高速公路現(xiàn)狀立交通行能力計(jì)算及樞紐化改造方案研究

胡順峰

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司,廣東 廣州 510000）

0 引言

樞紐立交承擔(dān)著高速公路間的交通轉(zhuǎn)換功能，但其工程規(guī)模及占地一般相對(duì)較大。采取措施優(yōu)化近郊高速樞紐立交方案，節(jié)約用地并控制規(guī)模成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

該文首先分析現(xiàn)狀立交匝道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通行能力，通過利用現(xiàn)狀高速互通立交進(jìn)行樞紐化改造，旨在減小樞紐立交的工程規(guī)模及減少新增用地。

1 概述

1.1 現(xiàn)狀立交概述

現(xiàn)狀機(jī)場立交為單車道出入口的Y型立交，是汕湛高速上下省道S544的服務(wù)型立交。現(xiàn)狀立交C匝道實(shí)現(xiàn)城區(qū)車流下地去到空港經(jīng)濟(jì)區(qū)，E匝道實(shí)現(xiàn)空港經(jīng)濟(jì)區(qū)交通流上高速去到城區(qū)[1]。現(xiàn)狀立交航拍影像圖如圖1所示。

圖1 現(xiàn)狀機(jī)場立交影像圖

1.2 交通量預(yù)測

根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果：2043年機(jī)場立交總轉(zhuǎn)向交通量為62 002 pcu/h， 主城區(qū)往返機(jī)場為主交通流方向，占總轉(zhuǎn)向交通量的59.18%；連接省道S544的交通量最小，僅占6.91%，預(yù)測交通量如圖2所示。

圖2 機(jī)場立交2043年交通量預(yù)測圖（單位：pcu/d）

2 現(xiàn)狀立交主匝道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及通行能力分析

2.1 主交通流匝道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析

要使現(xiàn)狀匝道既能實(shí)現(xiàn)高速下地，又能實(shí)現(xiàn)高接高轉(zhuǎn)換，則C、E匝道需滿足樞紐立交匝道相關(guān)要求。其中，C匝道為直連式匝道，E匝道為半直連式匝道，根據(jù)《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D21—2014），E匝道可直接實(shí)現(xiàn)樞紐功能，而C匝道如要實(shí)現(xiàn)樞紐功能，設(shè)計(jì)速度建議提高至60~80 km/h[2]。

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）對(duì)C匝道的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行提速分析[3]，分析結(jié)果如表1所示。

表1 C匝道技術(shù)指標(biāo)提速分析表（公路標(biāo)準(zhǔn)）

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）條文7.5.1中：“曲線超高與行車速度和路面橫向摩阻力密切相關(guān)，橫向摩阻力的存在對(duì)于行駛車輛的穩(wěn)定、行車的舒適等均有不利影響。超高設(shè)計(jì)及超高率計(jì)算應(yīng)考慮把橫向摩阻力減至最低程度”[3]。

同時(shí)根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》（JTG B05—2015）條文4.5.2中的公式（1）計(jì)算C匝道4%超高，在60 km/h運(yùn)行速度下的橫向力系數(shù)為0.137，小于表中運(yùn)行速度60 km/h對(duì)應(yīng)的橫向力系數(shù)，故可以認(rèn)為C匝道的最大超高可以滿足60 km/h運(yùn)行速度下的安全行車需求[4]，如表2所示。

表2 運(yùn)行速度與橫向力系數(shù)關(guān)系一覽表

式中：R——路段運(yùn)行速度要求的圓曲線半徑（m）；

V85——運(yùn)行速度（km/h）；

μ——橫向力系數(shù)；

i——路拱橫坡度（%）。

現(xiàn)狀機(jī)場立交C匝道在一定程度上可以滿足60 km/h的提速要求。

2.2 主匝道通行能力及服務(wù)水平分析

考慮到機(jī)場立交遠(yuǎn)期交通量的快速增長，下文將對(duì)主流方向C、E匝道的通行能力和服務(wù)水平進(jìn)行分析。

2.2.1 匝道基本路段通行能力分析

C匝道：參考《互通式立體交叉設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用》中匝道基本路段雙車道匝道設(shè)計(jì)通行能力的相關(guān)內(nèi)容對(duì)C匝道基本路段的通行能力進(jìn)行分析[5-6]。

