高速公路與城市道路互通異形立交的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

毛傳義

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

高速公路與城市道路相交，如果位于城市規(guī)劃區(qū)域外，一般常見為三路或者四路交叉，被交的市政道路由于線位選擇相對自由，立交交角和相交道路數(shù)量均能得到較好的控制，一般按照公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則推薦的立交形態(tài)均能滿足總體布置的要求。但如果高速公路，特別是城市近郊的繞城高速，穿越城市規(guī)劃區(qū)域時(shí)，由于規(guī)劃用地對路線走廊的影響，往往會出現(xiàn)異形立交的情況，國內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)對此類立交往往又缺乏足夠的研究，往往立交形態(tài)過于復(fù)雜，主要體現(xiàn)為在此類立交位置產(chǎn)生擁堵或者駕駛者大量走錯(cuò)出入口的情況。

對于此類立交，劉勝斌等[1]提出“根據(jù)現(xiàn)狀地形地物分布情況把握主要控制因素，深入調(diào)查研究和分析論證，才能不遺漏有價(jià)值的方案”。

布文超[2]提出“準(zhǔn)確掌控互通式立體交叉策劃的影響因素”，對于提高互通式立交地點(diǎn)和立交類型選擇的科學(xué)性具有重要作用，有利于互通式立交交通效能、服務(wù)水平的提升。

筆者以主持設(shè)計(jì)的昆明南連接線徐家堆立交為例，結(jié)合該異形立交的設(shè)計(jì)和2019年10月項(xiàng)目正式竣工驗(yàn)收前進(jìn)行的后評估，對此類立交如何布置進(jìn)行了些許探討。

1 建設(shè)條件分析

1.1 周邊用地情況

徐家堆立交位于昆明市廣福路、紅塔東路、環(huán)湖東路交叉口。受到滇池岸線的影響，在該位置作為繞城內(nèi)環(huán)的南連接線高速和片區(qū)最重要的主干路廣福路間距極近。在城市規(guī)劃中，已經(jīng)將立交所在的交叉口預(yù)留為異形五路交叉，南連接線高速與廣福路在該位置幾乎屬于反向曲線相切，環(huán)湖東路與南連接線高速在該位置共用紅線，現(xiàn)狀主要有徐家堆、徐家灣、周家地、趙家地、太家地等村莊，太家河、金太塘等河塘，香檳小鎮(zhèn)（已建成）、滇池衛(wèi)城（當(dāng)時(shí)在建）等小區(qū)及同仁醫(yī)院（當(dāng)時(shí)在建）。

徐家堆立交區(qū)范圍內(nèi)除了廣福路北側(cè)的香檳小鎮(zhèn)離廣福路較近外，其他方向紅線控制良好，紅線范圍之內(nèi)基本上沒有建筑物，但高速公路與環(huán)湖東路共線段較為狹窄（圖1）。

受上述規(guī)劃選線的影響，導(dǎo)致了此次昆明南連接線徐家堆立交形態(tài)的選擇在這些邊界條件無法改變的情況下變得極其受限。

1.2 相交道路情況

1）南連接線。南連接線高速公路南連接線位于云南省昆明市西山區(qū)、官渡區(qū)，為東西走向道路，東起于高岆立交，西止于民辦科技園，設(shè)計(jì)車速100 km/h，與昆玉、安晉、昆安高速公路直接串連，構(gòu)成滇池環(huán)湖高速公路圈，是構(gòu)成昆明“8”字形繞城高速公路系統(tǒng)“一橫”中不可或缺的部分。

