互通式立交與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置條件探討

鄧國忠，曹帆，吳勇，王琪

(廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

至2012年底，中國高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)9.6萬km，已經(jīng)超越了美國的9.2萬km，居世界第一。至2018年底，中國的高速公路里程增加到13.8萬km，繼續(xù)位居世界第一位。高速公路的快速發(fā)展離不開互通式立體交叉、服務(wù)設(shè)施的建設(shè)，互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施同時也能促進(jìn)高速公路發(fā)揮出更加巨大的經(jīng)濟(jì)、社會效益。但部分項目受地形、用地條件限制，難以單獨布設(shè)互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施場地，而二者又必須布設(shè)時，考慮對二者進(jìn)行合并設(shè)置很有必要。

1 服務(wù)設(shè)施與互通式立體交叉概述

1.1 服務(wù)設(shè)施的功能

服務(wù)設(shè)施指高速公路上為車輛、駕駛?cè)撕统丝吞峁┓?wù)功能的場所和建筑設(shè)施范圍的總稱，主要由休息設(shè)施、停車設(shè)施和附屬設(shè)施3部分組成(該文中服務(wù)設(shè)施特指服務(wù)區(qū)或停車區(qū))。服務(wù)設(shè)施能有效保證高速公路的交通安全、提高高速公路的服務(wù)水平并促進(jìn)高速公路經(jīng)濟(jì)的健康、快速發(fā)展。

1.2 互通式立體交叉的功能

互通式立體交叉是指主線和被交叉公路在不同立面標(biāo)高上，利用匝道進(jìn)行相互連通的分離式交叉，是高速公路沿線重要的構(gòu)造物之一。互通式立體交叉應(yīng)能滿足交叉公路間交通轉(zhuǎn)換的需要，按照交叉公路不同等級和功能，其可劃分為一般互通式立體交叉和樞紐互通式立體交叉兩種類型?；ネㄊ搅Ⅲw交叉能有效降低事故率、提高交叉口通行能力并方便出入控制管理。

2 互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置的影響因素分析

互通式立體交叉是公路交通量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵節(jié)點，服務(wù)設(shè)施是保證公路安全運營的重要保障?；ネㄊ搅Ⅲw交叉與服務(wù)設(shè)施因功能與服務(wù)對象不同通常獨立設(shè)置，但在地形條件非常困難的情況下，對二者進(jìn)行合并設(shè)置是必要的，同時在工程上也是經(jīng)濟(jì)合理的。

2.1 交通量

預(yù)測交通量是確定項目等級和規(guī)模的基礎(chǔ)，是影響合并設(shè)置方案的重要因素，如果合并設(shè)置存在較大使用交通量，首先將導(dǎo)致合并設(shè)置占地規(guī)模偏大，從而在路線走廊帶內(nèi)較難同時找到符合主線線形指標(biāo)、地質(zhì)條件良好和地形平坦開闊滿足使用需求的區(qū)域；其次采用合并設(shè)置方案時，由于需要同時滿足互通式立體交叉的交通轉(zhuǎn)換功能和服務(wù)設(shè)施的臨時分合流功能，導(dǎo)致匝道的連接段或多或少會存在交織行為。根據(jù)《道路通行能力》中第5.2.2條，當(dāng)匝道交織量越大、交織段越長，合并設(shè)置區(qū)域交通流組織將越復(fù)雜，不合理的交通流組織設(shè)計也易使駕駛?cè)隋e過出入口或誤判行駛方向，造成交通誤判行駛方向，甚至造成擁堵或交通事故，降低高速公路的通行能力和服務(wù)水平。因此，在沒有條件單獨設(shè)置而又必須設(shè)置互通式立體交叉和服務(wù)設(shè)施的路段，交通量將是合并設(shè)置方案必須考慮的首要因素。

2.2 間距

當(dāng)遇到高速公路沿線適合互通式立體交叉和服務(wù)區(qū)布設(shè)的空間或者距離不能滿足規(guī)范規(guī)定的最小間距，且經(jīng)論證互通式立體交叉和服務(wù)設(shè)施均要設(shè)置的情況時，設(shè)計人員通常采用合并設(shè)置方案以解決有限的空間和規(guī)定的間距無法同時滿足的矛盾。例如，中國的鎮(zhèn)海互通式立交與鎮(zhèn)海服務(wù)區(qū)、街頭互通式立交與天臺服務(wù)區(qū)以及營松路互通式立交與靖宇服務(wù)區(qū)等合并設(shè)置方案都是互通式立交、服務(wù)區(qū)間距小于規(guī)范規(guī)定值，設(shè)計人員綜合考慮主線線形指標(biāo)、沿線地形、地質(zhì)條件和征拆遷工程量后，決定采取兩者合并設(shè)置方案。根據(jù)JTG/T D21-2014《公路立交設(shè)計細(xì)則》(以下簡稱《細(xì)則》)中5.4.4條規(guī)定，互通式立體交叉和服務(wù)設(shè)施之間的間距不應(yīng)小于表1中規(guī)定值。

表1 互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施最小間距

3 互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置臨界交通量計算

現(xiàn)行JTG B01-2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《細(xì)則》以及JTG B05-2015《公路路線設(shè)計規(guī)范》中均未明確規(guī)定合并設(shè)置條件，且行業(yè)內(nèi)也缺乏這方面的系統(tǒng)研究。該文將對合并設(shè)置交通量這個較易量化的影響因素，運用數(shù)理統(tǒng)計及理論計算分析，提出一個較符合目前中國現(xiàn)狀的一個界限值。

