單喇叭形互通立交設(shè)計(jì)幾個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)探討

譚衛(wèi)平

(武漢綜合交通研究院有限公司， 湖北 武漢 430015)

在高速公路互通立交設(shè)計(jì)中，單喇叭互通立交具有集中設(shè)置收費(fèi)車道，便于管理，規(guī)模較小、投資較少等諸多優(yōu)點(diǎn)，在中國(guó)高速公路為收費(fèi)公路的體制下，是高速公路與其他普通道路交通轉(zhuǎn)換方式中最優(yōu)先選擇的互通式立體交叉形式。盡管單喇叭形互通應(yīng)用廣泛，匝道少，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，但在實(shí)際使用中，交通安全問題十分突出，主要集中在內(nèi)環(huán)匝道、匝道分合流出入口連接處及變速車道上[1-2]。因此，把握好單喇叭形互通立交匝道線形及出入口的連接設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

該文以平原微丘區(qū)高速公路單喇叭形互通立交設(shè)計(jì)為例，對(duì)幾個(gè)較為突出的技術(shù)細(xì)節(jié)，如出口匝道平面線形、匝道橫斷面布置、變速車道的橫坡設(shè)計(jì)等進(jìn)行討論，為單喇叭形互通立交優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 單喇叭互通布置的基本原則

(1) 單喇叭互通立交的地理位置布局應(yīng)根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀和遠(yuǎn)期規(guī)劃，結(jié)合城鎮(zhèn)規(guī)劃，滿足沿線地方交通流轉(zhuǎn)換的交通功能需求，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

(2) 單喇叭互通立交應(yīng)注重整體布局，采用緊湊的結(jié)構(gòu)形式，立交幾何布線盡可能簡(jiǎn)單，線形流暢，交通流向清晰，以提升互通服務(wù)水平。

(3) 單喇叭互通立交匝道線形布設(shè)應(yīng)與地形、地物相協(xié)調(diào)，互通內(nèi)的景觀設(shè)計(jì)應(yīng)有美學(xué)效果。

(4) 根據(jù)遠(yuǎn)景年設(shè)計(jì)交通量、被交路等級(jí)等選取合理的匝道形式、匝道設(shè)計(jì)速度、匝道車道數(shù)和匝道半徑及坡度。

(5) 在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，選取合理的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，控制互通立交的工程規(guī)模，從而減少投資。

(6) 互通立交的形式選擇應(yīng)便于管理，采用集中設(shè)置匝道收費(fèi)站的收費(fèi)方式。

2 設(shè)計(jì)要素

為滿足其使用功能，達(dá)到交通安全行駛目的，針對(duì)單喇叭互通布置的基本原則及設(shè)計(jì)要求，在匝道線形設(shè)計(jì)、匝道的橫斷面布置及變速車道的橫坡設(shè)計(jì)等方面，做一些有益探討[3-5]。

2.1 出口匝道平面線形設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外研究成果表明：從公路運(yùn)行安全分析角度看，互通式立體交叉中出口匝道的交通事故率最高，其次是變速車道，入口匝道的事故率最低。當(dāng)出口匝道平面控制曲線半徑為60～90 m時(shí)，安全度最高；當(dāng)控制曲線半徑為90～180 m時(shí)，安全度最低；當(dāng)控制曲線半徑大于180 m時(shí)，隨著半徑的增加，交通事故率呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樾“霃角€轉(zhuǎn)角變化較快，駕駛員獲取的轉(zhuǎn)向信息更為明顯，便能提前采取減速等應(yīng)對(duì)措施，而變速車道越長(zhǎng)，越有利于駕駛員變速操作，從而提高安全性。

單喇叭形互通直接式出口匝道平面線形一般要滿足8個(gè)具體設(shè)計(jì)指標(biāo)(圖1)：① 漸變段長(zhǎng)度L1；② 減速車道長(zhǎng)度L2；③ 出口匝道流出角漸變率；④ 控制曲線圓曲線半徑R2；⑤ 分流鼻端點(diǎn)處平曲線最小曲率半徑R3；⑥ 分流鼻端附近出口匝道回旋線參數(shù)A；⑦ 運(yùn)行速度過渡段上任一點(diǎn)L的平曲線曲率半徑R4；⑧ 當(dāng)分流點(diǎn)位于緩和曲線上，則分流鼻端點(diǎn)后的緩和曲線長(zhǎng)度L3需滿足超高過渡需要。

