公路工程中互通式立體交叉設(shè)計研究

郭章明

（甘肅華美工程咨詢服務(wù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

開展互通式立體交叉設(shè)計時，需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，通過勘測地形地貌、確定公路距離、考慮交叉位置以及分析連接條件，為設(shè)計工作提供有力的支持。在設(shè)計過程中，基于公路分合流設(shè)計、公路匝道半徑設(shè)計、公路匝道環(huán)圈設(shè)計以及公路匝道斷面設(shè)計，確保立體交叉結(jié)構(gòu)合理，更好地滿足各方向交通量需求。

1 公路工程中互通式立體交叉設(shè)計準(zhǔn)備工作

1.1 勘測地形地貌

公路工程是國家重要的交通基礎(chǔ)建設(shè)項目，在公路工程建設(shè)中，互通式立體交叉能夠更好地緩解交通壓力，提高公路使用效率，是現(xiàn)代交通領(lǐng)域非常重要的形式。在互通式立體交叉設(shè)計中，需要做好地形地貌的勘察工作，為公路工程實施做好準(zhǔn)備[1]?；ネㄊ搅Ⅲw交叉較之普通公路更為復(fù)雜，尤其是對公路建設(shè)區(qū)域的情況有著較高的要求，在勘測時要注重對整體地質(zhì)地貌情況的掌握，通過準(zhǔn)確科學(xué)的測量和分析，有效判斷公路區(qū)域，從而規(guī)避那些對公路工程建設(shè)施工不利的條件，并基于勘測可以為公路設(shè)計提供有力的依據(jù)，利用自然地形地貌，降低工程建設(shè)難度、提高工程建設(shè)效率、減少工程建設(shè)成本。

1.2 確定公路距離

公路工程設(shè)計準(zhǔn)備階段，需全面了解整個區(qū)域的交通體系，這樣在設(shè)計時可注意各種交通工程之間的距離。隨著公路工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，公路體系所包括的各類公路類型也更為復(fù)雜，除了互通式立體交叉之外，還包括隧道、橋梁等。要結(jié)合工程質(zhì)量、安全等方面，確定公路之間的距離，避免工程之間相互影響和干擾，降低互通式立體交叉使用壽命和安全性等。互通式立體交叉一般規(guī)模較大，占地范圍較大，在確定距離時要避免過近等情況[2]。公路間距離應(yīng)當(dāng)保證相互之間沒有影響，如交通體系中不同類型的公路工程盡量保持相互獨立，交通產(chǎn)生的振動等不能形成交叉或者疊加。在公路設(shè)計中，需要考慮施工過程的影響，在互通式立體交叉工程施工時，工程結(jié)構(gòu)規(guī)模都較大，如果施工會對周圍交通體系產(chǎn)生影響，這種設(shè)計就是不合理不科學(xué)的。

1.3 考慮交點位置

在現(xiàn)代交通體系中，交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益復(fù)雜，在互通式立體交叉設(shè)計方面，需要考慮與不同交通工程的交點問題。交通公路的交點是非常關(guān)鍵的，通過交點設(shè)計能夠?qū)⒏鱾€交通結(jié)構(gòu)的車輛進(jìn)行匯集和疏散，保持車流通暢。在考慮交通交點時，需要合理設(shè)計交通交點的具體位置，交點位置既不能影響到任何交通線路的運(yùn)行，也不能造成交通堵塞[3]。在設(shè)計交點時，需要基于整個交通體系進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)交通體系中的車輛通行情況，計算交通交點數(shù)量和位置。設(shè)計交點位置時，應(yīng)便于交通車輛在交點處進(jìn)行道路改換等，從而加強(qiáng)公路的疏通能力。