圖1 徐家堆立交周邊用地情況

2）廣福路。廣福路作為南市區(qū)向東西城市Ⅰ級主干路，西接滇池路，東至廣衛(wèi)立交與昆玉高速相連，是城市東南片區(qū)與海埂旅游度假區(qū)聯(lián)系的重要途徑，同時(shí)兼有城市過境交通功能。其功能是：連接昆明西市區(qū)和昆明東城區(qū)（呈貢）的城市型交通主干路；昆明南片區(qū)內(nèi)橫貫東西的交通大動脈和生活服務(wù)道路；主城東西市區(qū)之間的市政管線的主要走廊；草海東岸片區(qū)內(nèi)的區(qū)域性交通次干道；草海東岸片區(qū)內(nèi)的生活服務(wù)性道路和商業(yè)街。

3）紅塔東路。紅塔東路在本項(xiàng)目啟動時(shí)已按雙向六車道修建完成，道路紅線40 m，屬于城市Ⅱ級主干路，通往滇池國家旅游區(qū)、紅塔體育中心。紅塔東路目前只是在徐家堆立交附近與廣福路以平面交叉連通，紅塔東路兩側(cè)均為超大型的商品房開發(fā)基地。

4）環(huán)湖東路。環(huán)湖東路規(guī)劃等級為城市Ⅰ級主干路，機(jī)動車道為雙向六車道，兩側(cè)另加非機(jī)動車道和人行道，標(biāo)準(zhǔn)段路紅線寬55 m。環(huán)湖東路位于城市南片區(qū)，屬于西山區(qū)、官渡區(qū)，東起“五縱”之一的官南路，西接“四橫”之一的廣福路、紅塔東路交叉口，為東西走向道路，沿線經(jīng)過滇池半島高檔商住區(qū)、滇池沿岸濕地保護(hù)區(qū)，主要起到連接沿線集散交通的功能。

2 立交總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

受規(guī)劃線位及用地條件的制約，該立交所在的位置已經(jīng)成為一個(gè)異形五路交叉，而作為繞城內(nèi)環(huán)，南連接線高速又必須盡量在該節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與市政道路的互通，因此在立交總體設(shè)計(jì)上就需要考慮以下5個(gè)方面：

1）結(jié)合南連接線周邊立交，形成立交群的概念，綜合考慮立交流向設(shè)置，以便盡量簡化立交形態(tài)，將復(fù)雜的異形立交簡單化。

2）根據(jù)立交功能定位，結(jié)合立交流向設(shè)定，確定合理的立交形態(tài)，進(jìn)行初步比選。

3）根據(jù)立交形態(tài)、規(guī)劃斷面布置及交通需求的定性、定量分析結(jié)果，合理確定立交主線、匝道、輔道的車道建設(shè)規(guī)模。

4）根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行立交方案線形設(shè)計(jì)，采用合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。

5）在滿足線形條件及交通需求的前提下，盡量減少征地拆遷。

根據(jù)地方規(guī)劃提出的該節(jié)點(diǎn)規(guī)劃要求，徐家堆立交需要在該節(jié)點(diǎn)滿足如下交通訴求：

1）通過本節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，完善南市區(qū)的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建立清晰的城市道路系統(tǒng)。

2）通過本節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，完成城市道路體系與高速公路體系間的交通轉(zhuǎn)換，滿足大量的出城需求。

3）通過南連接線、廣福路沿線一系列立交的建設(shè)，完善城市道路系統(tǒng)與昆明市“8”字形高速公路系統(tǒng)間的有機(jī)聯(lián)系。

4）環(huán)湖東路、廣福路、紅塔東路是南片區(qū)重要交通要道，參照《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》以及廣福路沿線相交道路的規(guī)劃交叉方式要求，位于環(huán)湖東路與廣福路、紅塔東路、南連接線交叉的徐家堆立交需要設(shè)置為樞紐級互通式立交。

由上述條件可看出，徐家堆立交設(shè)計(jì)方案要在周邊條件極其苛刻的情況下滿足異形交叉口樞紐級立交的訴求。

3 立交構(gòu)型總體思路

根據(jù)國內(nèi)許多異形互通工程的經(jīng)驗(yàn)，此類立交在節(jié)點(diǎn)間距較密的情況下，如果不結(jié)合周邊的路網(wǎng)和立交，又能獨(dú)立解決所有的流向交通，其結(jié)果都是立交占地極大，形態(tài)復(fù)雜，且建成時(shí)間不長，就發(fā)生部分流向的堵塞。取得比較好工程效果的立交基本都是結(jié)合周邊立交，按照立交群的思路來確定其立交構(gòu)型。