圖1 單車道出口匝道運(yùn)行速度過渡及曲線要素示意圖

其中，規(guī)定的漸變段、減速車道長(zhǎng)度均為最小長(zhǎng)度；出口漸變率為最大漸變率；控制曲線圓曲線半徑、分流鼻端處平曲線曲率半徑和回旋線參數(shù)均為最小值。在設(shè)計(jì)中，通常理解錯(cuò)誤或被忽視的有兩點(diǎn)：

(1) 分流鼻端點(diǎn)處平曲線最小曲率半徑R3是指鼻端點(diǎn)處的曲率半徑，并不要求一定是圓曲線，也可為直線。當(dāng)為直線時(shí)，相接的回旋線應(yīng)滿足最小參數(shù)值、運(yùn)行速度過渡和超高過渡需要。

(2) 由于分流鼻端點(diǎn)至控制曲線之間的路段存在較大的運(yùn)行速度差，且此路段的減速度、路面橫坡等均在變化，為使運(yùn)行速度過渡連續(xù)、平穩(wěn)，應(yīng)適當(dāng)保證運(yùn)行速度過渡段的長(zhǎng)度。因此，細(xì)則中規(guī)定運(yùn)行速度過渡段上任一點(diǎn)L的平曲線曲率半徑R4不小于圖2查取的曲率半徑值。這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，特別是在B形單喇叭互通中，環(huán)形匝道出口的控制曲線平面半徑取值一般較小，運(yùn)行速度過渡段較短，則會(huì)導(dǎo)致車輛減速不充分，以較高的運(yùn)行速度進(jìn)入控制曲線，而控制曲線是以設(shè)計(jì)速度為依據(jù)設(shè)置的平面線形和超高橫坡，運(yùn)行速度超過設(shè)計(jì)速度較多、車輛離心力大于橫向摩阻力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)車輛側(cè)滑、側(cè)翻等安全事故，因此，應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的回旋線來滿足運(yùn)行速度過渡，以保證運(yùn)行安全。

2.2 匝道的橫斷面

匝道車道數(shù)及橫斷面類型應(yīng)根據(jù)匝道設(shè)計(jì)小時(shí)交通量、交通組成、設(shè)計(jì)速度、服務(wù)水平及超車需要等確定[4-5]。在單喇叭形互通設(shè)計(jì)中，通常出現(xiàn)兩個(gè)橫斷面布置錯(cuò)誤：① 單喇叭形互通中對(duì)向分隔式匝道車道數(shù)；② 匝道收費(fèi)站廣場(chǎng)出口至匝道端部平面交叉路段的路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面。

在互通式立體交叉設(shè)計(jì)中，單喇叭形互通立交匝道通常情況下采用單向單車道匝道和對(duì)向分隔式雙車道匝道，如圖3所示。

圖2 匝道運(yùn)行速度過渡段上任一點(diǎn)的平曲線最小曲率半徑

圖3 單喇叭互通匝道橫斷面基本類型(單位：cm)

單喇叭形互通式立體交叉的半直連式匝道長(zhǎng)度(從鼻端至匝道收費(fèi)廣場(chǎng))一般均超過500 m，根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)單車道匝道長(zhǎng)度大于500 m時(shí)，應(yīng)采用不設(shè)緊急停車帶的單向雙車道匝道，即使設(shè)計(jì)交通量未超過單車道匝道的設(shè)計(jì)通行能力，也應(yīng)增加一個(gè)車道供超車使用。若單喇叭形互通式立體交叉的半直連式匝道采用對(duì)向分隔式雙車道匝道則不滿足規(guī)范要求，且在單車道匝道上，慢速行駛的車輛將導(dǎo)致匝道全路段通行能力下降，不能滿足設(shè)計(jì)服務(wù)水平，因此，單喇叭形互通中的半直連式匝道橫斷面應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

半直連式匝道應(yīng)采用不設(shè)緊急停車帶的單向雙車道匝道，當(dāng)環(huán)形匝道仍采用單向單車道時(shí)，則對(duì)向分隔式匝道應(yīng)調(diào)整為對(duì)向分隔式三車道匝道，如圖4所示，可供超車之需，在工程造價(jià)增加不多的情況下，滿足設(shè)計(jì)服務(wù)水平。

當(dāng)采用對(duì)向分隔式三車道匝道時(shí)，半直連式匝道應(yīng)采用單車道變速車道，單車道與雙車道之間的過渡應(yīng)在分流鼻端點(diǎn)后的匝道范圍內(nèi)完成，如圖5所示。

