高速公路互通立交出口匝道安全設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

李小川

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210014）

0 引言

20世紀(jì)50年代，我國(guó)武漢建成第一座互通立交。隨著改革開(kāi)放的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始大面積修建高速公路，同時(shí)修建互通立交[1]。從整體看，我國(guó)互通立交主要特點(diǎn)為：施工簡(jiǎn)單、功能齊全、形式簡(jiǎn)潔、線形平順。互通立交是指兩條及兩條以上不同方向的道路在不同標(biāo)高進(jìn)行交叉。設(shè)置匝道對(duì)兩條道路上的交通流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證交叉口車輛能夠順利通行，解決了交通擁堵和行車安全問(wèn)題[2]。但互通立交存在的形式較多，因此在設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)控制因素進(jìn)行合理分析和方案論證，從而保證互通立交的功能和安全性。

1 匝道常用形式

1.1 右轉(zhuǎn)匝道

右轉(zhuǎn)匝道主要特點(diǎn)為：當(dāng)車輛需右轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線右側(cè)駛出，通過(guò)右轉(zhuǎn)匝道進(jìn)入被交路的右側(cè)車道。右轉(zhuǎn)匝道形式簡(jiǎn)單，方向明確。

1.2 左轉(zhuǎn)匝道

左轉(zhuǎn)匝道與右轉(zhuǎn)匝道不同，形式較多且復(fù)雜。主要形式有以下幾種。

1.2.1 直連式左轉(zhuǎn)匝道

直接式左轉(zhuǎn)匝道的特點(diǎn)為：當(dāng)車輛需左轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線左側(cè)駛出，通過(guò)左轉(zhuǎn)匝道進(jìn)入被交路的左側(cè)車道。優(yōu)點(diǎn)為：匝道長(zhǎng)度短、通行能力強(qiáng)、行車舒適性較好；缺點(diǎn)為：工程費(fèi)用高、交通安全存在隱患，易導(dǎo)致車輛誤行[3]。

1.2.2 半直接式左轉(zhuǎn)匝道

半直接式左轉(zhuǎn)匝道又可以進(jìn)行詳細(xì)劃分，主要形式有：左出右進(jìn)、右出左進(jìn)、右出右進(jìn)。

（1）左出右進(jìn)式

當(dāng)車輛需左轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線左側(cè)駛出，通過(guò)左轉(zhuǎn)匝道進(jìn)入被交路的右側(cè)車道。該方式對(duì)左進(jìn)的方式進(jìn)行了改善，提高了行車的安全性。但車輛左出時(shí)，需跨越雙向行車道，導(dǎo)致跨線構(gòu)造物較多。高速公路一般不采用該進(jìn)出方式。

（2）右出左進(jìn)式

當(dāng)車輛需左轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線右側(cè)駛出，通過(guò)左轉(zhuǎn)匝道進(jìn)入被交路的左側(cè)車道。該方式提高了行車的安全性，但車輛左進(jìn)時(shí)，交通安全存在隱患。高速公路一般不采用該進(jìn)出方式。

（3）右出右進(jìn)式

當(dāng)車輛需左轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線右側(cè)駛出，通過(guò)左轉(zhuǎn)匝道進(jìn)入被交路的右側(cè)車道。該方式的優(yōu)點(diǎn)為：該方式對(duì)左進(jìn)左出的行車方式進(jìn)行了優(yōu)化，提高了行車安全性，且對(duì)直行車輛的干擾較小；缺點(diǎn)為：匝道運(yùn)行距離長(zhǎng)，同時(shí)跨線構(gòu)造物較多。

1.2.3 間接式左轉(zhuǎn)匝道

間接式左轉(zhuǎn)匝道為環(huán)形匝道，特點(diǎn)為：當(dāng)車輛需右轉(zhuǎn)時(shí)，可從主線右側(cè)駛出，通過(guò)右轉(zhuǎn)匝道，向右轉(zhuǎn)彎約270°，進(jìn)入被交路的右側(cè)車道。

環(huán)形匝道優(yōu)點(diǎn)為：提高了行車的安全性，跨越構(gòu)造物較少，降低了造價(jià)；缺點(diǎn)為：通行能力和平面線形指標(biāo)低。

2 安全性影響因素

2.1 道路因素

2.1.1 匝道幾何線形

匝道幾何線形對(duì)安全性影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮平、縱、橫的結(jié)合，同時(shí)還應(yīng)對(duì)視距進(jìn)行分析。在對(duì)匝道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)受到地質(zhì)條件以及周邊控制因素的制約，因此匝道的幾何線形設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從交通適應(yīng)性、安全性、施工、養(yǎng)護(hù)等多角度進(jìn)行分析，對(duì)線形進(jìn)行合理組合。當(dāng)匝道設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)通行能力降低，交通堵塞，甚至發(fā)生嚴(yán)重交通事故。

