城市道路快速化改造中的掉頭設(shè)計(jì)策略及案例

高旺生

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市道路快速化改造的項(xiàng)目逐年增多，改造方法多種多樣。有直接提升等級(jí)為快速路的；有保持原有道路等級(jí)，采用增設(shè)跨線橋或下穿地道，或改紅綠燈路口為右進(jìn)右出路口等方式的。其中，改為右進(jìn)右出路口的方式有一定的弊端，因?yàn)橛行┍桓牡牡缆妨髁窟€不小，采用一封了之、不管不顧，并不合適，另外，有些被改的道路是沿線居民長(zhǎng)期習(xí)慣的出行路線，簡(jiǎn)單粗暴地改為右進(jìn)右出，是不負(fù)責(zé)任的做法。且容易引起沿線居民的強(qiáng)烈反對(duì)，阻撓施工。因此，需要在一定程度上考慮被改道路原有的直行、左轉(zhuǎn)以及主路左轉(zhuǎn)進(jìn)入被改道路的需求。這就需要用到掉頭口的設(shè)置。由于快速路不允許設(shè)置掉頭口，因此本文僅討論仍維持城市主干路等級(jí)的道路改造中的掉頭設(shè)計(jì)。

1 掉頭設(shè)計(jì)策略

1.1 判別掉頭需求

1.1.1 掉頭交通需求量概略分析

為了讓主路直行方向快速通行，常常將小型路口改為右進(jìn)右出。但若小型路口直行、左轉(zhuǎn)及主路左轉(zhuǎn)流量總和達(dá)到一定數(shù)值（經(jīng)驗(yàn)取值約500 pcu/h），需考慮一部分基本沿原路線行駛的剛性需求（各地不同，根據(jù)廣東東莞的經(jīng)驗(yàn)，一般占總和的20%左右），應(yīng)考慮設(shè)置掉頭口。

1.1.2 是否為唯一的出路或繞行很遠(yuǎn)

有時(shí)候小型路口交通量很小，但為進(jìn)出該地塊的唯一出路，附近無(wú)其他道路可繞行到達(dá)，或者繞行距離過(guò)大（經(jīng)驗(yàn)取值約4 km），也應(yīng)考慮設(shè)置掉頭口。

1.2 掉頭口的設(shè)計(jì)

1.2.1 掉頭口位置選擇

掉頭口位置一般可結(jié)合紅綠燈路口設(shè)置。若紅綠燈路口距離較遠(yuǎn)，也可提前在路段中間設(shè)置。一般需要離開(kāi)擬封閉的小型路口100～300 m，以便于車(chē)輛從外側(cè)逐步變道至內(nèi)側(cè)掉頭車(chē)道。另外，城市立交匝道有的也可作為天然的掉頭口使用，不必增加多余的掉頭口。

1.2.2 掉頭口專(zhuān)用車(chē)道、紅綠燈等的設(shè)計(jì)

當(dāng)在路段設(shè)置掉頭口時(shí)，為避免等候掉頭車(chē)輛影響后方車(chē)流通行，應(yīng)設(shè)置掉頭等候及蓄車(chē)專(zhuān)用車(chē)道。另外，當(dāng)車(chē)輛掉頭后進(jìn)入對(duì)向車(chē)道時(shí)，可能會(huì)影響對(duì)向的直行快速車(chē)流，也應(yīng)設(shè)置等待駛?cè)氲膶?zhuān)用車(chē)道，以提高安全性，但若掉頭口設(shè)置紅路燈或與鄰近紅綠燈聯(lián)動(dòng)的除外。

2 案例分析

2.1 項(xiàng)目概況

莞太路（鴻福路—東莞大道）快速化改造工程，位于廣東省東莞市，起點(diǎn)為鴻福路，終點(diǎn)為東莞大道，道路全長(zhǎng)約7 km。按當(dāng)?shù)乜傮w規(guī)劃，道路等級(jí)為干線性主干路，現(xiàn)狀限速為60 km/h，道路紅線寬60 m?，F(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車(chē)道為雙向八車(chē)道，橫斷面形式有兩塊板（人非共板）和四塊板兩種斷面。

