城市互通立交改造设计方案探析

沙炳旭

广东省深圳市

  518000

摘要：随着社会的快速发展、城市化进程的加快，我国交通运输事业蓬勃发展，很多国省干道逐渐被城市所包围，道路功能发生较大改变，公路的城镇化改造提上议事日程，其中道路互通立交节点的改造方案值得探讨与研究，既要节约用地，又要满足交通功能需求。

关键词：城市互通立交；改造设计；方案探析

引言

随着社会经济的迅速发展，城市交通需求不断增长，城市市区高峰时段交通拥堵严重。城市道路的提升改造将很大程度上缓解交通压力，提高城市活力，作为交通转换既有互通立交节点的改造方案应重点进行研究。由于市区用地空间、规划路网布局以及建设投资的限制。如何减少既有互通立交改造的占地拆迁，节约工程投资直接决定着项目的可实施性。

1.互通立交的安全影响因素

互通立交可以短时间内把高速公路主线上的车辆进行有效的集散，所以也造成了互通立交路段的交通安全事故频发。根据我国交通部门对互通立交各个部分发生事故数量的统计可知，匝道出入口处、加 速车道、减速车道、被交道与匝道交叉口等大部分交通事故都集中在这些位置。立交类型与布局、车道连续性、平纵线形指标、交通控制、视距条件、通行能力、匝道分合流组织、速度差异化等是互通立交影响交通安全的主要因素。互通立交在道路的设计阶段应该做好充分的调研工作，尽量精准的预测公路通车后的交通量，整体性合理规划互通立交的布局。为了避免正常行驶车辆间的冲突和交通流的交织，应该尽量保证相邻的互通的进出交通流的独立性，尽量做到不相互干扰，给行驶车辆提供足够的安全距离，避免驾驶员的失误操作。如果相邻的互通安全间距不够的情况下为了保证公路交通的顺畅，可以设置辅助车道或者组合式互通等。高速出口、入口处的变速车道平纵线形特征会影响到公路上正常行驶的车辆，车辆驶出高速一般都是在看到出口标识后开始减速，当车辆的行驶速度降到匝道允许行驶速度后驶入匝道行驶。所以当出现出口标识不明确、减速车道线形指标过低等情况时，会给正常行驶的车辆造成极大的安全隐患。车辆驶入高速一般都是通过加速车道进行加速，在车辆速度达到主线允许的行驶速度后，在确保安全的情况下驶入主路，但是刚驶入主路的车辆车速一般都低于其他车辆，所以加速车道长度与通视条件也直接影响车辆的安全行驶。互通立交的设计不能只单单满足其中一项或者几项特征要求，要综合考虑互通立交的特征要素，要做到特征要素的协调统一，才能为交通的安全性提供可靠的保证。

2.减速车道长度

减速车道作为连接主线和匝道的附加车道，是高等级公路的重要组成部分，其长度也是匝道设计的重要指标。驶出高速公路的车辆，均需通过减速车道驶入匝道，完成方向转换。在此过程中，车辆需完成车道变换并降速至与匝道相适应的车速，这导致减速车道成为互通范围内最容易发生交通事故的路段。中国现行规范将减速车道分为平行式与直接式，虽然平行式减速车道车道划分明确，方便行车辨认，但考虑车辆行驶在平行式减速车道时，行驶轨迹呈“S”形，增加驾驶人操作，且驾驶人在变道过程中更希望方向明确的直接行驶出车道，故减速车道更适合采用直接式。

考虑到国内行业规范中对减速车道设计的相关规定与国外规范有所不同，一些学者将国内外减速车道长度规定值及其计算方法进行了对比分析，从而找到适合中国情况的减速车道计算方法。马对比国内外规范的减速车道计算方法，结合车辆驶出主线的减速过程计算得到减速车道长度，并按照匝道设计速度进行分类，建议以匝道设计速度为划分依据，对减速车道长度进行分类规定。

随着互通立交研究的不断深入，诸多学者在前人基础上，分析减速车道长度的影响因素，从不同的角度切入，得到了减速车道相关几何指标的研究成果。分析得到了出口匝道的事故特征，基于驾驶人对标志的识别过程，提出主线约束型出口的识别视距值应根据不同的主线、匝道设计速度进行规定。对减速段车辆减速过程进行分析，得到了直接式双车道减速车道长度及渐变率的推荐值，一定程度上建立了减速车道长度与流出角的关系。通过构建二自由度汽车模型，分析得到不同交通条件下高速公路出口匝道车辆安全分流区间界定模型，为高速公路出口匝道指示标识及相关设施的位置设置提供了参考依据。