1.4 分析連接條件

公路工程交通路況較為復(fù)雜，因此在設(shè)計互通式立體交叉時，會涉及主干線、支干線等不同類型公路的連接。在公路設(shè)計中，需要分析不同道路線路連接條件，從而設(shè)計出合理的連接方式，保證公路相互貫通。在公路連接設(shè)計中，需對立體交叉各個方向和各個層面的車輛匯集及通行情況進(jìn)行掌握，如交通量和車流流向等，都會對連接設(shè)計產(chǎn)生直接影響[4]。另外，立體交叉所處區(qū)域的地理條件也對連接設(shè)計有著影響。如果地理形態(tài)并不適合設(shè)計公路連接線，那么就要基于分析改變設(shè)計，結(jié)合實際情況來實現(xiàn)立體交叉連接的目的。

2 公路工程中互通式立體交叉設(shè)計形式

2.1 定向Y 形立體交叉

這種結(jié)構(gòu)一般設(shè)計在左轉(zhuǎn)車輛在匝道上固定由左側(cè)方向駛出，并且由左側(cè)進(jìn)入另一個車道中。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為可為轉(zhuǎn)彎的車輛提供直接的通行方法，能夠有效控制車輛的運(yùn)行速度，而且也能夠很好提高道路的通行能力。特別是這一結(jié)構(gòu)中有2 個分離式斷面，而且之間還有一定的距離，所以能夠滿足駕駛?cè)藛T的視野需求。在進(jìn)行定向Y 形交叉設(shè)計時，需保證雙車道之間有一定的距離，有效控制道路之間的距離，而且還要滿足橋下凈空的實際要求，保證行車安全。

2.2 喇叭形立體交叉

這種交叉方法是T 形交叉的代表，也是在封閉式高速公路中非常常見的一種形式，通過對這一結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能夠更好地實現(xiàn)公路管理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，還能利用匝道來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎互通，左側(cè)駛?cè)胫骶€為A 型，駛出為B 型。因為這種結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，而且造型很好，能夠更好地保證駕駛?cè)藛T在駕駛過程中的安全。但是，這種結(jié)構(gòu)與其他交叉模式相比交通量不足，如果將環(huán)形匝道設(shè)計在出口位置，會很大程度上影響駕駛?cè)藛T的視野，最終導(dǎo)致駕駛?cè)藛T不能夠有效分辨出口。在設(shè)計過程中，如果車流量較大，可以使用A 型結(jié)構(gòu)；如果車流量較小，則可以使用B 型結(jié)構(gòu)。

2.3 菱形立體交叉

這種結(jié)構(gòu)一般情況下只設(shè)計在左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)的匝道公路中，通過合理應(yīng)用這一結(jié)構(gòu)，能夠很好地對道路之間的連接進(jìn)行優(yōu)化，通過跨線構(gòu)造物位置就能夠有效實現(xiàn)交叉，這樣就能夠提高當(dāng)?shù)氐慕煌ㄋ健Ｏ啾扔趥鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這類設(shè)計方法能夠有效縮短里程，而且結(jié)構(gòu)清晰，能夠讓車輛在一定時間內(nèi)更好地通行，而且所有出口都充分明確。因此，在下穿的時候，匝道為其提供的坡度還能夠加快速度，所以可以將這一結(jié)構(gòu)用于車流量少的道路上。

3 公路工程中互通式立交交叉設(shè)計實施路徑

3.1 公路分合流設(shè)計

立體交叉的最大特點是公路路面不處于一個平面，呈立體狀態(tài)。立體交叉可同時允許更多的車輛通行，而集中的車流對公路分合流的要求也顯著提高。分合流設(shè)計中，需要保持立體交叉車輛通行順暢，并且能夠滿足車輛行進(jìn)方向的改變需要。分合流一般都需要利用立體交叉點，通過增加輔助性道路或者單獨規(guī)劃出分合流線路，避免需要分流和合流的車輛與正常行駛的車輛發(fā)生沖突。在立體交叉設(shè)計中，通過增加出入口設(shè)計，在公路指示標(biāo)志上提示車輛前方有能夠進(jìn)行分合流的出入口，讓車輛進(jìn)行準(zhǔn)備。分合流的效率和安全性依賴于出入口的寬度設(shè)計，寬度因素會直接影響分合流容量[5]。在設(shè)計中要從整個交通網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行分析和考慮，對互通式立體交叉最大交通峰值進(jìn)行合理測算，并依據(jù)峰值構(gòu)建分合流模型，從而保證分合流出入口能夠滿足公路使用需要。對于分合流容量較大的出入口，需在原有的公路空間內(nèi)向外延展，也就是擴(kuò)大出入口的空間范圍，避免需要進(jìn)行分合流的車輛發(fā)生擁堵。在分合流控制中，可以增加信號燈設(shè)計，信號燈與分合流交通線共同發(fā)揮作用，對車流進(jìn)行控制?？筛鶕?jù)交通路況靈活調(diào)整信號燈的等待時長和間隔，從而提高公路分合流路口的合理性。