2.2 掉頭總體方案布置

根據(jù)交通流量采集與分析，該段道路的三條相交道路——阜東路、眾利路、廣彩路，直行、左轉(zhuǎn)及主路左轉(zhuǎn)流量總和相對(duì)較小。因此，在道路總體設(shè)計(jì)方案中定為由紅綠燈路口改為右進(jìn)右出路口。為滿(mǎn)足三條道路掉頭需求，掉頭方案初步布置是：在每個(gè)交叉口前后路段中各設(shè)置一個(gè)逆時(shí)針單向掉頭口（其中阜東路流量較小，其南側(cè)掉頭口與車(chē)站路紅綠燈掉頭合并），掉頭口距離各路口約200 m 及以上，具體如圖1 所示。

圖1 中的環(huán)城西路和本工程相交處為立交，初步方案中的廣彩路南側(cè)掉頭口和眾利路北側(cè)掉頭口均進(jìn)入了該立交范圍，且掉頭處縱坡較陡，會(huì)影響到立交車(chē)流運(yùn)行，且有安全隱患。因此，綜合考慮后，決定取消這兩個(gè)掉頭口。其掉頭可選擇廣彩路北側(cè)掉頭口或通過(guò)環(huán)城西路立交左轉(zhuǎn)匝道然后通過(guò)一個(gè)地面掉頭道路來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，阜東路北側(cè)掉頭口交通需求很小，為避免過(guò)多掉頭影響主線車(chē)流，決定取消該掉頭口。其掉頭可選擇廣彩路北側(cè)掉頭口或通過(guò)環(huán)城西路立交掉頭。于是，該段道路最終掉頭方案布置如圖2 所示。

這樣，掉頭布置方案得到了簡(jiǎn)化和優(yōu)化。其中，眾利路南側(cè)掉頭口予以保留，是因?yàn)榇颂幍纛^需求較大，且避免廣彩路南側(cè)掉頭過(guò)遠(yuǎn)。

2.3 掉頭處詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.3.1 詳細(xì)設(shè)計(jì)需確定的參數(shù)

掉頭口的平面設(shè)計(jì)包括設(shè)置專(zhuān)用進(jìn)出口車(chē)道（眾利路南側(cè)掉頭口）和不設(shè)置專(zhuān)用進(jìn)出口車(chē)道（廣彩路北側(cè)掉頭口）兩種。后一種相對(duì)簡(jiǎn)單，以下針對(duì)前一種做一下詳細(xì)說(shuō)明，其平面圖布置如圖3 所示。

圖3 掉頭口平面設(shè)計(jì)

圖3 中B 為車(chē)道寬度，包括駛?cè)氲纛^口和駛出掉頭口兩種車(chē)道寬度，可參考立交的變速車(chē)道寬度，并結(jié)合掉頭車(chē)輛類(lèi)型來(lái)選用。該工程路段掉頭僅允許小汽車(chē)通行，因此，掉頭車(chē)道寬度均取3.5 m。

另外，圖3 中r0（掉頭車(chē)道內(nèi)半徑）、W（掉頭開(kāi)口長(zhǎng)度）、L1（加減速車(chē)道長(zhǎng)度）、L2（漸變段長(zhǎng)度）、L3（與被封閉小型路口的距離），均需通過(guò)相應(yīng)計(jì)算確定，詳述如下：

2.3.2 掉頭車(chē)道內(nèi)半徑r0 及掉頭開(kāi)口長(zhǎng)度W 的確定

參考《車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ 100—2015）[1]，掉頭半徑和寬度的相關(guān)圖示（見(jiàn)圖4）及計(jì)算公式如下：

