探討城市道路互通式立交主線及匝道線形關(guān)鍵設(shè)計(jì)

汪 為

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司,安徽 合肥 230093）

0 引言

互通式立交作為目前城市快速路設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié)，依托于立交匝道設(shè)計(jì)能夠保證交通的快速轉(zhuǎn)向。因此，必須關(guān)注并重視此類道路設(shè)計(jì)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用效果。但是在城市道路快速發(fā)展的情況下，路網(wǎng)體系愈發(fā)完善，互通式立交技術(shù)愈發(fā)復(fù)雜，具有造價(jià)高、占地面積大等特點(diǎn)。因而為落實(shí)合理的立交布局，實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速交通流，提升城市道路網(wǎng)絡(luò)效益，分析互通式立交主線及匝道線形關(guān)鍵設(shè)計(jì)是必要的。

1 互通式立交選型設(shè)計(jì)原則

由于城市道路交叉口功能取決于立體交叉類型，因而開展互通式立交選型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

①以道路行車連續(xù)與安全暢通為基準(zhǔn)，綜合分析道路性質(zhì)、城市交通規(guī)劃后確定立交形式；②注意近遠(yuǎn)期結(jié)合，盡可能減少投資、后續(xù)改建等成本費(fèi)用；③從實(shí)際出發(fā)積極引用新工藝，結(jié)合實(shí)際交通量或規(guī)劃道路交通量預(yù)測(cè)來綜合考慮主次匝道的布設(shè)；④先定位后選型，選型要以定位結(jié)果為基礎(chǔ)[1]。

2 基于城市道路分析互通式立交主線及匝道線形關(guān)鍵設(shè)計(jì)

在對(duì)互通式立交進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要任務(wù)是確定主線及匝道線形的指標(biāo)，以確保其滿足交通運(yùn)營需求，在遵循上述設(shè)計(jì)原則的前提下，具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

2.1 互通式立交主線設(shè)計(jì)

對(duì)于互通式立交主線線形設(shè)計(jì)而言，其應(yīng)該具有形態(tài)要素的宏觀控制功能。其中，形態(tài)要素主要包括：變速車道與主線線形的銜接、互通式立交范圍內(nèi)的視覺與視距、變速車道的平縱面線形等。尤其是立交主線與匝道之間的分流部位與合流部位，應(yīng)結(jié)合道路使用者的出行需求，依托于平面線形、縱坡、較大平曲線曲率半徑以及較小路面橫坡，即較高的幾何線形指標(biāo)確保互通式立交主線對(duì)前方道路具有一定的預(yù)見性與良好的視覺、視距。具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

2.1.1 互通式立交主線圓曲線半徑與超高設(shè)計(jì)

在對(duì)主線圓曲線半徑及其超高進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以城市道路主線設(shè)計(jì)速度為基準(zhǔn)，然后依據(jù)現(xiàn)有《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》《城市道路交叉口設(shè)計(jì)規(guī)程》《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》等確定互通式立交范圍內(nèi)的主線圓曲線最小半徑，再根據(jù)這一半徑數(shù)據(jù)分析其對(duì)應(yīng)的路面超高值。一般情況下，主線圓曲線對(duì)應(yīng)的路面超高值為3%。例如，80 km/h是某城市道路主線的設(shè)計(jì)速度，那么其圓曲線最小半徑的一般數(shù)值為1 000 m，設(shè)超高的極限半徑是250 m[2]。但是需要注意的是，雖然這一設(shè)計(jì)舉措能夠確定各項(xiàng)主線參數(shù)，但是在主線與匝道的分流鼻與合流鼻會(huì)出現(xiàn)路面橫坡相反的狀況，若是這一區(qū)域過渡自然性較差，將會(huì)影響整個(gè)互通式立交道路的運(yùn)營狀況。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要采取一定設(shè)計(jì)措施減少超高變化，從而降低行車期間的橫向顛簸感。目前常用的設(shè)計(jì)措施為增設(shè)超高旋轉(zhuǎn)軸。通常狀況下，將超高旋轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)在主線變速車道與行車道之間，一方面優(yōu)化設(shè)計(jì)超高路段的路面外觀，另一方面提升該路段的行車舒適性，滿足車輛行駛要求。在設(shè)計(jì)落實(shí)階段，建議采用速度在主線設(shè)計(jì)速度之上的超高漸變率，速度標(biāo)準(zhǔn)高一檔即可，然后將高次拋物線或正弦曲線設(shè)計(jì)插入至超高過渡段的起訖段，進(jìn)一步緩和相反路面橫坡的過渡。