3.2 公路匝道半徑設(shè)計

立體交叉匝道是重要的公路設(shè)計內(nèi)容，匝道設(shè)計的半徑等要素直接關(guān)系著立體交叉為車輛行使提供的支持情況。如半徑越大，同時可以通行和轉(zhuǎn)彎的車輛數(shù)量就越多，也就代表立體交叉的互通性越好。在匝道半徑設(shè)計中，要從立體交叉實際情況入手，對公路規(guī)模、交通容量、地貌地形及周圍的建筑等方面進(jìn)行了解和掌握。如果處于城市當(dāng)中，周圍建筑較多，不允許進(jìn)行公路匝道的拓寬，那么公路匝道空間就非常有限，因此在半徑設(shè)計時就要盡可能控制半徑大小。在立體交叉區(qū)域的地貌方面，如果存在較大的坡度，車輛行駛時需保持較緩慢的速度，因此匝道半徑也不適宜設(shè)計過大[6]。在匝道半徑設(shè)計中，還要考慮到立體公路互通時，需要連接多少條主干線路和支干線路，如果需要連接的路口數(shù)量較多，則匝道半徑不適宜過大，避免車流在多個方向運(yùn)行時出現(xiàn)堵塞。

3.3 公路匝道環(huán)圈設(shè)計

環(huán)圈匝道設(shè)計中，要根據(jù)立體交叉整體設(shè)計方案對匝道環(huán)圈數(shù)量和位置進(jìn)行合理布置。環(huán)圈能夠解決公路交通車流擁堵問題，不同行駛方向和分流的車輛可以進(jìn)入不同的匝道圈，避免車輛改變行進(jìn)線路時造成公路堵塞。在環(huán)圈設(shè)計方面，可以通過右轉(zhuǎn)向匝道解決車輛環(huán)繞需要，也就是不采用左轉(zhuǎn)彎道，利用右轉(zhuǎn)彎環(huán)繞方式起到左轉(zhuǎn)彎作用[7]。不設(shè)計左轉(zhuǎn)彎線路，能夠最大程度避免車輛出現(xiàn)行駛方向的交叉，所有車輛都可以利用匝道環(huán)圈來改變方向。通過設(shè)計匝道內(nèi)環(huán)和外環(huán)，可以將需要向左行駛的車輛與向右行駛的車輛分隔開，向左行駛的車輛只需要沿著環(huán)圈一直右轉(zhuǎn)，繞行180°后進(jìn)入立體交叉左側(cè)公路交叉口。

3.4 公路匝道斷面設(shè)計

立體交叉匝道設(shè)計中，需要關(guān)注斷面形態(tài)。匝道斷面對于整個互通式立體交叉結(jié)構(gòu)具有顯著作用。立體交叉斷面層次越多，代表立體性越強(qiáng)，整個公路的交通支持效果越好。但立體交叉匝道斷面層次多，也表明公路整體高度更高，立體交叉設(shè)計的出入口也越多。在斷面設(shè)計中，需要考慮交通車輛的流量情況，保證公路層面與車流相匹配，避免造成空間和成本的浪費(fèi)。在斷面設(shè)計中，需要對每個層面的公路方向以及相互之間的銜接進(jìn)行把握，尤其是在立體交叉主干線與其他公路層面銜接位置，需要保持一個適當(dāng)?shù)木徠拢屃Ⅲw交叉能夠平穩(wěn)順延到各個層面。