根據(jù)交通量預(yù)測，機(jī)場立交C匝道各特征年的交通量如表3所示。

表3 C匝道各特征年交通量

在四級(jí)服務(wù)水平下，40 km/h設(shè)計(jì)速度的雙車道匝道基本路段的設(shè)計(jì)通行能力為1 700 pcu/h，C匝道各特征年交通量均小于設(shè)計(jì)通行能力。

E匝道：根據(jù)上述方法對(duì)E匝道基本路段的通行能力進(jìn)行分析。根據(jù)交通量預(yù)測，機(jī)場立交E匝道各特征年的交通量如表4所示。

表4 E匝道各特征年交通量

在四級(jí)服務(wù)水平下，40 km/h設(shè)計(jì)速度的雙車道匝道基本路段的設(shè)計(jì)通行能力為1 700 pcu/h，E匝道各特征年交通量均小于設(shè)計(jì)通行能力。

綜上所述，C、E匝道基本路段通行能力能夠滿足四級(jí)服務(wù)水平。

2.2.2 匝道出入口路段服務(wù)水平分析（v/C值）

匝道出入口路段的分、合流區(qū)如無法提供足夠的通行能力，會(huì)造成交通阻塞。機(jī)場立交C、E匝道均為單車道出入口的雙車道匝道，該情況更易發(fā)生，需重點(diǎn)對(duì)C、E匝道出入口路段服務(wù)水平進(jìn)行分析。

在進(jìn)行服務(wù)水平分析之前，應(yīng)核查分、合流影響區(qū)內(nèi)三處關(guān)鍵斷面的交通量，包括：出入口匝道本身的交通量，進(jìn)入分、合流影響區(qū)的交通量和分、合流影響區(qū)外主線下游的交通量[7]。當(dāng)這三處交通量小于相應(yīng)的基準(zhǔn)通行能力時(shí)，交通流處于穩(wěn)定狀態(tài)，可計(jì)算其飽和度（v/C）判斷其服務(wù)水平等級(jí)；當(dāng)這三處有任何一處的交通量大于相應(yīng)的通行能力時(shí)，則認(rèn)為該分、合流區(qū)表現(xiàn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，其服務(wù)水平等級(jí)為六級(jí)[7]。

據(jù)此，C、E匝道出入口路段的服務(wù)水平分析結(jié)果如表5、表6所示。

表5 C匝道出口路段服務(wù)水平

表6 E匝道入口路段服務(wù)水平

由于C、E匝道均為單車道出/入口的雙車道匝道，故其出/入口路段的服務(wù)水平在2035年時(shí)，雖然v/C符合，但由于QR大于匝道單車道基準(zhǔn)通行能力，故服務(wù)水平等級(jí)直接判定為六級(jí)。

綜上所述，采用v/C指標(biāo)進(jìn)行服務(wù)水平評(píng)價(jià)時(shí)，在2030—2035年期間，C、E匝道出入口路段的交通量將達(dá)到飽和。

3 立交總體設(shè)計(jì)

根據(jù)通行能力計(jì)算成果，同時(shí)考慮到現(xiàn)狀單車道出入口與機(jī)場高速主線雙向六車道不匹配，須對(duì)現(xiàn)狀立交C、E匝道進(jìn)行局部改造?？紤]到茂湛鐵路的影響，汕湛高速一側(cè)的C匝道出口與E匝道入口難以實(shí)現(xiàn)雙車道出入口的改造，故該項(xiàng)目對(duì)C、E匝道的改造方案主要是將終點(diǎn)路段C匝道的出口與E匝道的入口由單車道改造為雙車道，并將C、E匝道設(shè)計(jì)速度提至50 km/h。

利用現(xiàn)狀立交進(jìn)行局部改造實(shí)現(xiàn)高接高，并增加兩條匝道連接省道S544，將機(jī)場高速與汕湛高速交通轉(zhuǎn)換功能與省道S544的落地功能復(fù)合，改造設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

圖3 機(jī)場立交改造方案

該設(shè)計(jì)方案可最大程度地利用現(xiàn)有立交，減小了工程規(guī)模及減少占地。

4 結(jié)論

（1）將現(xiàn)狀服務(wù)型立交改造為樞紐立交，可減小工程規(guī)模及減少占地，但應(yīng)首先分析現(xiàn)狀立交匝道是否可滿足樞紐立交匝道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是主交通流方向匝道。

（2）將現(xiàn)狀服務(wù)型立交改造為樞紐立交，應(yīng)將其原有功能恢復(fù)，與樞紐功能結(jié)合考慮，但需重點(diǎn)考慮交織長度。