2.1.2 互通式立交主線縱坡設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)互通式立交交通線路網(wǎng)的安全、有序運(yùn)作，在對(duì)主線縱坡進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)平緩的主線縱坡，尤其在相應(yīng)出口處，應(yīng)充分考慮互通設(shè)計(jì)范圍的均衡性，避免匝道上的車輛在還沒有完全加速的情況下匯入主線車流，減少車輛間不必要的干擾，保證區(qū)域路段的通行能力。具體而言，立足于互通式立交道路，在其范圍內(nèi)進(jìn)行較緩縱坡的設(shè)置，為車輛車速控制提供支持。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需采用略小于一段路段的縱坡，從而有助于減速車道下坡路段的減速行為與加速車道上坡路段的加速行為，避免車輛低速并入立交主線情況的發(fā)生，保證主線車輛的行駛狀態(tài)不會(huì)被后并入的車輛干擾。在落實(shí)略小于一般路段的縱坡后，還要注意主線設(shè)計(jì)速度，尤其是80 km/h，現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范中明確指出，若是車輛進(jìn)入互通前需要經(jīng)過較大下坡，同時(shí)減速車道為下坡，且匝道線形指標(biāo)較低時(shí)，需要對(duì)道路縱坡進(jìn)行控制，不得采用較大參數(shù)，應(yīng)采用較緩的縱坡取值。

2.1.3 互通式立交主線線形指標(biāo)要求與綜合設(shè)計(jì)

對(duì)于山區(qū)城市而言，城市道路中的互通式立交線路設(shè)計(jì)多以80 km/h為基準(zhǔn)水平。比如山區(qū)道路，其主線設(shè)計(jì)速度往往在80 km/h以下，所落實(shí)的其他設(shè)計(jì)指標(biāo)往往與這一設(shè)計(jì)速度相對(duì)應(yīng)，依托于此類指標(biāo)數(shù)據(jù)的規(guī)范實(shí)現(xiàn)主線線形指標(biāo)宏觀控制功能。其中，在互通立交主線平面線形的設(shè)計(jì)中，應(yīng)靈活運(yùn)用兩點(diǎn)線元法，根據(jù)實(shí)際需求科學(xué)選擇線形組合，即：①基本線形+S型，1條直線、回旋線和圓曲線以及2條回旋線；②反向線，1條直線、圓曲線與回旋線[3]。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要先設(shè)定起點(diǎn)接線，然后將曲率長度等控制參數(shù)輸入至計(jì)算機(jī)軟件中，以此實(shí)現(xiàn)接線方式的智能化選擇。其中，為滿足連續(xù)性要求，往往需要對(duì)曲率半徑加以調(diào)整，從而符合地形、地物等條件的要求，實(shí)現(xiàn)主線與終點(diǎn)接線的良好連接。同時(shí)落實(shí)配套的排水設(shè)計(jì)，適當(dāng)加寬主線，避免排水困難。另外，若是相關(guān)指標(biāo)未達(dá)到現(xiàn)有極限值規(guī)定，則應(yīng)在設(shè)計(jì)階段增加局部限速設(shè)計(jì)、標(biāo)志標(biāo)線增強(qiáng)設(shè)計(jì)，或開展被交路改造設(shè)計(jì)等。如果道路條件允許，也可以延長設(shè)計(jì)加/減速車道分離點(diǎn)，將其接到主線指標(biāo)較高路段，以此確保行車安全。

2.2 互通式立交匝道線形關(guān)鍵設(shè)計(jì)

