常州至溧陽高速公路前馬樞紐復(fù)合式立交通行能力研究

陳國佳

（江蘇森尚工程設(shè)計研究院有限公司，南京 210000）

1 引言

高速公路是現(xiàn)代化交通的代表之一[1]，其交叉點(diǎn)稱為高速公路樞紐[2]，是高速公路的重要組成部分。高速公路樞紐的主要功能在于道路轉(zhuǎn)換和車流調(diào)節(jié)[3]，樞紐降低了轉(zhuǎn)換道路時的車速，保障了交通岔口的行車安全。因此，高速公路樞紐的設(shè)計極大地影響著高速公路的通行能力[4]。

自20 世紀(jì)80 年代，中國大陸始建滬嘉等高速公路以來[5]，我國大力發(fā)展高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。近年來，我國高速公路里程數(shù)已領(lǐng)先于其他國家[6]。同時也要注意，由于早期理論的不足和經(jīng)濟(jì)、交通的快速發(fā)展，高速公路交通樞紐的設(shè)計方案往往缺乏對長期交通量、運(yùn)營安全和主線功能連續(xù)的統(tǒng)籌考量，對后續(xù)路網(wǎng)調(diào)整的預(yù)見性不足[7-9]。本文對位于常溧高速公路與鎮(zhèn)溧高速公路交匯處的前馬樞紐的方案設(shè)計進(jìn)行探討，研究該方案的高速公路通行能力與服務(wù)水平，檢驗方案是否滿足道路需求，為高速公路樞紐建設(shè)提供參考。

2 工程背景

常州市路網(wǎng)存在曲折及多段共線的問題，其中“縱四”與“橫八”與寧杭高速溧陽段共線。常州市提出建設(shè)前馬樞紐，借此調(diào)整省內(nèi)路網(wǎng)布局，增進(jìn)市區(qū)與縣域之間的關(guān)聯(lián)，滿足常州至溧陽的交通需求。同時，也能緩解S239 的交通壓力，溝通鎮(zhèn)溧高速公路與常溧高速公路，以實現(xiàn)兩條高速公路的交通轉(zhuǎn)換，進(jìn)而推動高速沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，強(qiáng)化常州與西南區(qū)域的聯(lián)系。鑒于前馬樞紐南側(cè)約1.5 km 處鎮(zhèn)溧高速公路上已有新昌樞紐，因此，如何處理好前馬樞紐和新昌樞紐的關(guān)系，對于實現(xiàn)兩條高速公路銜接具有重要意義。

3 前馬樞紐復(fù)合式立交方案設(shè)計

3.1 前馬樞紐方案設(shè)計原則

互通式立交方案的設(shè)計選型需要以道路交通流量、車輛類型、設(shè)計時速、樞紐周邊條件、未來規(guī)劃等多個因素為基準(zhǔn)。前馬樞紐主要考慮路網(wǎng)轉(zhuǎn)換功能，具體做到以下幾個方面：（1）滿足道路需求，尤其是轉(zhuǎn)向需求；（2）最大限度減少對新昌樞紐的影響；（3）合理選擇交叉形式，確保行車安全，同時嚴(yán)格控制用地規(guī)模和工程造價；（4）充分分析地形、地物、地質(zhì)等限制條件，減少拆遷工程，降低工程規(guī)模。

3.2 樞紐周邊路網(wǎng)分析

3.2.1 鎮(zhèn)溧高速公路

該公路是鎮(zhèn)江至溧陽國道主干線的重要組成部分，為6車道高速公路，路基寬度35.0 m，設(shè)計速度為120 km/h?？缭街泻拥闹泻犹卮髽驑蛄喝L為1 586 m，其中跨越中河位置采用5×35 m 的布置型式。

3.2.2 寧杭鐵路

寧杭鐵路自南京南站引出，終點(diǎn)為杭州火車東站。與常溧高速相關(guān)段的寧杭鐵路先后跨南河、中河、鎮(zhèn)溧高速公路、寧杭高速公路。

3.2.3 常溧高速公路

全長38.4 km，設(shè)計速度120 km/h，南北樞紐分別為前馬樞紐和金壇經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)樞紐，是組成長江三角洲和江蘇省高速交通網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)。

3.3 樞紐位置分析

前馬樞紐的位置選擇受到諸多限制條件的約束，前馬樞紐與鎮(zhèn)溧高速的交叉點(diǎn)距離新昌樞紐約1 520 m，距離中河中心航線約100 m。為最大限度地減少鎮(zhèn)溧高速上前馬樞紐與新昌樞紐段的交織，應(yīng)盡量延長前馬樞紐與新昌樞紐之間的距離。同時，前馬樞紐又受到中河（現(xiàn)狀六級、規(guī)劃五級）位置的影響，前馬樞紐向北移動的幅度受限，因此，前馬樞紐可選擇的交叉點(diǎn)的位置基本固定。

3.4 前馬樞紐互通平面設(shè)計方案

結(jié)合地形、地物及交通量情況、針對鎮(zhèn)溧公路上的現(xiàn)有新昌樞紐利用等方面考慮，互通平面采用單喇叭型樞紐方案，如圖1 所示，只對新昌樞紐匝道端部進(jìn)行改造，并為了減少交織段對主線行車的干擾，將交織放在匝道側(cè)，對寧杭鐵路的橋墩的影響最小。