圖4 掉頭車(chē)道內(nèi)半徑和開(kāi)口長(zhǎng)度計(jì)算圖示

掉頭車(chē)道內(nèi)半徑r0= r-y

掉頭車(chē)道外半徑最小值R0= R+x

掉頭口的最小開(kāi)口長(zhǎng)度W = R0-r0

式中：r1為機(jī)動(dòng)車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑；L 為軸距；b 為機(jī)動(dòng)車(chē)寬度；n 為前輪距；d 為前懸尺寸；x、y 為安全距離。

以下根據(jù)部分機(jī)動(dòng)車(chē)機(jī)械性能參數(shù)平均值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 掉頭車(chē)道參數(shù)及計(jì)算結(jié)果 單位：m

根據(jù)以上計(jì)算并取整，該工程小型車(chē)掉頭車(chē)道內(nèi)半徑r0取值3.0 m，即中央分隔帶寬度取值6.0 m。由于現(xiàn)狀道路橫斷面寬度有限，不宜增加中分帶寬度。因此，將掉頭開(kāi)口長(zhǎng)度由3.54 m 增加至6.0 m，以提供足夠回轉(zhuǎn)空間，并防止車(chē)輛擦碰中央分隔帶。

2.3.3 加減速車(chē)道L1 的確定

加減速車(chē)道長(zhǎng)度受起點(diǎn)車(chē)速、終點(diǎn)車(chē)速、加速度、減速度、平面線形、縱坡度、車(chē)道寬度等影響，本工程為城市道路中的小型車(chē)輛掉頭，因此后三種影響相對(duì)較小，暫不考慮。

加速車(chē)道長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：

式中：v0為起始速度，取值0 m/s；v1為加速終點(diǎn)速度，取值16.7 m/s（即60 km/h）；a 為加速度，取值1.5 m/s2。

由上式計(jì)算得到加速車(chē)道L1長(zhǎng)約93 m。

同理，將上述公式中的v1和v0互換，且將減速加速度a 取值為2 m/s2，即可得到減速車(chē)道L1長(zhǎng)約為70 m。

綜合考慮，減速車(chē)道有一定的蓄車(chē)功能，因此將加減速車(chē)道按較長(zhǎng)的來(lái)考慮，取整并加長(zhǎng)至為108 m（預(yù)估可排隊(duì)約18 輛小汽車(chē)）。

2.3.4 漸變段L2 的確定

加減速漸變段長(zhǎng)度本可以按照3 s 移動(dòng)一條車(chē)道來(lái)計(jì)算，即

式中：v1為行駛速度，取值16.7 m/s。

但因?yàn)楸竟こ淘黾訂为?dú)的左出左入式的加、減速車(chē)道，增加了橫斷面寬度，導(dǎo)致現(xiàn)狀主線單向四車(chē)道向外側(cè)推移。為保證主線車(chē)輛通行安全與流暢，需將主線車(chē)輛流線做適當(dāng)漸變。

根據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線第3 部分：道路交通標(biāo)線》（GB 5768.3—2009）[2]和《城市道路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置規(guī)范》（GB 51038—2015）[3]中規(guī)定：路面（車(chē)行道）寬度漸變段標(biāo)線用于路寬或車(chē)道數(shù)發(fā)生變化時(shí)，提示駕駛員應(yīng)謹(jǐn)慎行車(chē)，并禁止超車(chē)。本工程車(chē)輛掉頭后進(jìn)入主線時(shí)，單向車(chē)道數(shù)由5 條變成4條，與上述規(guī)范中情況相似。因此參考其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：V 為設(shè)計(jì)車(chē)速，取值60 km/h；W 為變化寬度，取值4 m。

計(jì)算結(jié)果是漸變段L2長(zhǎng)約93 m。

綜合考慮，路面寬度漸變段也按此進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.5 與被封閉小型路口的距離L3 的確定

