公路和城市道路互通式立體交叉設(shè)計的差別分析

布文超、薛李松

[遠(yuǎn)洲大道（北京）工程咨詢有限公司西安分公司，陜西 西安 710000]

0 引言

公路和城市道路共同承擔(dān)著區(qū)域交通運輸職能，由于兩者所處地理空間不同，在發(fā)揮運輸基本功能的同時無法做到彼此取代。一般而言，公路以城市外圍區(qū)域運輸為主，而城市道路等級多，交通人流及車流在速度設(shè)定上有所差異。在城市化擴張的過程中，公路與城市道路交叉匯流及融合，兩者聯(lián)系趨于緊密。為使各自發(fā)揮運輸優(yōu)勢，在設(shè)計上應(yīng)著重分析及研究公路及城市道路的差別。

1 公路和城市道路互通式立體交叉設(shè)計差別概述

公路與城市道路從最初功能形態(tài)看，作為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的兩個主要的運輸服務(wù)形式，其在社會交通日常分流及運轉(zhuǎn)上起到重要作用。當(dāng)前，城市化進(jìn)程加快推進(jìn)，公路及城市道路逐漸實現(xiàn)了聯(lián)通和融合，對公路及城市道路設(shè)計及施工帶來了觀念、技術(shù)及模式上的轉(zhuǎn)變更新[1]。但公路及城市道路天然具有不同屬性，兩者的互通式立體交叉設(shè)計需考慮公路和城市道路通行范圍及服務(wù)內(nèi)容上交換的差異性，在設(shè)計研發(fā)及施工技術(shù)缺陷彌補等方面進(jìn)行調(diào)研及補強，如圖1所示。

圖1 公路和城市道路互通式立體交叉設(shè)計示意圖

2 公路和城市道路互通式立體交叉設(shè)計差別的具體體現(xiàn)

2.1 交通服務(wù)對象差異性

公路和城市道路在日常運行中，人流及車流等服務(wù)對象有所差異，這一差異性體現(xiàn)較為明顯。通常而言，公路設(shè)計等級適中，主要考慮大型車輛及中型機動車輛行駛需求，城市道路以市政服務(wù)為主要設(shè)計取向，多用于小型機動車、非機動車及行人等通行，基于這一差異性，在公路及城市道路設(shè)計施工環(huán)節(jié)要以兩者各自功能發(fā)揮為出發(fā)點，采取相應(yīng)的施工措施方法，確保公路及城市道路在使用周期壽命及整體質(zhì)量穩(wěn)定性上滿足要求。交通服務(wù)對象的不同也帶來了兩者互通式立體交叉設(shè)計的差別[2]。在開展設(shè)計實踐時，車輛類別、道路等級、外觀參數(shù)等要素都需要考慮，以確保車輛安全通行，而在機動車輛及非機動車輛這兩類服務(wù)對象的分流上，分行立體交叉設(shè)計及混行立體交叉設(shè)計兩種設(shè)計方式應(yīng)用較多，在確定合適的車輛服務(wù)類型時，劃分依據(jù)涵蓋車輛物理特征、道路硬性指標(biāo)、橫斷面積寬度、彎道寬度等多個要素[3]。

2.2 通行設(shè)計速度差異性

公路及城市道路互通式立體交叉設(shè)計差別另一個體現(xiàn)是在道路通行設(shè)計速度方面。在對公路及城市道路開展設(shè)計施工時，需要考慮的設(shè)計要素眾多，其中涉及設(shè)計速度的因素有道路本身的等級性質(zhì)及功能特點，施工建設(shè)所處區(qū)域的地質(zhì)狀況，周邊區(qū)域自然及人文規(guī)劃，施工方案等。例如，公路需要跨越不同自然環(huán)境及地質(zhì)地貌時，道路行車距離要保證安全性，必然要對前后行車間距進(jìn)行控制，而車距的控制又需要借助通行設(shè)計速度來實現(xiàn)。在公路及城市道路互通式立體交叉設(shè)計時，在確定連接交叉方案時，設(shè)計人員主要以匝道方式貫通公路主線和城市立交，然后采用空間上下分隔的方式疏導(dǎo)車輛。一方面保證行車安全，另一方面通過分區(qū)及匝道控速降低堵車概率。在匝道這一關(guān)鍵的連接部位的設(shè)計速度控制上，要全面分析匝道地質(zhì)條件及其與城市道路和立交的交叉及轉(zhuǎn)彎角度，設(shè)定連續(xù)并且均衡的運行速度，滿足主線行車速度要求，同時兼顧車輛駕駛及乘車者的舒適體驗性。具體到設(shè)計速度的差異上，公路設(shè)計時速高于互通式立體交叉設(shè)計時速，城市道路設(shè)計時速考慮行車復(fù)雜性相對最低[4]。