圖1 前馬樞紐互通平面設(shè)計方案示意圖

4 前馬樞紐交通能力校驗

樞紐交通能力體現(xiàn)在基本路段的通行能力、匝道與高速公路連接處的服務(wù)水平和交織區(qū)的服務(wù)水平3 方面，要判斷前馬樞紐單喇叭形方案是否能滿足實際道路需求，必須先計算以上3 方面。通行能力的計算以預(yù)測交通量為基礎(chǔ)，綜合考量道路車道數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)，借助通行能力驗算模型得出3 方面的服務(wù)水平。

4.1 區(qū)域交通量預(yù)測

根據(jù)前馬樞紐、新昌樞紐、南渡互通和南渡樞紐的出入口調(diào)查數(shù)據(jù)，分析預(yù)測2033 年前馬樞紐交通量（見圖2），認(rèn)為前馬樞紐互通的轉(zhuǎn)向交通量中，常州往廣德方向的轉(zhuǎn)向為主流向，為32 710 pcu/d；常州往鎮(zhèn)江方向的轉(zhuǎn)向為5 850 pcu/d。

圖2 2033 年前馬樞紐至南渡樞紐轉(zhuǎn)向量（單位：pcu/d）

4.2 基本路段的通行能力校核

通行能力是表征區(qū)域內(nèi)道路承載能力的重要指標(biāo)，一方面能輔助選定公路類型，滿足交通需要，另一方面可以評估現(xiàn)有道路的承載能力。通行能力通常采用交通量V 與設(shè)計承載能力C 相除進(jìn)行評價[10]?；韭范蔚耐ㄐ心芰π枰C合考量道路的各項承載能力、車道數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)和駕駛員條件等修正參數(shù)，由式（1）計算：

式中，C 為設(shè)計最大承載能力，pcu/d；Cb為每個車道理想條件下的通行能力，高速公路取2 200 pcu/d；N 為道路的單向車道數(shù)；K 為設(shè)計小時交通量系數(shù)，高速公路及一級公路連接線均取0.1；D 為重交通方向系數(shù)，取0.52；fw為車道寬度和側(cè)向凈空修正系數(shù)，對一級公路和高速公路都取1.0；fp為駕駛員條件修正系數(shù)，對一級公路和高速公路都取1.0；ff為側(cè)向干擾修正系數(shù)，高速公路不做修正；PHF 為高峰小時系數(shù)，取0.94。

區(qū)域交通能力的計算結(jié)果見表1，采用復(fù)合式單喇叭形方案后，從前馬樞紐到南渡南樞紐的服務(wù)水平均為二級。

表1 基本路段的通行能力及服務(wù)水平計算結(jié)果

4.3 互通匝道與高速公路連接處的服務(wù)水平校核

針對前馬樞紐方案，對互通匝道與鎮(zhèn)溧高速公路連接處及交織段的服務(wù)水平進(jìn)行分析，并計算前馬樞紐分合流點(diǎn)的服務(wù)水平。前馬樞紐出入口示意圖及年平均日交通量如圖3所示，設(shè)計單向小時通行數(shù)如圖4 所示。根據(jù)設(shè)計通行數(shù)計算2033 年前馬樞紐各分合流點(diǎn)的承載能力。

圖4 前馬樞紐出入口設(shè)計單向小時通行數(shù)

互通匝道與高速公路連接處的道路分3 種情況：I 類——從匝道流出高速公路；II 類——從匝道流入高速公路；III類——從匝道流入匝道。前馬樞紐有6 條連接道路，如圖3 所示。其中①②為第I 類，③④⑥為第II 類，⑤為第III 類。3 類道路連接處承載能力依據(jù)式（2）計算：

圖3 前馬樞紐出入口示意圖及年平均日交通量

式中，Vd為分離交通量，pcu/h；V1為匝道上游車道交通量，pcu/h；Vf為匝道上游高速公路單向交通量，pcu/h；Vr為匝道交通量，pcu/h；Vm為匯合交通量，pcu/h。

互通匝道與高速公路連接處的服務(wù)水平計算結(jié)果見表2。據(jù)此認(rèn)為，對于前馬樞紐，采用單喇叭形方案后，2033 年分合流點(diǎn)的服務(wù)水平為三級以上。

表2 2033 年前馬樞紐分合流點(diǎn)服務(wù)水平pcu/h

4.4 交織區(qū)的服務(wù)水平校核

前馬樞紐交織段示意圖如圖5 所示，車道數(shù)N=4（采用雙車道匝道），交織區(qū)內(nèi)的車輛要完成一次交織必須變換一次車道。新昌樞紐至前馬樞紐方向交織區(qū)長度為800.499 m（交織段①），兩匝道均被作為孤立匝道處理[11]，且超過交織區(qū)段運(yùn)行的最大交織長度610 m，因此，只需驗算兩匝道的分流點(diǎn)和合流點(diǎn)的通行能力。前馬樞紐F 匝道上交織區(qū)長度為671.257 m（交織段②），同前，符合運(yùn)行要求。

圖5 前馬樞紐交織段示意圖

5 結(jié)論

本文分析了前馬樞紐周邊交通狀況，根據(jù)樞紐復(fù)合式單喇叭形設(shè)計方案，校驗了基本段、互通匝道和交織區(qū)的道路通行能力，據(jù)此認(rèn)為前馬樞紐通行能力滿足道路需求，進(jìn)而判定前馬樞紐方案設(shè)計合理。樞紐區(qū)域內(nèi)基本道路的通行能力均為二級，互通匝道與高速公路連接處的服務(wù)水平為三級以上，交織區(qū)服務(wù)水平均滿足道路需求。

目前，該項目已建成通車，運(yùn)行效果良好，進(jìn)一步驗證了本文研究的可行性和科學(xué)性，為類似復(fù)合式立交的通行能力計算提供了有效的依據(jù)。