3.1 基本假設(shè)

服務(wù)設(shè)施的規(guī)模主要受交通量影響，互通式立體交叉主要受匝道承擔(dān)的轉(zhuǎn)彎交通量影響，所以合并設(shè)置條件中關(guān)于交通量的界定應(yīng)該主要由互通式立體交叉出口匝道轉(zhuǎn)向交通量來決定。

基本假設(shè)：

(1)公路設(shè)計服務(wù)水平為三級，方向不均勻系數(shù)D取0.6，設(shè)計小時交通系數(shù)K取0.15。

(2)簡化汽車分類，將中型車和大型車合并為一類統(tǒng)稱中型車，車輛折算系數(shù)取其平均值2.0；小客車改稱為小型車，其他較大車輛改稱為大型車。

(3)由《公路工程項目建設(shè)用地指標(biāo)》(以下簡稱《用地指標(biāo)》)的調(diào)研資料可知：中國高速公路小型車的比例一般約占60%，中型車的比例一般約占25%，大型車的比例一般約占15%；服務(wù)設(shè)施的駛?cè)肼市?、中、大型車分別為0.15、0.04、0.12；交通量自然數(shù)與當(dāng)量數(shù)的加權(quán)換算系數(shù)取1.65。主線單向交通量計算時，大型車比例分別選取10%、20%、30%、40%和60%作為計算基礎(chǔ)，小型車和中型車比例將大型車剩余比例按照3∶2分配計算得出。

(4)根據(jù)對中國一些比較典型的合并設(shè)置案例進(jìn)行統(tǒng)計分析，該文主線單向交通量以表2作為研究依據(jù)，在此范圍波動不大時均適用。

表2 雙向四車道高速公路單向設(shè)計小時交通量

3.2 統(tǒng)計分析

通過查閱相關(guān)施工圖設(shè)計資料和運用Google Earth軟件對中國部分互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置案例進(jìn)行查找篩選，得出合并設(shè)置方案的匝道橫斷面類型如表3所示。

對表3進(jìn)行分析可知：① 統(tǒng)計的19處互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置的案例中，喇叭形合并設(shè)置案例占68.42%，半定向Y形合并設(shè)置案例占15.79%，半苜蓿葉形案例占5.26%。菱形合并設(shè)置案例占10.53%；② 在調(diào)查的共同出口匝道斷面類型中，Ⅰ型匝道占89.5%，Ⅱ型匝道占10.5%；③ 在調(diào)查的共同入口匝道斷面類型中，Ⅰ型匝道占84.2%，Ⅱ型匝道占15.8%。

3.3 計算結(jié)果

由于服務(wù)區(qū)的設(shè)置增加了匝道的繞行距離，通過前文的統(tǒng)計分析結(jié)論及結(jié)合匝道主要承擔(dān)轉(zhuǎn)彎交通量，所以計算結(jié)果均采用單向單車道匝道(Ⅰ型)是合適的；另外，根據(jù)《用地指標(biāo)》中服務(wù)區(qū)車輛駛?cè)肼?小、中、大型車分別在20%～30%、5%～10%、12%～15%區(qū)間取值)，即可確定主線駛?cè)敕?wù)設(shè)施的交通量。最后，通過計算單向單車道匝道設(shè)計小時交通量的上限值即單車道匝道的設(shè)計通行能力，并作為合并設(shè)置中互通式立體交叉出口匝道轉(zhuǎn)向交通量界限值(T)。

結(jié)合4.1和4.2節(jié)可以計算得到駛?cè)敕?wù)設(shè)施小客車單向高峰小時交通量(折算后)，計算過程如表4所示。

表3 合并設(shè)置方案匝道橫斷面類型

表4 駛?cè)敕?wù)設(shè)施小客車單向高峰小時交通量(折算后)計算 veh/h

注：T0=DDHV/1.65；T1=(DDHV/1.65)×0.15；T2=(DDHV/1.65)×0.25；T3=(DDHV/1.65)×0.6；T4=(小型車高峰小時交通量×0.15+中型車高峰小時交通量×0.04+大型車高峰小時交通量×0.12)；Ti=單向高峰小時交通量×1.65。

由表4得：Tmax=max{Ti=10%，20%，30%，40%，60%}=573 veh/h。

結(jié)合工程實際，并考慮部分安全因素的影響取Tmax=600 veh/h。

綜上所述，當(dāng)雙向四車道主線預(yù)測的第20年交通量小于表2中上限值，且互通式立體交叉出口匝道轉(zhuǎn)向交通量T<600 veh/h時，可以考慮合并合置方案。

4 結(jié)論

(1)結(jié)合互通式立體交叉和服務(wù)設(shè)施合并設(shè)置方案的特點，分析了交通量和間距對二者合并設(shè)置的影響。

(2)當(dāng)主線為雙向四車道，且同時滿足下面兩個條件：① 預(yù)測的第20年交通量小于表2中上限值；② 互通式立體交叉出口匝道轉(zhuǎn)向交通量T<600 veh/h，且該路段將二者分別單獨布設(shè)不可行時，適合對互通式立體交叉與服務(wù)設(shè)施進(jìn)行合并合置。