徐家堆立交所在的節(jié)點(diǎn)，周邊規(guī)劃有河尾村立交、羅衙村立交等多個(gè)立交和高等級道路的平交口，完全可以將徐家堆結(jié)合這些立交，形成南市區(qū)的一個(gè)立交群，通過周邊立交解決部分流向的轉(zhuǎn)向交通問題，而使得部分流向的轉(zhuǎn)換交通可通過南連接線、廣福路上其他互通或半互通立交、平交進(jìn)行，徐家堆立交重點(diǎn)解決城市交通系統(tǒng)上高速公路系統(tǒng)出城方向的交通，城市道路系統(tǒng)和高速公路系統(tǒng)之間在此節(jié)點(diǎn)將簡化。

具體的立交主流向的選擇上，徐家堆立交是昆明市南市區(qū)最重要的節(jié)點(diǎn)，昆明“8”字形高速公路網(wǎng)中的南橫南連接線、南市區(qū)東西向的中干道廣福路以及昆明“一湖四片” 規(guī)劃中重要的景觀通道的組成部分環(huán)湖東路都在這一節(jié)點(diǎn)相交。

從徐家堆立交連接的各條道路來看，南連接線是昆明市“8”字形高速公路網(wǎng)中“一橫”最重要的組成部分，特別是在西北連接線、西南連接線尚未實(shí)施之前，將承擔(dān)昆明市大量的過境交通；廣福路則是南市區(qū)東西向的交通大動脈，同時(shí)，廣福路、紅塔東路、環(huán)湖東路形成十字節(jié)點(diǎn)有利于疏解城市道路系統(tǒng)，但不能忽略廣福路主線方向的大量交通。

從昆明最新的規(guī)劃路網(wǎng)來說，紅塔東路、廣福路東形成一條線形上更為合理的城市主干路，因此，在立交流向選擇的時(shí)候，還應(yīng)該要考慮提高紅塔東路與廣福路東的交通功能。

因此，徐家堆立交的交通流向可以結(jié)合周邊立交，重點(diǎn)解決城市交通系統(tǒng)上高速公路系統(tǒng)出城方向的交通，保證廣福路主線、南連接線主線以及廣福路東與紅塔東路之間的交通流連續(xù)快速。對于南連接線由西向東進(jìn)城方向的流量分流，除通過河尾村立交左轉(zhuǎn)上滇池路，經(jīng)廣福路進(jìn)城，或者右轉(zhuǎn)向滇池路，通過紅塔東路經(jīng)廣福路進(jìn)城，主流向設(shè)置定向匝道外，其他方向通過地面道路解決。

4 徐家堆立交節(jié)點(diǎn)方案比選

結(jié)合立交主要流向的分析，設(shè)計(jì)階段對立交形態(tài)進(jìn)行了3個(gè)方案的比選。

4.1 方案一

方案一中，南連接線主線為雙向六車道高架，廣福路主線為地面道路。廣福路東同紅塔東路的聯(lián)系，以及環(huán)湖東路與廣福路西的聯(lián)系通過設(shè)置迂回匝道實(shí)現(xiàn)（圖2）。

圖2 徐家堆立交方案一

紅塔東路直行至廣福路東主線方向，遠(yuǎn)期設(shè)置單向兩車道的跨線橋（即WE匝道），近期該流向通過地面交叉口解決。

廣福路東主線方向至紅塔東路設(shè)置迂回匝道解決直行流向（EW匝道），環(huán)湖東路至廣福路西主線方向通過設(shè)置迂回匝道解決直行流向（SN匝道）；同時(shí)根據(jù)交通量大小設(shè)置廣福路東轉(zhuǎn)向南連接線西的轉(zhuǎn)向匝道（EN匝道）。