2.2.1 確定匝道設(shè)計(jì)速度

從互通立交選型的角度來看，城市道路立交形式為一般式互通立交和樞紐式互通立交，在確定匝道設(shè)計(jì)速度時(shí)，應(yīng)根據(jù)匝道具體形式作出相應(yīng)設(shè)計(jì)。直連式和半直連式的左轉(zhuǎn)彎匝道設(shè)計(jì)速度可以選擇中間值或上限；右轉(zhuǎn)彎匝道同樣為中間值或上限；環(huán)形匝道在轉(zhuǎn)彎半徑的影響下，應(yīng)選擇40 km/h，既要避免環(huán)形匝道占地面積過大，又要保證匝道的行車安全性與舒適性。

2.2.2 多種立交匝道設(shè)計(jì)

（1）環(huán)形匝道設(shè)計(jì)。相較于其他形式的匝道，環(huán)形匝道半徑參數(shù)較小，當(dāng)在互通式立交中選用環(huán)形匝道時(shí)，需要對(duì)內(nèi)環(huán)匝道設(shè)計(jì)速度進(jìn)行控制，合理布設(shè)常規(guī)設(shè)計(jì)內(nèi)容，以此保證道路設(shè)計(jì)安全。一般情況下，單圓形曲線布設(shè)方法較為常用，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要在不擴(kuò)大互通立交規(guī)模的前提下，通過對(duì)地質(zhì)、地形等限制條件的綜合考慮合理選用線形組合與指標(biāo)。對(duì)于互通立交主線出口與環(huán)形匝道銜接區(qū)域，外環(huán)匝道半徑應(yīng)設(shè)計(jì)在150 m以上，這主要是按照表1設(shè)計(jì)速度60 km/h的設(shè)計(jì)條件下開展的，目的是實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行速度從80 km/h到40 km/h之間的合理過渡，進(jìn)而確保行車舒適性、安全性。

（2）半直連式匝道設(shè)計(jì)。不同于其他匝道形式，半直連式匝道往往采用較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且需要考慮的相關(guān)因素較少，多采用較高的平面指標(biāo)與縱面指標(biāo)，以此提高樞紐立交匝道的服務(wù)水平與通行能力。

（3）匝道超高設(shè)計(jì)。為有效降低互通式立交工程的整體規(guī)模，往往會(huì)在設(shè)計(jì)期間采用較低的平曲線指標(biāo)，而這要求設(shè)計(jì)人員落實(shí)相應(yīng)的超高設(shè)計(jì)，避免該路段行車安全性和舒適性受到向心力、側(cè)移風(fēng)險(xiǎn)等因素的影響出現(xiàn)下降情況。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要立足于互通式立交的實(shí)際設(shè)計(jì)要求，以平曲線半徑與緩和曲線長度規(guī)范落實(shí)超高過渡段長度與超高漸變率設(shè)計(jì)。其中，開展曲線路段的超高設(shè)置工作時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高對(duì)超高橫坡、超高漸變段的合理取值的重視，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)施工難度的合理控制。通常狀況下，若互通式立交匝道的超高設(shè)計(jì)位于一般地區(qū)，應(yīng)滿足超高橫坡度與合成坡度的要求，具體如表1所示。

表1 城市道路超高要求

若互通式立交匝道的超高設(shè)計(jì)位于積雪冰凍地區(qū)，那么最大超高數(shù)值與最大合成坡度應(yīng)有所下調(diào)，分別控制在6%和8%以下，最好控制在3%[4]。

3 實(shí)例分析

為增強(qiáng)互通式立交主線及匝道線形設(shè)計(jì)研究結(jié)果的真實(shí)可靠性，引入某城市快速路暢通改造項(xiàng)目作為工程實(shí)例進(jìn)行深入分析。