（1）平面設(shè)計(jì)因素

道路平面線形三要素為直線、圓曲線、緩和曲線。在進(jìn)行立交匝道設(shè)計(jì)時(shí)，直線段長(zhǎng)度往往受到線形影響而減短。匝道的組成主要通過(guò)曲線設(shè)計(jì)完成。在進(jìn)行匝道平面設(shè)計(jì)時(shí)，圓曲線的半徑應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)速度、安全性等因素。當(dāng)?shù)匦螚l件受限時(shí)可在規(guī)范允許情況下，適當(dāng)減小圓曲線半徑。采用小半徑圓曲線時(shí)可設(shè)置加寬來(lái)降低交通事故的發(fā)生。

（2）縱斷面設(shè)計(jì)因素

縱坡設(shè)計(jì)的合理性影響匝道的行車安全性。當(dāng)匝道縱坡較大時(shí)，駕駛員會(huì)頻繁剎車以降低車速，但受到天氣影響，頻繁剎車會(huì)增大交通事故發(fā)生的可能性，尤其是卡車。

通過(guò)對(duì)匝道的交通事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，匝道縱坡越大，發(fā)生交通事故的可能性越大。根據(jù)資料分析，縱坡大小與交通事故發(fā)生概率為正相關(guān)關(guān)系。如表1所示。

表1 匝道縱坡與交通事故關(guān)系表

因高速公路出口匝道鼻端速度較高，出口匝道安全性設(shè)計(jì)尤為重要，縱面坡度、坡長(zhǎng)、豎曲線指標(biāo)要求較匝道標(biāo)準(zhǔn)段高。

出口匝道縱坡不宜過(guò)大，若匝道的坡度較大、坡差較大，導(dǎo)致車輛在較高車速情況下進(jìn)入陡坡，行車安全性不足，易引發(fā)交通安全事故。坡長(zhǎng)的設(shè)計(jì)同樣對(duì)匝道的行車安全有影響。為保證車輛的行車安全性，在進(jìn)行坡長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)貨車速度折減計(jì)算對(duì)坡長(zhǎng)進(jìn)行控制。當(dāng)匝道出現(xiàn)長(zhǎng)大縱坡時(shí)，貨車爬坡會(huì)出現(xiàn)行車緩慢，甚至熄火。車輛下坡時(shí)頻繁的剎車對(duì)行車安全影響較大。除此之外，還應(yīng)保證同向豎曲線間最小直坡段長(zhǎng)度。

出口匝道豎曲線的設(shè)計(jì)對(duì)視距、交通安全有直接影響。凸型豎曲線對(duì)于行車視距影響較大，一般出口匝道豎曲線半徑較匝道標(biāo)準(zhǔn)段要求高，以適應(yīng)出口匝道的行駛速度。豎曲線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分分析視距要求，控制最小凸型豎曲線半徑滿足視距要求，且保持豎曲線設(shè)置宜的均衡性，提高行車舒適性、安全性，降低交通事故率。

（3）橫斷面設(shè)計(jì)因素

匝道的橫斷面寬度對(duì)交通安全有一定影響。因此在進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)匝道交通量、設(shè)計(jì)速度合理選擇匝道橫斷面。

（4）視距影響

視距是匝道設(shè)計(jì)的主要幾何指標(biāo)，視距主要包括：停車視距、超車視距、會(huì)車視距。駕駛員在行車過(guò)程中，應(yīng)看到車輛前方較遠(yuǎn)的距離，當(dāng)發(fā)生交通事故或發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，能及時(shí)采取措施，保證行車安全。因此在進(jìn)行匝道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足視距的要求，避免發(fā)生車輛相撞。匝道設(shè)計(jì)時(shí)，行車視距不足主要發(fā)生于平面的暗彎處、縱斷面凸形豎曲線?；ネㄔ训莱隹谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證車輛具有良好的視距條件。在對(duì)視距進(jìn)行計(jì)算時(shí)，駕駛員反應(yīng)時(shí)間應(yīng)取較大值。

（5）匝道和主線交角

匝道與主線間的交角設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會(huì)給行車舒適性以及安全性帶來(lái)明顯的影響。當(dāng)交角過(guò)大時(shí)，從匝道進(jìn)入主線會(huì)對(duì)車輛造成側(cè)向沖擊；交角較小時(shí)，會(huì)影響駕駛員的行車視距。

2.2 交通因素對(duì)面道安全的影響

2.2.1 交通量

（1）當(dāng)交通流為自由流時(shí)，交通事故發(fā)生較少，且發(fā)生概率為偶然事件；當(dāng)自有流的交通量增大時(shí)，駕駛員的行為會(huì)更加慎重，因此交通事故發(fā)生概率會(huì)降低。

（2）當(dāng)交通流為穩(wěn)定流時(shí)，超車現(xiàn)象發(fā)生頻率會(huì)增加，因此交通事故會(huì)增多。

（3）交通流為不穩(wěn)定流時(shí)，交通事故會(huì)發(fā)生較大的增長(zhǎng)。

（4）交通流達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，車輛數(shù)量增大，車速反而會(huì)降低，因此發(fā)生交通事故的概率會(huì)下降。

