拐角鋪互通交織區(qū)通行能力驗算及改造方案探究

汪代俊

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計院，河北 石家莊 050011）

一、引言

隨著區(qū)域高速路網(wǎng)不斷完善，新的交通聯(lián)系逐步建立，樞紐互通轉(zhuǎn)向交通流發(fā)生著翻天覆地的變化。主交通流變次交通流，次交通流變主交通流，特別是分期實施的樞紐互通，如果匝道通行能力不足、適應(yīng)性差，極易導(dǎo)致主線分合流位置車輛行駛緩慢或者堵車，不符合樞紐互通連續(xù)行駛的交通特性。

交織是兩股或多股車流在特定車道匯合，行駛一定距離后交換位置駛離的過程。交織長度是指進(jìn)環(huán)和出環(huán)的兩股車流，行駛時相互交織，彼此交換一次車道位置所需行駛的距離。交織長度的大小主要取決于車輛在交織路段的行駛速度和司機(jī)識別出、入口所需的反應(yīng)時間。合理選取交織長度，可減少車輛誤行、排隊等候等情況，有利于車輛行駛安全、連續(xù)、平穩(wěn)。

二、拐角鋪樞紐互通分期建設(shè)工程概況

（一）一期項目建設(shè)

拐角鋪樞紐互通位于河北省正定縣城以北約8km的石家莊繞城高速北環(huán)上，處于京港澳高速與京昆支線交叉處。由于津石高速暫不實施，京昆支線成為斷頭路，如圖1所示。此互通采用總體設(shè)計分期實施。一期建成五條匝道如圖1藍(lán)色部分，已于2008年7月建成通車，該互通設(shè)計末年為2028年，等到二期津石高速實施時再將互通補(bǔ)全。

圖1 拐角鋪互通改建方案一

互通區(qū)京昆支線設(shè)計時速為120km，路基寬33.5m，雙向6車道，交叉方式采用上跨京港澳高速和半定向匝道。匝道設(shè)計時速40km～60km，最小平曲線半徑為60m。京港澳高速設(shè)計時速為120km，互通內(nèi)路基寬28m，雙向四車道。

（二）二期項目建設(shè)

拐角鋪樞紐互通二期于2016年6月開始初步設(shè)計，補(bǔ)全剩余三條匝道A、B、C和新建津石高速主線，如圖1紅色部分。通過匝道的合理設(shè)置讓津石高速與京港澳高速之間交通流快捷轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)有效連接。

互通區(qū)津石高速主線設(shè)計長度593m，A、B、C匝道總長3541.1m，挖方8626m3，填方342325m3，新增用地179.34畝，互通區(qū)內(nèi)A匝道設(shè)置匝道橋472m/1座，通道涵洞7道。

三、拐角鋪互通二期工程面臨的問題

拐角鋪樞紐互通二期設(shè)計在原則上維持前期總體方案規(guī)劃，但由于該互通通車8年后，區(qū)域路網(wǎng)逐步完善，互通交通組織發(fā)生巨大變化，2016年交通量數(shù)據(jù)與前期總體方案交通量有較大改變，環(huán)形匝道設(shè)置與預(yù)測主流向交通量完全不匹配。根據(jù)2016年最新交通量將現(xiàn)有互通進(jìn)行升級改造，提出方案二，如圖2所示，將對稱環(huán)形匝道調(diào)整為對角環(huán)形匝道，并廢除兩條匝道。

圖2 拐角鋪互通改建方案二

方案二與2016年預(yù)測交通量適應(yīng)性較好，解決了主流向交通量的匹配問題。但原互通設(shè)計末年為2028年，互通尚未達(dá)到設(shè)計年限，匝道拆改段落較多否定了早期方案，增加投資的同時也產(chǎn)生了不利的社會影響。

綜合多種因素，考慮到兩個環(huán)形匝道已建成，同時兼顧社會效益及社會影響，避免大拆大建造成浪費，應(yīng)對方案一轉(zhuǎn)向交通量展開分析論證，分析所有匝道適應(yīng)性，論證兩個內(nèi)環(huán)匝道之間交織區(qū)的通行能力。如果方案一的各種分析論證均滿足使用要求，則維持方案一，如果分析結(jié)果不滿足要求則按方案二實施改造升級。

四、通行能力驗算

現(xiàn)狀樞紐環(huán)形匝道、兩個環(huán)形匝道之間及樞紐與互通之間的交織長度將按照到2030年轉(zhuǎn)向交通流量進(jìn)行適應(yīng)性分析。