3.1 項(xiàng)目簡述

某城市二環(huán)全長約為42.05 km。為優(yōu)化城市互通，該次項(xiàng)目工程主要對(duì)金寨路、合作化路節(jié)點(diǎn)加以改造，即：南二環(huán)（東至路—宿松路）采用雙向六車道高架，從東至路以東起橋，連續(xù)上跨合作化路、金寨路與宿松路后落地。在該項(xiàng)目工程的改造路段中，南二環(huán)規(guī)劃為城市快速路，紅線寬60 m，高架主線設(shè)計(jì)速度80 km/h。總規(guī)劃方案如圖1所示。

圖 1 總規(guī)劃方案圖

3.2 設(shè)計(jì)分析

3.2.1 總設(shè)計(jì)方案

針對(duì)當(dāng)?shù)啬隙h(huán)交通擁堵問題，主線設(shè)計(jì)采取上跨方式跨越合作化路與金寨路，提高南二環(huán)直行交通順暢性；部分匝道予以改造，通過高架銜接高架的方式將原本的銜接南二環(huán)地面道路改為銜接南二環(huán)高架，從而提升高架間的快速交通轉(zhuǎn)換能力。改造立交節(jié)點(diǎn)后，增加上行匝道和下行匝道，以此實(shí)現(xiàn)各個(gè)方面的交通轉(zhuǎn)換。

3.2.2 平面設(shè)計(jì)

（1）主線高架平面設(shè)計(jì)。由于工程項(xiàng)目為城市快速路，紅線寬60 m，且高架設(shè)計(jì)中心線與現(xiàn)狀南二環(huán)中分帶中線基本重合。為確保橋下車道寬度滿足現(xiàn)有規(guī)范要求，主線高架平面設(shè)計(jì)中，在合作化路交口往北偏移2 m左右，圓曲線Rmin為2 000 m，且不設(shè)置緩和曲線與超高曲線。

（2）匝道平面設(shè)計(jì)。通過綜合考慮周圍建筑物等要素，兩新建右轉(zhuǎn)匝道圓曲線半徑分別為75 m、80 m。

（3）加寬設(shè)計(jì)。于圓曲線內(nèi)側(cè)進(jìn)行匝道加寬，其中，新建道路應(yīng)以規(guī)范要求為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，既有匝道則要保持原本的加寬值。按照普通汽車標(biāo)準(zhǔn)確定，加寬緩和段采用緩和曲線全長，加寬過渡采用三次拋物線過渡。

（4）超高設(shè)計(jì)，按照表1設(shè)置超高及超高緩和段，其中，超高旋轉(zhuǎn)軸為匝道設(shè)計(jì)線。

3.2.3 縱斷面設(shè)計(jì)

（1）高架主線設(shè)計(jì)。根據(jù)南二環(huán)高架主線現(xiàn)狀分析，為避免影響現(xiàn)狀東至路跨線橋橋墩，應(yīng)對(duì)起坡點(diǎn)與橋墩的安全距離進(jìn)行控制，針對(duì)受到現(xiàn)有條件限制的起點(diǎn)處，其凹形豎曲線半徑采用極限值。具體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 技術(shù)指標(biāo)表

（2）匝道設(shè)計(jì)。匝道縱斷面起終點(diǎn)與主線/主匝道高程銜接，其高程控制點(diǎn)為相交道路與地面輔道，最大縱坡4%。

3.3 設(shè)計(jì)總結(jié)

互通式立交作為當(dāng)前城市路網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，通過在該工程中落實(shí)上述設(shè)計(jì)，有效保證了互通范圍的功能性與美觀性。但是除上述內(nèi)容以外，還應(yīng)根據(jù)道路實(shí)際做好端部及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，由于該工程匝道端部屬于正常路基，因而在漸變段等要取值設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范正確選值即可。

4 結(jié)論

綜上所述，互通式立交作為現(xiàn)有交通路網(wǎng)的重要組成，發(fā)揮著車輛轉(zhuǎn)向、道路匯集等功能。在其主線及匝道線形設(shè)計(jì)中，應(yīng)立足于區(qū)域?qū)嶋H科學(xué)確定設(shè)計(jì)速度、主線圓曲線半徑、主線縱坡、環(huán)形匝道、匝道超高等參數(shù)，嚴(yán)格遵循現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范，以此實(shí)現(xiàn)行車安全。