为了验证模型效果的适用性，一些学者基于二次减速理论，计算得到了以主线和匝道速度为分类标准的减速车道长度推荐值。指出现行规范减速车道最小长度推荐值不合理，通过分析国内外车辆运行数据，基于二次减速理论及三角渐变段长度，建立减速车道长度计算模型，研究表明：该模型计算的设计速度为120km/h的直接式单车道减速车道长度合理，可作为《公路路线设计规范》的补充。对减速车道设计过程中的主要参数进行说明，以二次减速理论为基础，建立了减速车道长度计算模型，计算得到主线设计速度分别为80，100，120km/h，匝道设计速度为30~80km/h对应的直接式双车道减速车道长度推荐值。

中国《公路路线设计规范》中仅根据主线设计速度规定减速车道长度，并未将匝道设计速度作为减速车道长度的分类依据，即在匝道设计速度取值不同时，减速车道长度规定值相同。而在实际行驶过程中，车辆的减速距离很大程度上和主线与匝道设计速度的差值相关，按照当前《公路路线设计规范》中的选取方法进行长度规定，并未考虑主线与匝道速度差的减速要求。对比日本规范，中国规范中减速车道长度取值相对保守，而对比美国规范，中国规范的问题在于，当主线设计速度较高时，减速车道长度较短，安全性有待检验；当主线设计速度较低时，减速车道长度较长，存在资源浪费情况。为解决这个问题，国内学者基于车辆运行特性，深入研究主线车辆驶入减速车道的运行过程，并以此为依据计算得到了一系列减速车道长度推荐值，虽推荐值的可取性有待进一步验证，但各位学者均提出，减速车道长度应根据匝道设计速度进一步划分。对于车辆在减速车道上的减速过程，中国车辆运行特性可用二次减速理论进行描述，此理论可作为减速车道长度研究的基础。诸多学者在此基础上优化了不同主线设计速度下的减速车道长度推荐值，并对不同匝道设计速度的减速车道长度进行了划分，但基于二次减速理论针对不同减速车道类型，以及不同纵坡、横坡条件下的减速车道长度还有待进一步研究。

3城市互通立交改造设计方案探析

3.1合理预测交通量

交通流量预测是立交设计的理论基础，交通量可采用定性与定量方法相结合。定性的方法即结合城市总体规划中道路的规划等级，分析论证相交道路在城市规划路网中承担的交通功能以及转向交通中主要交通流和次要交通流，为匝道布线提供理论支撑。定量的方法即交通量预测，通常城市立交的交通量预测来源于城市路网规划和交通规划，对于无交通规划或规划相对滞后的城市，就需要根据城市总体规划确定的城市空间结构和发展战略，并结合城市自然山水和土地利用布局调查、经济调查、OD调查等一系列调查分析进行交通量预测。交通流量预测采用四阶段法预测，包括社会经济发展预测、出行生成量预测、交通分布预测、方式划分和交通分配几个步骤。由此可以得到未来年的机动车 OD 矩阵，将预测交通量分配到未来年路网模型，即可得到未来年高峰小时机动车流量分配图。

3.2合理设计辅路、人非系统

城市立交的辅路系统不仅方便周边居民出行，而且是主路系统的集散道路，疏解主路的到达交通，同时是部分互通立交转换交通的道路。辅路系统的设计是否合理科学，关乎主路是否能通行顺畅。辅路系统断面车道数布置应与辅路交通量预测相匹配，交叉口形式根据相交道路形式选择。十字相交的道路多采用十字平面信号交叉口，多路交叉的立体交叉辅路系统多采用环形交叉口。主路系统设计时要考虑地面辅路系统的设置空间，主辅设计应互相兼顾，既保证主线的指标，又保证辅路行驶的方便。洛阳市翠云峰立交为五路交叉枢纽立交，地面辅路采用环道交叉口形式，所有相交道路与环道采用右进右出形式，交通流线顺畅，充分利用了大型复杂立交的桥下空间。唐寺门立交桥下地面空间紧张，辅路设置十字形平交口，交通组织清晰，通行效率较高。环岛交通组织形式与十字形组织形式比较：环岛交通组织形式弊端较明显，立交桥下往往视距不良，转向交通交织段不足时，易发生交通事故，且进出环岛路口样式都极为相似，很难辨别方向，容易迷路；地面辅路系统采用十字交通信号灯交通组织方式，与常规信号灯路口无异，符合驾驶人行驶习惯，转向交通流线清晰、易识别，且通行效率最高。人非系统设计在城市立交设计中同样需要关注。结合辅路系统设计人非系统，人非系统应顺畅连续，路口设置人行横道及无障碍设施。