匝道收費(fèi)站廣場(chǎng)出口至匝道端部平面交叉路段的路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面可根據(jù)交通量大小及組成適當(dāng)確定。當(dāng)按照四岔交叉的單喇叭形設(shè)計(jì)時(shí)，與被交叉公路的連接即按匝道設(shè)計(jì)，采用對(duì)向雙車道匝道橫斷面；當(dāng)匝道收費(fèi)站廣場(chǎng)至匝道端部平面交叉相距較遠(yuǎn)時(shí)，從交通組織和交通運(yùn)行的角度考慮，單喇叭形可視為獨(dú)立的三岔交叉互通式立體交叉，此時(shí)，匝道收費(fèi)站廣場(chǎng)出口至匝道端部平面交叉路段可按照連接線設(shè)計(jì)，采用相應(yīng)等級(jí)公路的橫斷面布置，如圖6所示。

圖4 對(duì)向分隔式三車道匝道橫斷面(單位：cm)

圖5 雙車道匝道與單車道變速車道之間的過渡

圖6 四岔單喇叭形與三岔單喇叭形

2.3 變速車道的橫坡設(shè)計(jì)

變速車道橫坡設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于主線為曲線超高路段的設(shè)置及過渡。此時(shí)，變速車道的橫坡設(shè)計(jì)主要有3個(gè)技術(shù)要點(diǎn)[6-8]：① 當(dāng)變速車道位于主線平曲線內(nèi)側(cè)時(shí)，變速車道應(yīng)采用與主線相同的橫坡；② 當(dāng)變速車道位于主線平曲線外側(cè)時(shí)，鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡應(yīng)向外傾斜，在一個(gè)車道寬度處至鼻端點(diǎn)之間的三角區(qū)設(shè)置附加路拱進(jìn)行反向過渡；③ 鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡與主線橫坡的代數(shù)差不應(yīng)大于6%。

當(dāng)變速車道位于主線平曲線外側(cè)時(shí)，關(guān)于鼻端處外傾橫坡取值及變速車道的高程計(jì)算方式，規(guī)范并未作規(guī)定，導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)人員把握不準(zhǔn)。

根據(jù)互通區(qū)主線線形條件要求，通過主線平曲線最小半徑和極限半徑計(jì)算得知，互通區(qū)主線的橫斷面最大超高一般值為3%，極限值為4%，而規(guī)范規(guī)定鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡與主線橫坡的代數(shù)差不大于6%，那么，若鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡采用向外傾斜0%～1%，則變速車道上橫坡為0%的路段較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致排水困難；若主線超高橫坡為2%時(shí)，鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡可采用向外傾斜3%～4%，但此處的曲率半徑一般較大，采用較大橫坡會(huì)導(dǎo)致車輛側(cè)滑、行車舒適性降低等情況，因此，鼻端點(diǎn)處的匝道橫坡一般采用向外傾斜2%較為適宜，如圖7所示。

圖7 變速車道橫坡過渡示意圖

附加路拱線一般采用三點(diǎn)法，即取鼻端點(diǎn)處圓弧的圓心、未作偏寬的路緣帶交點(diǎn)、變速車道起點(diǎn)處的主線路緣帶中點(diǎn)作一段圓弧或樣條曲線。

一個(gè)車道寬度處至鼻端之間的變速車道段的橫坡則由ik變化至-2%，可采用線性漸變或三次拋物線漸變。變速車道的各點(diǎn)高程應(yīng)根據(jù)主線設(shè)計(jì)高程及橫坡推算至附加路拱線，再根據(jù)變速車道的橫坡推算至匝道各點(diǎn)。實(shí)際上，附加路拱線就是主線與變速車道的分水嶺，路面在該三角區(qū)會(huì)出現(xiàn)扭曲，但因其位于導(dǎo)流線區(qū)域，不允許車輛通行，且橫坡代數(shù)差不大，故不影響安全。

3 結(jié)語(yǔ)

影響互通立交設(shè)計(jì)的因素較多，需結(jié)合地形、地物，從交通安全、工程經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，該文以單喇叭形互通立交設(shè)計(jì)為例，對(duì)互通立交設(shè)計(jì)中出口匝道平面線形、匝道橫斷面布置、變速車道的橫坡設(shè)計(jì)等幾個(gè)較為突出的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行探討，可為互通立交安全設(shè)計(jì)提供參考。