4 公路工程中互通式立交交叉設(shè)計實際要求

4.1 分叉口設(shè)計要求

在設(shè)計交叉口時，需合理處理鼻端位置，按照豎向曲線和交通標(biāo)志等實際需求，明確具體的方向，這也是當(dāng)前設(shè)計中的重點[8]。以某公路互通式立交為例，考慮到當(dāng)?shù)氐慕煌髁枯^大，所以設(shè)計道路速度為60 km/h，設(shè)計人員利用Y 形匝道結(jié)構(gòu)，可有效避免事故發(fā)生，而且還能夠很好地提高匝道的速度。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，在設(shè)計交叉口過程中，設(shè)計人員要明確不僅要保證主線和平縱線不變，而且還要讓變速車道和匝道相接，并且在具體劃分中要明確主線，或者按照道路交叉的方法來進(jìn)行有效處理。

4.2 單喇叭形互動設(shè)計

在高速路匝道進(jìn)出口，其中一條道路和被交道路處于平交，這樣做的目的是處理車流量和轉(zhuǎn)向問題[9]。從當(dāng)前的實際情況看，這種結(jié)構(gòu)能夠配合交通標(biāo)志有效緩解車輛通行問題，保證互通式交叉設(shè)計合理。在平交口設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需了解交通交叉點的問題，并針對可能出現(xiàn)的問題加以模擬，以此保證車輛正常運(yùn)行，可以適當(dāng)增加交叉口寬度。

憑借現(xiàn)有經(jīng)驗看出，單喇叭互通方法的針對性更強(qiáng)，能夠根據(jù)實際的公路等級來進(jìn)行具體分析，可注意駕駛?cè)藛T的視野問題，保持整條路線通暢、協(xié)調(diào)。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員需重點關(guān)注的問題包括匝道和主線交角、內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)等。以匝道和主線交角為例，在以往設(shè)計中采取斜交的方法較合理，優(yōu)點是能很好地提高主方向的交通能力，減少2 條匝道，還能更好地提高道路的通暢性[10]。與此同時，在匝道通過主線時如果采取正交方法，駕駛?cè)藛T會受到自身視野的影響，不能夠及時判斷接下來的車輛情況，這樣就會增加交通隱患的發(fā)生；如果調(diào)整主線匝道方向，能誘導(dǎo)駕駛?cè)藛T作出正確的行為，及時轉(zhuǎn)彎。

4.3 設(shè)計要具有前瞻性

在施工后互通式立交結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變，所以設(shè)計過程中需充分考慮，避免因規(guī)模結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致后續(xù)使用時出現(xiàn)問題，增加維修管理難度。在具體設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)按照線形指標(biāo)變化來進(jìn)行設(shè)計，使駕駛?cè)藛T感覺到舒適[11]。在進(jìn)行互通式立體結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，按照2 條交叉道路的規(guī)劃、等級來進(jìn)行合理分析。正常情況下一般只分析渠化T 形和加鋪交叉，因此設(shè)計人員應(yīng)盡可能考慮各個方面，比如收費(fèi)廣場和平交位置，要注意參數(shù)設(shè)計，保證道路能夠正常合并流，確保車輛安全通行[12]。比如，在設(shè)計某公路過程中，將平交匝道由4 條改為2 條車道，然后再進(jìn)入平交，這樣的方法不僅能有效減少成本，而且也能為后續(xù)的擴(kuò)改提供基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

公路工程中互通式立交公路設(shè)計是現(xiàn)代公路發(fā)展的重要基礎(chǔ)。通過互通立體交叉加快公路之間的交通快速轉(zhuǎn)換，避免發(fā)生公路交通擁堵。進(jìn)行立體交叉設(shè)計時，需根據(jù)公路實際情況，采用科學(xué)合理的設(shè)計思路和方法，保證車流安全高效通行，提高現(xiàn)代交通工程整體水平。