（5）交通流為阻塞流時(shí)，車速下降幅度較大，交通事故也會(huì)減少。

2.2.2 運(yùn)行車速影響

運(yùn)行車速對(duì)匝道出口的安全性有較大程度影響，發(fā)生交通事故的幾率和交通事故的嚴(yán)重程度不僅取決于運(yùn)行速度的絕對(duì)值，還有運(yùn)行速度差。

通過(guò)資料調(diào)查發(fā)現(xiàn)，具有人員傷亡的交通事故中，因車輛運(yùn)行速度不合理占總交通事故的45%，且越嚴(yán)重的交通事故，運(yùn)行速度越大。通過(guò)相關(guān)研究表明，速度的離散性越大，發(fā)生超車現(xiàn)象越頻繁，交通事故率上升幅度越大。因此為減少交通事故的發(fā)生，應(yīng)降低速度差。

3 出口匝道安全性評(píng)價(jià)要點(diǎn)分析

出口匝道指的是車輛駛出主線的匝道。一般來(lái)講，車輛自主線駛出時(shí)，由于行駛的連續(xù)性，車輛在通過(guò)出口匝道的鼻端附近仍具有較高的車速，即高于匝道的設(shè)計(jì)速度。從主線駛出的車輛流出后，除了在減速車道降低了部分速度，在出口匝道也完成了部分降速過(guò)程。因此，出口匝道的安全性評(píng)價(jià)對(duì)于互通樞紐的設(shè)計(jì)尤為重要。綜合考慮，應(yīng)從減速車道長(zhǎng)度、匝道平縱技術(shù)指標(biāo)、交通組成、車輛運(yùn)行速度等方面分析出口匝道的安全性。

4 出口匝道安全性評(píng)價(jià)

我國(guó)目前對(duì)交通安全的評(píng)價(jià)主要依據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》（JTG/T B05—2004）進(jìn)行。但該規(guī)范中并沒(méi)有對(duì)安全評(píng)價(jià)方法和具體流程進(jìn)行說(shuō)明。因此本文通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，確定出適合于匝道出口交通安全性評(píng)價(jià)的方法。

本文主要通過(guò)以下三點(diǎn)來(lái)選擇評(píng)價(jià)方法：

（1）該方法應(yīng)重點(diǎn)考慮行車安全性，旨在降低交通事故率，降低事故危害程度。

（2）該方法應(yīng)適用于各個(gè)等級(jí)公路匝道出口的安全性評(píng)價(jià)。

（3）該方法應(yīng)依據(jù)最不利原則進(jìn)行分析。

通過(guò)以上內(nèi)容分析，并結(jié)合匝道出口的復(fù)雜性進(jìn)行綜合分析，本文選擇模糊層次分析法對(duì)匝道出口的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

采用模糊層次分析法對(duì)匝道出口安全性進(jìn)行分析時(shí)，首先應(yīng)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集，然后確定隸屬度矩陣，通過(guò)判斷矩陣標(biāo)度法確定出各個(gè)因素的權(quán)重，將評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為危險(xiǎn)、比較危險(xiǎn)、基本安全、安全四個(gè)等級(jí)。通過(guò)資料分析以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析各個(gè)子集對(duì)交通事故率的影響程度。以下以高速公路（120km/h）的單車道匝道出口為例進(jìn)行分析。

4.1 減速車道長(zhǎng)度

減速車道指匝道出口與被交路的過(guò)渡段。主線與匝道間存在速度差，因此減速車道應(yīng)盡可能減速才能保證匝道出口車輛的安全行駛。減速車道長(zhǎng)度與事故率間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 事故率與減速車道長(zhǎng)度關(guān)系圖

4.2 匝道平曲線半徑

平曲線半徑較小時(shí)，橫向加速度加大，對(duì)行車的安全性不利。因此曲線半徑事故發(fā)生率有較大影響。統(tǒng)計(jì)事故率與匝道平曲線半徑關(guān)系如圖2所示。

圖2 事故率與匝道平曲線半徑關(guān)系圖

4.3 縱坡

統(tǒng)計(jì)事故率與縱坡關(guān)系如圖3所示。

圖3 事故率與縱坡關(guān)系圖

4.4 匝道交通量

飽和交通流對(duì)交通事故的嚴(yán)重程度和交通事故頻率影響較為嚴(yán)重，統(tǒng)計(jì)事故率與匝道交通量關(guān)系圖4所示。

圖4 事故率與匝道交通量關(guān)系圖

匝道出口安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)匯總?cè)绫?所示。為保證行車安全，在安全評(píng)價(jià)中，應(yīng)保證安全等級(jí)達(dá)到基本安全。

表2 安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)表

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)模糊層次分析法，對(duì)匝道出口安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到了各個(gè)指標(biāo)的安全等級(jí)，同時(shí)建立了安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為該類問(wèn)題提供了理論分析方法。