通過地面交叉口解決廣福路西直行至環(huán)湖東路、廣福路西右轉(zhuǎn)至紅塔東路、紅塔東路右轉(zhuǎn)至環(huán)湖東路、環(huán)湖東路左轉(zhuǎn)至紅塔東路、環(huán)湖東路右轉(zhuǎn)至廣福路東的交通。立交地面部分為燈控三相位交叉口，三個(gè)相位分別為北向南直行、西向東直行、南向西左轉(zhuǎn)。

環(huán)湖東路在立交南進(jìn)口位設(shè)置上、下南連接線向東的平行匝道解決城市道路系統(tǒng)與高速公路系統(tǒng)之間的銜接問題，環(huán)湖東路在立交南進(jìn)口部分車道設(shè)置在南連接線高架下（圖3、圖4）。

圖3 與南連接線連接匝道布置示意

圖4 徐家堆立交環(huán)湖東路進(jìn)口位置斷面示意（單位：m）

立交層數(shù)為三層，WE匝道、EW匝道為第二層，SN匝道，南連接線主線為第三層。

方案一的主要特點(diǎn)有：

1）較好地解決了廣福路和南連接線的直行交通的通行以及廣福路東與紅塔東路之間的交通，地面交叉口解決其他方向的交通轉(zhuǎn)向問題，基本滿足了該節(jié)點(diǎn)的交通需求。

2）保證了廣福路和南連接線直行方向的貫通，保證了交通流的連續(xù)性；設(shè)置定向匝道和平行匝道保證了城市道路系統(tǒng)與高速公路系統(tǒng)間主要流向的快速連續(xù)；設(shè)置地面交叉口可以保證城市道路系統(tǒng)其他方向與高速公路系統(tǒng)之間的連接，有效地控制了立交的建設(shè)規(guī)模，減少了大量的工程投資。

3）根據(jù)前述的徐家堆立交節(jié)點(diǎn)定位分析，方案一未能解決廣福路東至環(huán)湖東路、廣福路東至南連接線東向的聯(lián)系以及紅塔東路至廣福路西的交通，這些流向需要通過周邊立交和地面交叉口進(jìn)行解決。

4）由于立交規(guī)模得到控制，立交總占地面積較小，節(jié)省了大量的土地資源，具有很高的社會效益。

4.2 方案二

由于廣福路以北土地已經(jīng)建成香檳小鎮(zhèn)小區(qū)，為了減少迂回或環(huán)形匝道增加的用地，同時(shí)增加通行能力，方案二將廣福路主線雙向分離，由廣福路西至廣福路東方向設(shè)置單向三車道跨線橋，廣福路東至廣福路西仍采用地面道路，保證廣福路主線的連續(xù)交通，布置廣福路東至紅塔東路的迂回匝道，在2條城市主干路中間設(shè)置“Y”字形立交。其他方向之間的溝通，通過聯(lián)絡(luò)環(huán)島來解決。環(huán)島設(shè)置成狹長形，以增加各進(jìn)口道、出口道之間的交織長度（最短約115 m），減少用地面積。同時(shí)為了滿足城市道路系統(tǒng)與高速公路系統(tǒng)之間的銜接，設(shè)置了廣福路東上南連接線西定向匝道，并利用聯(lián)絡(luò)環(huán)島滿足各個(gè)方向上南連接線東的平行匝道（圖5）。

圖5 徐家堆立交方案二

從交通量預(yù)測的結(jié)果來說，廣福路東與紅塔東路的交通量并不是很大?？紤]到紅塔東路通往滇池國家旅游區(qū)、紅塔體育中心，每逢體育旺季或者體育比賽日交通量會放大，為了保證該立交在體育旺季或者體育比賽日仍然提供足夠的通行能力，因此，設(shè)置兩車道定向匝道是合適的。