（一）采用《公路路線設(shè)計細(xì)則》（總校稿）14.6.8條款計算交織區(qū)長度

津石高速天津往石家莊方向北半幅為三個車道，考慮到津石主線車流量與拐角鋪互通環(huán)形匝道交織，最右側(cè)車道實際運行時速按60km～70km取值，互通區(qū)環(huán)形匝道之間車速按60km/h～70km/h取值，兩個車道交通流以相同速度發(fā)生相互交織。

交織區(qū)車道數(shù)：

式中：

VW1——較大的交織交通量（小客車/小時）；

VW2——較小的交織交通量（小客車/小時）；

K——交織影響系數(shù)（1.0≤K≤3.0）；

V01、V02——其他非交織交通量（小客車/小時）；

C——每條車道的交通容量。

工可設(shè)計小時交通量系數(shù)0.11，方向不均勻系數(shù)0.55，津石主線在拐角鋪互通處交通量為48647輛/日，計算主線右半幅每條車道平均每小時車流量：

滄州往邢臺方向轉(zhuǎn)向交通量為12485輛/日，折算成小時交通量：

邢臺往平山方向轉(zhuǎn)向交通量為6739輛/日，折算成小時交通量：

交織區(qū)間交通處于穩(wěn)定流狀態(tài)，比自由交通狀態(tài)所受車輛影響大，但行駛速度可保持在60km/h～70km/h。由表1可知曲線B滿足要求，因此K取3.0。

表1 交織區(qū)交通流特性

表1 交織區(qū)交通流特性

拐角鋪互通圖紙中交織區(qū)間設(shè)計長度為380m，由圖5曲線B查詢得出安全交織交通量上限為1650pcu/h。

圖3 交織區(qū)間圖

圖4 2030年轉(zhuǎn)向交通量圖

圖5 交織區(qū)長度

VW1+k×VW2=627+3×338=1641＜1650（pcu/h）滿足要求。

根據(jù)《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》JTG/T D21-2014表7.3.1中匝道60km/h設(shè)計車速，一個車道的設(shè)計小時交通量最大值為1300pcu/h。

VW1+VW2=627+338=1015＜1300pcu/h，說明交織車道內(nèi)車輛按60km/h行駛時滿足對交織段長度的要求。

高速公路設(shè)計速度120km/h，按二級服務(wù)水平設(shè)計每條車道最大服務(wù)交通量C=1600pcu/h

N=(VW1+k*VW2+V01+V02)/C=（627+3*338+2943+0）/1600=2.865（車道）小于實際N=4車道，滿足要求。

（二）采用美國道路通行能力手冊計算拐角鋪互通內(nèi)環(huán)形匝道交織區(qū)長度

拐角鋪互通內(nèi)環(huán)形匝道交織區(qū)長度計算如表2所示，計算結(jié)果滿足現(xiàn)狀環(huán)形匝道與主線交織區(qū)各項指標(biāo)要求。

表2 拐角鋪互通內(nèi)環(huán)形匝道交織段長度計算說明

表2 拐角鋪互通內(nèi)環(huán)形匝道交織段長度計算說明

根據(jù)兩種標(biāo)準(zhǔn)的計算結(jié)果，截至2030年，方案一環(huán)形匝道各項指標(biāo)與交織區(qū)長度均滿足要求，因此執(zhí)行方案一，且預(yù)留遠(yuǎn)期升級改造空間。待到2030年石家莊繞城高速北環(huán)達(dá)到設(shè)計年限，再根據(jù)現(xiàn)狀轉(zhuǎn)向交通量開展適應(yīng)性分析，如果不能滿足要求，則再進(jìn)行升級改造。

五、遠(yuǎn)期改造方案探討

隨著交通量增加，方案一互通環(huán)形匝道的服務(wù)水平逐年下降，需在設(shè)計末年實施升級改造，遠(yuǎn)期改造方案亟待提出。由于按方案一建成通車不可逆，遠(yuǎn)期改造升級若采用方案二不合適，需跳出現(xiàn)有方案尋求新的解決辦法。方案三如圖6所示，廢除天津至石家莊方向內(nèi)環(huán)匝道，新建一條內(nèi)轉(zhuǎn)彎半定向匝道，盡可能多的利用既有匝道，避免大拆大建，減少對現(xiàn)有互通的影響，提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 拐角鋪互通遠(yuǎn)期改造方案三

六、結(jié)語

分期實施的樞紐互通，需開展適應(yīng)性分析，對滿足要求的互通既要考慮盡可能多地利用現(xiàn)有匝道避免大拆大建，又要兼顧社會效益及社會影響，留足升級改造的空間；對不滿足要求的互通應(yīng)盡早升級改造。