匝道横断面宽度及加宽位置研究

邱豪杰

摘要：随着高速公路里程规模的不断扩大、路网密集程度的逐步增加及全国各地汽车保有量的迅速攀升，互通式立体交叉(以下简称互通)的数量也不断增加，互通范围内的交通拥堵现象也越发突显。匝道作为互通交通转换连接通道，是供互通上、下相交道路转弯车辆行驶的连接道，其横断面设计制约着高速公路功能的发挥，各匝道横断面宽度的布置已经成为选型和设计时必须要考虑的重要因素。因此，匝道横断面宽度的设计备受关注，成为重要的研究内容之一。

关键词：匝道；横断面宽度；加宽位置

引言

我国的立交建设起于20世纪70年代初，着力解决城市交叉口的交通问题。随着我国国民经济的迅速发展，高等级公路和城市道路的大力建设，汽车保有量的急剧增加，立交建设作为解决交通拥堵问题的重要方式得到了广泛的应用，立交设计技术日臻完善。然而，匝道横断面组成作为立交设计中的一个重要的因素近年来研究甚少。

1匝道横断面宽度现存问题

1.1不满足现行规范规定的要求

根据现行《公路路线设计规范》(JTGD20—2017)(以下简称17年版《路线规范》规定)，单车道匝道路基宽度为9.0m，对向分隔式双车道匝道路基总宽度为16.5m，其中车道宽度3.5m，右侧硬路肩宽度3.0m，左侧硬路肩宽度1.0m(对向分离双车道路缘带宽度0.50m)，土路肩宽度0.75m。《公路立体交叉设计细则》(JTGD21—2014)(以下简称《设计细则》)规定与现行17年版《路线规范》一致。但1994年版和2006年版《路线规范》单车道匝道路基宽度为8.5m，对向分隔式双车道匝道路基总宽度为15.5m，其中车道宽度3.5m，右侧硬路肩宽度2.5m，左侧硬路肩宽度1.0m(对向分离双车道路缘带宽度0.50m)。已建高速公路互通式立交单车道匝基本上都是执行1994年版或2006年版《路线规范》规定，所以单车道匝道宽度已不满足现行规范规定的要求。

1.2超宽超长车辆剐蹭防撞护栏的交通事故越来越多

根据《车辆限值》)规定，允许上路的货车列车长度为22m，而《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)(简称03年版《标准》)最长鞍式列车16m，《公路工程技术标准》(JTGB01—2014)(简称14年版《标准》)最长铰接列车18.1m。随着物流市场的迅速发展，越来越多符合现行《车辆限值》规定的超宽、超长半挂车辆在互通立交匝道上通行，由于匝道圆曲线半径较小，特别是环形匝道，因加宽不足，使超宽、超长的车辆在单车道上即使低速行驶，也易与防撞护栏发生碰擦、剐蹭、侧翻等事故，不仅增加了养护成本，而且引发重大交通事故。

2仿真验证

为了验证匝道宽度的合理性，利用高仿真驾驶模拟试验平台展开试验研究。选取10名驾驶员，分别在3.00，3.25，3.75，3.85m的匝道上以不同设计速度驾驶，并记录其驾驶过程中偏离匝道中线的距离，如果匝道宽度不够宽，则驾驶员有可能在过弯时冲出匝道路面宽度范围。试验中模拟道路场景为单一匝道路段，未来可考虑研究复杂场景下(存在线形组合、交通流)匝道宽度与驾驶行为的关系，匝道半径为在不同的设计速度下《公路路线设计规范》(JTGD20—2017)(以下简称《规范》)中所允许的最小半径。试验模拟平台使用日本Forum8公司开发的UC-win/Road控制软件。驾驶模拟器的有效性系统测试证明该模拟器的仿真度可满足研究需要。当研究对象为大型车，匝道宽度为3.75m时，允许范围内的最大行车轨迹与车道中线偏移量为0.6m。当匝道宽度为3.85m时，允许范围内的最大行车轨迹与车道中线偏移量为0.65m。随着速度逐渐增大，行车轨迹与车道中线偏移量呈递增的趋势，而且随着速度增大，增势逐渐变缓。试验结果中，偏移量的最大值均未超过允许范围内的最大偏移量。

3匝道横断面加宽位置

3.1车辆转向理论研究

3.1.1车辆转向和转动半径

一般地车辆的后轮与后轴成直角安装，车辆在行驶中靠前轮来实现转向。车辆前轮的各轴中心线的延长线和后轴中心线的延长线交汇在车辆转动半径的圆心上，即前轮各轴将会以各自的不同的角度α和β转动。因此，车辆的转向架之间也不是相互平行的，形成一定的角度，这个方向的交点为O点(如图1所示)。

图1车辆的转向与转动半径

图1中l为车轮间距(假设前后轮间距相等)，R为行车道中心半径，R1为前轴外侧轮的回转半径，R'1为后轴外侧轮的回转半径，w为轴距，R2为前轴内侧轮的回转半径，α为前轴外侧轮的转向角度，R'2为后轴内侧轮的回转半径，β为前轴内侧轮的转向角度。R1，R'1，R2，R'2计算式分别为:

(1)

式中， 。

3.1.2圆曲线路段车轮及车体的轨迹

车辆在圆曲线部分行驶时，前轮与后轮的行驶轨迹不同(如图2所示)。一般的车辆转向是靠前轮完成的，后轮跟随前轮行驶，前轮转向半径比后轮大。因此，在圆曲线段为了不使后轮脱离道路，应在直线段车轴的宽度基础上增加内外轮轨迹差值w0。

图2车轮及车体行驶轨迹

图2中B为车辆的宽度，L为车辆的长度，Rm为外侧圆曲线半径，Ri为内侧圆曲线半径，w'0为车体内移值。由图9可知:

w0=R1－R'1=w(cscα－cotα)(2)

式(2)是关于车轮内移值，但是对于道路的宽度必须考虑车体的轨迹，即曲线段车辆的幅度取B+w'0。所以有:

3.2加宽值计算

根据匝道的通行条件可知，匝道圆曲线路段需对各行车道分别进行加宽，匝道路面加宽值等于每个行车道加宽值之和。将大型车标准车车身尺寸代入式(2)可得到匝道行车道加宽值的计算公式:

(3)

为计算方便，取B=l，根据式(15)可分别计算出单向单车道匝道(Ⅰ型)、单向双车道匝道(Ⅱ、Ⅲ型)、对向分隔式双车道匝道(Ⅳ型)圆曲线路段车道加宽值。Ⅳ型匝道的圆曲线半径为中央分隔带中心线半径，其余为匝道外侧行车道中心线半径。通过计算，当圆曲线半径大于300m时，所需要的宽度趋近于零，因此考虑不设加宽。车辆在圆曲线段行驶时后轮转弯半径小于前轮，车轮行驶轨迹向曲线内侧偏移，故匝道圆曲线上的行车道加宽应设置在靠近圆曲线内侧，对向分隔式匝道应在曲线内、外侧分别进行加宽，路面加宽后匝道路基也需相应加宽。

结语

总而言之，当圆曲线半径大于300m时，可不设加宽。匝道圆曲线上的车道加宽应设置在圆曲线内侧，对向分隔式匝道应在曲线内、外侧分别进行加宽，路面加宽后匝道路基也需相应加宽。综合考虑匝道车道宽度和路肩宽度研究结果，提出匝道总体断面宽度推荐值。在小型车较多的路段采用本研究提出的总体断面宽度可节省用地，在大型车较多的路段也不会过多占用土地。

参考文献

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