從占地來說，該立交方案節(jié)省了大量的土地資源，具有很高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。立交規(guī)模得到控制，比較符合道路用地紅線的要求。

方案二的主要特點(diǎn)有：

1）較好地解決了廣福路和南連接線的直行交通的通行以及廣福路東與紅塔東路之間的交通，地面聯(lián)絡(luò)通道解決左轉(zhuǎn)車輛的轉(zhuǎn)向問題，基本解決了該節(jié)點(diǎn)的交通需求。

2）設(shè)置聯(lián)絡(luò)環(huán)島可以保證城市道路系統(tǒng)與高速公路系統(tǒng)之間的連接，有效地控制了徐家堆立交的建設(shè)規(guī)模，減少了大量的工程投資。

3）由于立交規(guī)模得到控制，立交總占地面積較小，節(jié)省了大量的土地資源。

4.3 方案三

方案三中除南連接線主線仍舊保留為雙向六車道高架外，廣福路主線保留了由東往西的主流向，而將由西往東的交通引入平面交叉，通過左轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；其他各個(gè)方向的交通也通過平面交叉實(shí)現(xiàn)（圖6）。

圖6 徐家堆立交方案三

本方案較方案一、二減少了大量的橋梁結(jié)構(gòu)，因此方案投資大大減小。立交占地面積較小，但廣福路主線方向未能實(shí)現(xiàn)連續(xù)交通，且平面交叉通行能力較小，產(chǎn)生大量的延誤，服務(wù)水平較低，交通組織較為復(fù)雜。

方案三的主要特點(diǎn)有：

1）本方案保留了南連接線直行方向的高架，其他所有方向都通過平面交叉口實(shí)現(xiàn)。由于采用平面交叉的形式，因此本節(jié)點(diǎn)城市系統(tǒng)中各個(gè)流向都得以解決。

2）由于取消了除南連接線外的橋梁結(jié)構(gòu)，投資得以大幅度減小。

3）廣福路保留了由東往西方向的直行交通，由西往東方向的直行被取消，而通過平面交叉口的左轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，不利于大運(yùn)量交通。特別是遠(yuǎn)期交通量增大時(shí)，將對平面交叉口產(chǎn)生很大的交通壓力，在主流向必須增加匝道或跨線橋予以解決，此時(shí)將產(chǎn)生較大的廢棄工程量。

4）本方案嚴(yán)格將城市道路系統(tǒng)和高速公路系統(tǒng)區(qū)分開，未能實(shí)現(xiàn)兩者之間的聯(lián)系，同本節(jié)點(diǎn)作為南市區(qū)樞紐的功能定位不相符。

5）立交總占地面積較小，節(jié)省了大量的土地資源。

6）近期僅實(shí)施廣福路主線方向地面道路以及廣福路同紅塔東路相連的匝道，實(shí)施難度小，能確保廣福路主線方向在殘運(yùn)會召開之前竣工，保證廣福路直行的貫通以及同紅塔東路的聯(lián)系；遠(yuǎn)期再實(shí)施南連接線高架、環(huán)湖東路、上南連接線的匝道以及環(huán)湖東路至廣福路西的跨線橋，基本不產(chǎn)生廢棄工程量。

4.4 方案比選

相對方案二、三，方案一不僅很好地解決了城市道路系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)向問題，而且同高速公路系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)良好的聯(lián)系，各主流向采用高標(biāo)準(zhǔn)的跨線橋及匝道，同時(shí)又能夠合理減少部分流向，降低工程造價(jià)，具有較高的可實(shí)施性。根據(jù)綜合比較以及綜合歷次專家評審的會議精神，最終徐家堆立交選擇了方案一作為實(shí)施方案。具體方案比選如表1所示。

5 徐家堆立交服務(wù)水平預(yù)測和建成后實(shí)測分析

徐家堆立交地面交通組織簡圖如圖7所示。根據(jù)所構(gòu)建的交通需求預(yù)測模型，在設(shè)計(jì)階段，徐家堆立交的2030年高峰小時(shí)流量預(yù)測結(jié)果如圖8所示。

