織角一般應(yīng)在20°～30°。

環(huán)道的每條機(jī)動(dòng)車道寬度包括基本寬度和加寬寬度兩部分。歸納見表2。

表2 環(huán)道的機(jī)動(dòng)車道寬度及機(jī)動(dòng)車道路面寬度

1.4 進(jìn)口、出口道的車道寬及車道數(shù)的確定

車輛在環(huán)形交叉口是以適當(dāng)車速進(jìn)行連續(xù)、有序地行駛。這與信號(hào)燈交叉口車輛在進(jìn)口道渠化、停車等候、通行的運(yùn)行狀態(tài)有很大的不同。通常，環(huán)形交叉口進(jìn)口道的車道寬以3.25～3.5 m為宜，為保證出環(huán)的車輛行駛通暢，出口道的寬度應(yīng)不小于3.5 m。在進(jìn)口道和出口道，還應(yīng)設(shè)置不小于0.25m 的路緣帶。環(huán)形交叉口進(jìn)口道車流組織有分行、混行兩種形式，相應(yīng)進(jìn)口道的車道數(shù)為2 條和1 條，其進(jìn)口道一般不采用3 條或3條以上，特殊的情況除外。當(dāng)進(jìn)口道采用2 條車道的分行形式時(shí)，其左側(cè)的1 條車道為直左車道接環(huán)道的交織車道，右側(cè)1 條車道為右轉(zhuǎn)車道接環(huán)道的右轉(zhuǎn)車道。這樣可排除右轉(zhuǎn)車流的干擾，提高交織段的通行能力。當(dāng)進(jìn)口道總交通量較小，且工程條件受到限制的情況下，可以采用混行車道的形式。環(huán)形交叉口交通組織以“及時(shí)清環(huán)”，避免在環(huán)道上堵車為原則，故對其出口道的要求高于進(jìn)口道。出口道的車道數(shù)應(yīng)不少于2條，這樣可保證經(jīng)交織后出環(huán)的直左車流能不受右轉(zhuǎn)車流的干擾。

1.5 環(huán)道外緣線形

根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)與實(shí)例》［3］，從滿足交通需要和降低工程造價(jià)角度考慮，環(huán)道外緣平面線形不宜設(shè)計(jì)成反向曲線形狀，見圖1。據(jù)實(shí)際觀測，這種形狀在環(huán)道的外側(cè)約有20%的路（圖中陰影部分）無車輛行駛，既不合理也不經(jīng)濟(jì)。實(shí)踐證明，環(huán)道外緣平面線形宜采用直線圓角形或三心復(fù)曲線形狀。

圖1 環(huán)道外緣線形

1.6 環(huán)道的橫斷面

環(huán)道的橫斷面形狀與行車平穩(wěn)和路面排水有很大關(guān)系，而橫斷面的形狀又取決于路脊線的選擇。通常，一般將橫斷面的路拱脊線設(shè)在交織段車道的中間，在進(jìn)出環(huán)道處橫坡的變化應(yīng)緩和，并在中心島的四周設(shè)置雨水口，以保證環(huán)道上積水的排除。為了滿足交通渠化的需要，通常可在環(huán)交進(jìn)出口之間無車輛交通的死點(diǎn)上設(shè)置長條式方向島。

1.7 環(huán)形交叉口的通行能力

環(huán)形交叉口的通行能力包括2部分：①為直左車流通行能力，其取決于環(huán)道的交織能力，在小于2倍最小交織段長度的情況下，無論環(huán)道設(shè)置多少條車道交織時(shí)只能1 條車道起作用；②為右轉(zhuǎn)車流通行能力，當(dāng)環(huán)道上具有3條車道及進(jìn)口、出口道設(shè)有右轉(zhuǎn)車道的情況下，其通行能力僅僅受行人和非機(jī)動(dòng)車的影響，而與環(huán)道的交織情況關(guān)系不大，故可進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。目前規(guī)范給出的環(huán)形交叉口總通行能力值是按15%的右轉(zhuǎn)車比例計(jì)算。一般情況下，右轉(zhuǎn)車流通行能力值比較高，能滿足右轉(zhuǎn)交通量的要求。真正對環(huán)形交叉口運(yùn)行狀態(tài)起控制作用的是直左車流的通行能力，因此對直左車流通行能力的計(jì)算實(shí)際上是對環(huán)道交織能力的計(jì)算。根據(jù)《公路與城市道路設(shè)計(jì)手冊》［4］，當(dāng)環(huán)形交叉口各向車流不均勻時(shí)，交叉口的通行能力受其中一個(gè)交通量最大的交織段控制。當(dāng)此交織段的交通量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，環(huán)道上的交通即開始受阻。