2.3 道路建筑限界差異性

道路通行過程中要保證車輛及行人的安全性，需要確保道路全程順暢，這就對道路建筑限制提出了要求。從定義上看，道路建筑限界是針對荷載流量大的道路，在某一高度或?qū)挾葏^(qū)間內(nèi)規(guī)定不應(yīng)存在行車障礙物。具體到限界標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的選定，主要是參照《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)及相關(guān)制度規(guī)范。在道路建筑限界上，公路、城市道路及兩者互通式立體交叉設(shè)計也存在差異性，公路根據(jù)自身的等級劃分凈高限制區(qū)間，如高速公路及一部分一二級公路，限界或限高數(shù)值為5m，三四級公路，限界或限高數(shù)值為4.5m[5]。然而，從《城市綜合交通體系規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51328—2018)中可知，有軌及無軌電車的高度分別為＜5m 及＜4.5m，普通機動汽車則應(yīng)在4m 高度之內(nèi)。以上相應(yīng)高度限界數(shù)值取最低值，在具體設(shè)計時應(yīng)滿足這一基本要求。公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計在道路建筑限界上，需要考慮道路的類型，尤其是行車車輛的類型，根據(jù)實際情況選擇執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 道路行車停車視距差異性

公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計差別的相關(guān)內(nèi)容中，行車停車視距方面的差異性也體現(xiàn)得較為明顯。道路行車停車視距的含義是在某類道路車道中行駛時，發(fā)現(xiàn)行車前方存在障礙物急需緊急停車狀況時車輛制動需要的距離。考慮行車速度，停車視距需要盡量縮短，在具體界定這一距離參數(shù)時，主要參考安全距離、車輛制動距離及車輛駕駛?cè)藛T反應(yīng)距離。從差異性上看，公路及城市道路都具備基本的行車通行保障功能，在停車視距的界定上基本保持統(tǒng)一區(qū)間，但如車輛行駛速度加快并保持較高的時速時，公路及城市道路停車視距參數(shù)存在一定差別。高速公路及一級公路應(yīng)采用停車視距；二、三、四級公路采用會車視距，如采取分道行駛措施則采用停車視距；二、三、四級雙車道公路應(yīng)間隔設(shè)置路段，該路段能夠滿足超車視距；公路在互通立交出入口路段要滿足識別視距，同時存在受限路段時，停車視距增加1.25 倍；城市道路停車視距通常情況下只需考慮停車視距及會車視距，立交時停車視距增加1.25 倍。在停車視距反應(yīng)時間上，城市道路以1.2s 為參照，公路則以2.5s為依據(jù)，同時城市道路視距計算應(yīng)預(yù)留5m 安全距離[6]。此外，在道路弧度路面設(shè)計上，多以最小直徑作為計算參數(shù)值，通過路面弧度設(shè)計，進(jìn)一步保障道路車輛駕駛員行車、停車、超車、識別、會車視距，確保道路安全性。在道路弧度路面最小半徑方面，公路、城市道路及立交因具備不同的停車視距，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)指標(biāo)也存在差別，如圖2所示。

圖2 道路十字形交叉口視距示意圖

2.5 道路變速車道長度差異性

公路及城市道路交通互通式立體交叉設(shè)計中，不管是公路還是城市道路或兩者連接的匝道，都需要設(shè)置變速車道。從類型上看，變速車道主要由加速車道及減速車道兩類組成，這兩類車道通過對車輛行駛速度的調(diào)控，起到調(diào)節(jié)道路荷載流量的作用[7]。加速車道主要是車輛逐步由開始階段的匝道速度快速提高到公路正常行駛速度，減速車道主要是車輛逐步由公路正常行駛速度減速到匝道行駛速度。加速車道是安全加速直至與主線匯合，減速車道是由主線位置安全納入匝道。變速車道在長度及適用范圍上因公路及城市道路不通而需采取不同設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。從實際情況看，在公路設(shè)計中進(jìn)行變速車道設(shè)計時，多采用西方較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)，在變速車道的設(shè)計長度上主要參考道路實際狀況這一要素，進(jìn)而根據(jù)道路而確定行車速度。從數(shù)值指標(biāo)看，變速車道設(shè)計速度之間的差距范圍一般小于3 倍，由此也給我國公路及城市道路設(shè)置變速車道長度時提供了較大的區(qū)間選擇范圍。城市交通變速車道設(shè)計主要參考的要素是主線設(shè)計車速及匝道設(shè)計車速，將變速車道起點及車速形成區(qū)間作為設(shè)計對象，而互通式立體交叉設(shè)計中，取設(shè)計長度標(biāo)準(zhǔn)值時，則相對選取參數(shù)較高，以滿足不同類型車輛勻速及變速需求。此外，如道路行車車速穩(wěn)定，達(dá)到匯流車輛的平均范圍，則互通式立體交叉等級相應(yīng)就更低，匝道設(shè)計車速也更低，公路及城市互通式交叉設(shè)計加速長度差距就愈加明顯。