圖7 徐家堆立交地面交通組織示意

圖8 設(shè)計(jì)階段預(yù)測2030年徐家堆立交高峰小時(shí)流量

在近期，WE匝道尚未修建，西進(jìn)口直行的交通量從地面層實(shí)現(xiàn)溝通，此時(shí)南進(jìn)口左轉(zhuǎn)，北進(jìn)口直行形成一個(gè)信號交叉口，因此需要根據(jù)信號配時(shí)來計(jì)算各轉(zhuǎn)向的通行能力。其交叉口車道功能劃分：南進(jìn)口左轉(zhuǎn)3個(gè)車道；北進(jìn)口直行2個(gè)車道。

根據(jù)交叉口各進(jìn)口轉(zhuǎn)向流量及地面系統(tǒng)車道功能劃分，對該信號交叉口進(jìn)行信號配時(shí)。其信號配時(shí)為兩相位，高峰小時(shí)信號周期為100 s，南北向直行綠燈時(shí)間為79 s，黃燈時(shí)間為3 s，南進(jìn)口左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間為12 s，黃燈時(shí)間為3 s，全紅時(shí)間為3 s。

根據(jù)對2030年立交設(shè)計(jì)方案進(jìn)行流量測試和服務(wù)水平分析，在遠(yuǎn)期，本立交各轉(zhuǎn)向及路段服務(wù)水平較好，能夠滿足交通需求（圖9）。

圖9 預(yù)測2030年徐家堆立交高峰小時(shí)流量（V/C）

徐家堆立交隨同昆明南連接線在2014年底交工驗(yàn)收，經(jīng)過5年多的實(shí)踐檢驗(yàn)，其交通量發(fā)展和設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)測結(jié)果基本一致，達(dá)到了實(shí)際的設(shè)計(jì)效果。

根據(jù)《昆明城市交通發(fā)展年度報(bào)告2017》實(shí)測地面交叉口服務(wù)水平和早、晚高峰路段行駛車速顯示服務(wù)狀態(tài)良好，地面交叉口延誤時(shí)間小于15 s，早、晚高峰立交行車速度分別為24 km/h和35 km/h。

2019年10月本項(xiàng)目正式竣工驗(yàn)收前，昆明市交通局組織對南連接線進(jìn)行了項(xiàng)目后評估，實(shí)測的立交交通量如圖10所示。由圖10可知，實(shí)測交通量與預(yù)測情況基本吻合，轉(zhuǎn)向及路段服務(wù)水平較好，能夠滿足交通需求，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)構(gòu)想。

圖10 徐家堆立交現(xiàn)狀高峰小時(shí)流量（pcu/h）

6 結(jié)語

從徐家堆立交整個(gè)設(shè)計(jì)過程和后期評估來看，結(jié)合周邊限制條件和方案變遷后，可以得出如下類似異形立交改建的經(jīng)驗(yàn)：

1）高速公路與城市道路互通異形立交在設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)按照常規(guī)公路立交各轉(zhuǎn)向均需保證的要求來布置立交形態(tài)，而是應(yīng)該牢牢抓住主要交通流向分析這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，利用城市道路路網(wǎng)密集，于高速公路互通時(shí)立交間距相對較近的特點(diǎn)，形成立交群的概念來盡量簡化立交形態(tài)，切忌貪大求全。

2）該類立交在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)高度重視交通量預(yù)測，盡量采用交通仿真對立交形態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，立交匝道的取舍應(yīng)建立在交通量驗(yàn)證的基礎(chǔ)上。

3）立交形態(tài)選擇時(shí)應(yīng)保證明確的指向性，匝道出口方向布置應(yīng)與周邊立交一致，盡量避免左出的情況，誘導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)為使用者提供較為簡單的行駛判斷，才能在使用時(shí)取得最好的效果。