4.匝道坡度确定

互通立交匝道坡度对行驶车辆的安全性、经济能耗性、互通规模等都有重要影响，需作为重要控制参数深入研究。

4.1行驶速度对匝道坡度的影响

立交匝道的纵坡设置应尽可能地平顺缓和，纵坡取值不应大于极限值。纵坡极小值要满足立交桥面排水的要求。从行车安全性及舒适性的角度出发，匝道坡度的变化速率不能过大，以3s行驶时间为限较好，并且要充分考虑与前后竖曲线的连接关系。目前国内对纵坡特性的研究主要基于小型车与大型车在不同纵坡情况下的行驶速度，不同纵坡对小型车的影响较小，2%的纵坡和3.5%的纵坡情况下，行车速度基本没有较大变化，但圆曲线处车速略高于运行速度；针对大型车辆，下坡速度明显高于上坡速度，且在圆曲线处的车速在下坡过程中变化最明显。由此可知，匝道纵坡无法控制小型车的行驶车速，对大型车的影响更大，大型车的车速在圆曲线半径处会有明显的约束作用。所以将道路纵坡控制在2%～4%是十分合理的。

4.2车辆耗能与匝道坡度的关系

最大纵坡在能源节省和环境可持续发展方面有重要意义。道路运输是我国经济发展中的重要一环，每年石油消耗量巨大，因此道路设计时考虑经济实用性十分必要。目前，国外道路设计纵坡取值大于3%时就要进行专题研究以及十分严苛的环保论证。根据汽车油耗与道路纵坡取值关系的研究成果，通过对不同坡度时货车的油耗估算得到纵坡与油耗的关系：纵坡每提高1%，每吨公里的油耗增加幅度很大，因此坡度是影响汽车油耗的重要因素。实际工程设计时，可以在匝道入口下坡处和匝道出口下坡处适当增加纵坡取值，但增加纵坡要进行论证，保障大型车与小型车的行车安全性。

5.主线坡度确定

互通立交主线坡度对驾驶人员在出入口处提高辨认性、车道改变安全性方面有重要影响。一般而言，互通立交的主线平面及纵面参数指标明显高于正常路段的设计标准，主要包括平曲线半径、横纵坡、竖曲线半径等。合理选取主线平纵特性对于提高总体线性与主线行车安全方面有重要意义。互通立交主线纵坡设置原则要保证视距及主线接口车辆正常运行，变速车道线形平顺、主线和匝道的视距较好可以提高车辆通行的顺畅度。当主线出口减速车道位于主线段下坡，或者主线入口加速车道位于主线处上坡时，要严格控制主线最大纵坡，同时要考虑变速车道长度是否需要修正等因素。目前，国内互通立交主线纵坡常取为2%～5.5%。

6.立交出入口安全评价

6.1事故统计法

事故统计法是以事故数据为基础，以数据分析与数据建模为技术手段，研究事故特点并进行分类，得到事故发生的时间、空间规律的方法。这种方法应用于互通立交安全评价领域，可以得到事故率与出入口间距、匝道流出角、变速车道长度、出入口平纵线形等因素之间的内在联系，对现有的事故预测模型和结论进行验证与完善，为互通式立交出入口的安全性分析提供依据。

6.2层次分析法

层次分析法是在分析问题后，将影响决策的元素进行分解，以元素内部联系为依据形成由目标、准则、方案等层次组成的多层次结构模型，从而实现定性和定量分析的决策方法。由于互通立交十分复杂，涉及人、车、路、环境、运营等因素，且各因素相互作用，共同影响互通立交的安全运行，采用层次分析法划分互通式立交出入口安全影响因素，对评价指标进行赋权，有助于解决互通式立交出入口安全系统评价指标分层交错，多个影响因素难以定量描述的问题。

互通式立交出入口的通行特点决定了在此区域内，驾驶人与道路条件及环境之间的相互关联更加紧密，行车条件更为复杂。立交出入口路段在高速公路全路段中占极小的比例，但事故率却占有较高的比重，针对此区域特点采用层次分析法系统构建评价指标体系，分析过程清晰明确，具有较好的逻辑性，但评价结论的准确性并不能得到较好的保障。在评价过程中，不同研究者对评价指标的选择及层次划分标准不同，赋权方法的不同也对评价过程产生影响，不同的研究者同时选用层次分析法进行评价时结论不一致，主观性较强；在互通式立交安全性评价时多从整体出发，对局部路段，特别是出入口位置的考虑不够全面，无法准确识别危险路段，难以成为工程应用的主要手段。

结语

城市立交是一项非常复杂的系统工程，在设计之初应进行大量的调查研究，不仅需要与城市总体规划、交通规划、土地规划对接，在规划条件下，采用合理的交通预测方法对远期交通量进行精准预测，使设计年限末期满足要求的服务水平，同时还要摸清现状地下、地上、周围环境等边界条件，在有限的空间内合理布设桥墩、管线，并满足一定的安全距离要求。在满足远期交通的前提下，要调查周边地块的出行需求，合理设置辅路、人非系统，合理渠化辅路交叉口交通，结合主线需集散的交通量论证辅路的宽度，满足主线快速疏解交通的需求。总之，城市立交在设计时必须做到调查全面、预测精准、合理取舍，不断优化设计方案，最终提出技术可行、环境协调、经济合理的最优方案。

参考文献

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