2 設(shè)計(jì)中應(yīng)用

2.1 次直行交通流與環(huán)道平交

在廣東省從莞高速公路設(shè)計(jì)中，清溪立交在高速公路連接線與被交路之間就布置過環(huán)形平交的方案。通過對交通量的分析，同時(shí)考慮到造價(jià)占地規(guī)?？刂?，為保證清溪大道直行交通不受影響，未來規(guī)劃路接線實(shí)施便利，滿足地方政府意見，將清溪大道側(cè)布置為清溪大道高架＋環(huán)形平交。直行交通采用高架橋型式通過環(huán)形交叉，轉(zhuǎn)向交通通過兩側(cè)輔道得以實(shí)現(xiàn)。經(jīng)計(jì)算，采用半徑R＝50m 的類圓形環(huán)形交叉。經(jīng)過驗(yàn)算，相鄰交叉口之間滿足交織長度的要求。設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 清溪立交環(huán)形交叉方案

2.2 直行交通流與環(huán)道分離

在廣東省廣佛江快速通道設(shè)計(jì)中，對新南路樞紐立交選型，筆者綜合路網(wǎng)交通規(guī)劃、現(xiàn)場控制因素，結(jié)合交叉口交通特點(diǎn)、現(xiàn)狀和交通流量預(yù)測，概括總結(jié)出該交叉口的功能定位和選型應(yīng)考慮的要素，確定立交選型設(shè)計(jì)原則，并據(jù)此進(jìn)行多方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，最后擇優(yōu)確定采用3層環(huán)島全互通立交形式。

新南路設(shè)計(jì)為I級(jí)城市主干道，位于濱江新區(qū)啟動(dòng)區(qū)內(nèi)，西起現(xiàn)狀江沙路，向東跨桐井河后與規(guī)劃天沙河路相接。新南路正在建設(shè)中，目前修筑到基層，尚未完成路面的鋪設(shè)，設(shè)計(jì)為水泥混凝土路面。

此立交布設(shè)主要受立交西北象限規(guī)劃的棠下污水處理廠，西南象限規(guī)劃的濱江醫(yī)院、桐井河，東北象限的雙社村、石頭村建筑物，立交南側(cè)的江沙路、立交東側(cè)的石頭路等的限制。

通過對該節(jié)點(diǎn)的分析，由于周邊規(guī)劃路網(wǎng)完善，該節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)期交通量適中，且周邊規(guī)劃用地大多為商業(yè)用地，商業(yè)價(jià)值較高，宜選用占地較為緊湊的立交形式。

另外，在環(huán)道的設(shè)置上，考慮到若將環(huán)島設(shè)置在最下層，則需將新南路跨桐井河的在建橋梁拆除，同時(shí)新建一座新南路跨線橋，社會(huì)影響較大，同時(shí)新南路抬高后不利于周圍土地的開發(fā)利用。經(jīng)綜合考慮，將環(huán)島設(shè)置在中間一層。該方案已通過廣東省交通廳專家評審確認(rèn)為推薦方案，目前為施工圖設(shè)計(jì)階段。結(jié)合周邊用地控制及環(huán)道設(shè)計(jì)速度等因素，最終采用最小半徑R＝85m 的橢圓形環(huán)形交叉。經(jīng)過驗(yàn)算，相鄰交叉口之間滿足交織長度的要求。設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 新南路立交環(huán)形交叉方案

3 結(jié)語

環(huán)形平面交叉口不僅具有美化城市且不需設(shè)置交通信號(hào)燈控制，車輛能連續(xù)不斷地通行的優(yōu)點(diǎn)，還因其交織角較小，避免了交叉沖突點(diǎn)，從而減少了交通事故，一定程度上節(jié)約了時(shí)間，提高了通行能力。而環(huán)形立體交叉則除了具備環(huán)形平面交叉的一系列優(yōu)點(diǎn)外，由于從空間上解決交織，更改善了平面交叉時(shí)用地較大的缺點(diǎn)，但環(huán)道的通行能力畢竟有限，故采用環(huán)形互通式立交時(shí)要特別慎重分析交叉口轉(zhuǎn)彎交通的特點(diǎn)及交通量。

［1］周 錢，陸化普，徐 薇.城市道路交叉口設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2006，30（2）：187－190.

［2］CJJ152－2010城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］李繼業(yè).城市道路設(shè)計(jì)與實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］黃興安.公路與城市道路設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.