掉頭車(chē)輛匯入左側(cè)第一條車(chē)道后，若要進(jìn)入被封閉小型路口，仍需變道3 次才能進(jìn)入該路口，因此需要有足夠的距離供其變道。該段距離包括3 次變道距離（每次按3 s 考慮）和3 次車(chē)道保持距離（每次按2 s 考慮），具體計(jì)算如下：

式中：v1為行駛速度，取值16.7 m/s。

計(jì)算結(jié)果是漸變段L3長(zhǎng)約250 m。

3 其他相關(guān)問(wèn)題

3.1 改紅綠燈路口為右進(jìn)右出路口要慎重

改為右進(jìn)右出路口使主線交通更快速高效，但同時(shí)對(duì)小型路口有一定的影響，機(jī)動(dòng)車(chē)可以采用繞行方式解決。只要繞行距離不要過(guò)長(zhǎng)，一般問(wèn)題不大。行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)交通往往是影響改為右進(jìn)右出是否可行的主要因素。對(duì)于行人，可采取新建過(guò)街天橋的形式來(lái)解決。對(duì)于自行車(chē)，可采取結(jié)合梯道設(shè)置推行坡道來(lái)解決。對(duì)于電瓶車(chē)，推行相對(duì)費(fèi)力，則較難解決，有時(shí)候成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，有條件的可設(shè)置騎行坡道或非機(jī)動(dòng)車(chē)道電梯。

除了上述采用相應(yīng)設(shè)施解決外，加強(qiáng)與相關(guān)社區(qū)和居民的溝通，取得他們的理解和支持，有時(shí)候是是否可行及順利實(shí)施的關(guān)鍵。

3.2 掉頭口是否設(shè)置信號(hào)燈

一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有設(shè)置專(zhuān)用加速車(chē)道時(shí)，應(yīng)設(shè)置信號(hào)燈，以控制掉頭車(chē)輛與對(duì)向直行車(chē)輛的沖突，但若掉頭流量或直行流量較小時(shí)，也可不設(shè)信號(hào)燈，但應(yīng)保證兩者之間的通視較好，滿(mǎn)足視距要求。

對(duì)于設(shè)置了專(zhuān)用加速車(chē)道的掉頭口，通?？刹辉O(shè)置信號(hào)燈，以保證通行高效。但若主線進(jìn)行了快速化提升，通行速度較快時(shí)，則應(yīng)在主線和掉頭口處均設(shè)置黃閃燈，以提醒主線車(chē)輛和掉頭車(chē)輛，前方有車(chē)并入，注意避讓。

4 結(jié)語(yǔ)

城市道路快速化改造中的掉頭口設(shè)置應(yīng)盡量利用前后紅綠燈路口（例如：主路采用地道下穿或橋梁上跨時(shí)的地面平交口）設(shè)置。當(dāng)然，有條件的話(huà)，也可采用空中掉頭車(chē)道。

當(dāng)以上均較難實(shí)施而必須采用地面的路段掉頭口時(shí)，應(yīng)選用有加減速車(chē)道的掉頭口。但此種掉頭口也有一定的局限，其類(lèi)似快速路中的左出左進(jìn)，而非習(xí)慣的右出右進(jìn)。因此，駕駛?cè)藛T需要有一定的適應(yīng)期。采用該種掉頭口，除應(yīng)計(jì)算好加減速車(chē)道長(zhǎng)度、與改為右進(jìn)右出路口的距離等參數(shù)外，還要做好標(biāo)志、標(biāo)線、防撞等安全設(shè)施設(shè)計(jì)，以及適當(dāng)?shù)奶崾拘盘?hào)燈等設(shè)計(jì)，以確保掉頭車(chē)流的安全交織和行駛。

另外，本文對(duì)掉頭口通行能力的研究還較欠缺。掉頭口的通行能力除了與道路平面、縱斷面、車(chē)道寬度、車(chē)輛性能、駕駛水平等有關(guān)外，還與主線交通量大小、分布等有關(guān)，尤其后面兩者對(duì)掉頭口通行能力的影響較大，有待進(jìn)一步研究。