2.6 匝道及道路縱平面結(jié)合差異性

公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計除在以上幾個方面顯示出差異性外，同時還能夠借助劃分公路及城市道路空間分布的方式，達(dá)到匝道及道路縱面平面結(jié)合的效果，進(jìn)而大大節(jié)約道路車輛行駛過程中的能源消耗成本及通行時間成本，使道路通行效率得到極大提高。匝道縱斷面線形在設(shè)計中應(yīng)保持均衡連續(xù)，線形形式不能出現(xiàn)生硬或急劇變化的情況。匝道端部的應(yīng)采用大豎曲線直徑，匝道匯入主線處縱斷面線形應(yīng)設(shè)置一段與道路主線縱斷面線形一致的路段，對主線通視條件進(jìn)行分析，便于及時識別匯入車輛[8]。匝道以緩坡為主，以緩縱坡作為匝道上坡加速及下坡減速的緩沖區(qū)。在匝道及道路縱平面結(jié)合上，公路與城市道路及城市立交存在數(shù)據(jù)取值上的差異性，設(shè)計人員需要考慮設(shè)計的安全性及合理性，采用現(xiàn)代化的設(shè)備及手段對設(shè)計及施工過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)并及時修正設(shè)計施工中的問題，提高匝道的使用壽命，同時使互通式立體交叉設(shè)計能夠充分結(jié)合匝道與道路縱面平面。

2.7 公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計的要點及注意事項

公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計方式逐漸成為現(xiàn)代城市交通體系架構(gòu)及運轉(zhuǎn)的主要設(shè)計手段。從其應(yīng)用范圍上，在眾多城市道路交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中都能夠發(fā)現(xiàn)公路及城市道路的互通融合。這一交叉設(shè)計模式在我國交通經(jīng)濟中起到重要促進(jìn)作用。但基于不同公路形式及功能范圍的差異性，在采取此設(shè)計方式時應(yīng)注意把握幾個要點和注意事項。

首先，互通式立體交叉設(shè)計在具體方向選擇上，主要有普通型互通式立體交叉方案及樞紐型互通式立體交叉方案。其中，前者主要是根據(jù)普通公路的不同而與高速公路進(jìn)行連接的方式，這一設(shè)計方法常見常用；后者則是圍繞極為重要的道路干線而與高速公路及城市道路進(jìn)行連接。在選擇兩種設(shè)計方案時，應(yīng)因地制宜并做好道路周邊調(diào)研。常見的集中互通式立體交叉設(shè)計形式有喇叭形、苜蓿葉及局部苜蓿葉形、直連式及半直連式形。其次，公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計涉及諸多領(lǐng)域，其中的技術(shù)要點及措施多而雜，在具體進(jìn)行設(shè)計時要在對不同道路類型功能屬性了解分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，確保設(shè)計的深度及質(zhì)量。例如，在匝道及互通式立交形式選擇上，要全面考慮功能、轉(zhuǎn)換交通量主流向、車流沖突、空間分層等要素，不能追求過高的指標(biāo)及里程，確保功能及服務(wù)適中。

3 結(jié)語

城市化進(jìn)程的加快，對交通設(shè)計規(guī)劃提出了更高的要求。公路與城市道路互通式立體交叉設(shè)計作為較為有效的方案，在城市交通的融合及區(qū)域經(jīng)濟的活躍上發(fā)揮重要作用。基于不同等級規(guī)格道路的差異性，在進(jìn)行互通式立體交叉設(shè)計時應(yīng)對相應(yīng)的差異性表現(xiàn)進(jìn)行分析，然后在設(shè)計手法及參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)上嚴(yán)格要求，確保設(shè)計方案的安全、成熟、可持續(xù)性。