互通立交设计中的一些问题

关于互通式立交设计应注意的一些问题朱宗余摘要有关互通式立交设计问题的文章在交通行业的刊物上刊载较多，笔者通过近几年来参加国内数百处互通式立交设计的审核、咨询，对互通式立交设计经常遇见的一些问题(如概念不清、方法不当、运用标准不灵活等)进行分析、探讨，以期与相关技术人员共勉。主题词高速公路互通式立交设计l互通式立交的间距《公路工程名词术语》(JTJo02—87)对互通式立交的间距没有作明确的解释，按照目前国内的设计习惯，一般理解为互通式立交主线与被交公路(无被交公路时与主要匝道)交叉点之间的距离。1．1间距的规定《公路路线设计规范》(JTJ011—94)P95规定：互通式立交最小间距4km、最大间距30km。最小间距是基于车辆交织和变速、设置交通标志等方面的考虑，若互通式立交间距太近，由于车辆频繁驶出和驶入，使主线外侧车道上的车辆频繁转换车道，导致车流不稳定；最大间距是基于误行车辆及公路维修、救援车辆等调头之用。此外，规范还规定：互通式立交与服务区、停车场的间距极限值3km、一般值5km，与公共汽车停靠站、隧道的间距极限值1．5km、一般值4km。《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)P30和《公路路线设计规范》(2003年9月送审稿)对互通式立交间距的规定仍为最小间距4km、最大间距30km，但条件有所放宽：受地形条件或其他特殊情况受限制时，经论证相邻互通式立体交叉的间距可适当减少，上一互通式立交加速车道终点至下一互通式立交减速车道起点间的距离(即净距离)不得小于1000m，否则应将两者合并为复合式立交；在人烟稀少地区最大间距不应超过40km，否则应在适当位置设置U形转弯设施。送审稿同时规定：互通式立交与服务区、停车区、公共汽车停靠站、隧道等重要设施之间的距离应能满足设置出口预告标志的需要。当条件受限时，间距可适当减小，但入口渐变段终点至下一个出口渐变段起点的距离不得小于1000m。按《道路交通标志和标线》(GB5768—1999)P44，高速公路出口预告标志分别设在距互通式立交出口2km、lkm和500m处。若设置3块预告标志，则一般最小净距离为2km，若只能设置1块预告标志，则极限最小净距离为500m，上述最小距离1000m就是考虑至少应能设置2块预告标志。1．2间距的控制从现有的审核、咨询项目来看，互通式立交的间距超过30km的不多，即使超过30km，也会按规范在其间适当位置设置U形转弯设施或预留互通式立交。但在我国北京、山东、江苏、上海、广东等经济发达省、市，相继出现了一些互通式立交间距小于4km甚至2km的工程实例，而且，随着我国高速公路的快速发展，路网密度越来越大，近距离互通式立交将会越来越多。对规范规定的最小间距4km不能一概而论，应作具体分析，判断的标准是看两者之间的净距离能否达到l000m。按《公路建设项目用地指标》(1999)P64统计：枢纽互通、单喇叭互通和苜蓿叶互通(或菱形互通)的计算长度分别为2500m(含辅助车道长度)、1000m和1300m。因此，结合设置出口预告标志，各种情况下的极限最小距离应分别为：单喇叭互通与单喇叭互通：1000／2十1000十1000／2＝2000m单喇叭互通与苜蓿叶互通(或菱形互通)：1000／2十1000十1300／2＝2150m单喇叭互通与枢纽互通：1000／2十l000十2500／2＝2750m枢纽互通与苜蓿叶互通(或菱形互通)：2500／2十lo00十l300／2＝2900m枢纽互通与枢纽互通：2500／2十1000十2500／2＝3500m。一般情况下，互通式立交尽可能以独立的形式存在，由于路网连接需要、或由于公路改建需要、或由于地形条件限制，必须设置近距离互通式立交时，才以辅助车道或集散道的形式将近距离互迥式立交连接起来，形成复合式立交。复合式立交的处理在送审稿中都有明确的要求。2主线及被交路线形指标从交通安全性和行车方向的易辨别性考虑，互通式立交范围内的主线平纵面指标应高于主线正常路段标准，尤其是在主线的分、合流部。，应有良好的视距及较缓的纵坡，尽量避免较大的横坡。设计中常见的问题是设计者较多地注重了匝道的设计，而往往忽视了主线及被交路线形指标是否满足规范要求，尤其以后者多见：一是互通式立交范围内的主线平曲线半径、竖曲线半径或纵坡中的某项指标小于极限值，或仅大于极限值而小于一般值(但满足正常路段标准)，《公路路线设计规范》(JTJ011—94)P96明确规定：一般情况下应等于或大于一般值，特殊情况时才可采用极限值；二是被交路(特别是已建成的高速公路)平纵面指标偏低，如果属于大于极限值而小于一般值的情况可以尽量不改，如果属于小于极限值的情况，则应以书面的形式报请业主或被交路所属管理者批准，对互通式立交范围内的被交路实行改造，但指标小于极限值的位置若避开变速车道范围也可以尽量不改。3匝道设计速度《公路工程名词术语》(JTJ002—87)P5对公路的设计速度解释为“公路几何设计所采用的车速”，对匝道设计速度没有作明确的解释。《公路路线设计规范》(2003年9月送审稿)明确指出：“匝道设计速度是指匝道中线形紧迫路段所能保持的最大安全速度。其余路段上应以与匝道中必然存在的变速行驶相适应的速度作为设计的控制值。接近自由流出入口附近的匝道部分应有较高的设计速度；接近收费站或平面交叉的匝道端部，设计速度可酌情降低”。3．1设计速度的意义一般来讲，车辆在主线互通式立交之间的正常路段保持一定的速度行驶是可能的，也是驾驶员所希望的，因此，公路的设计速度可以是一个固定值，并以此来控制公路几何设计的各项指标。如设计速度100km／h的高速公路在一定长度范围内设计速度都是一致的。车辆从高速公路进入匝道要减速，从匝道进入高速公路要加速，进入收费站要减速停车，离开收准，严格来讲设计是不合理的。尽管送审稿取消了互通式立交的分级，并将匝道设计速度类似公路一样指定为一个固定值，但匝道设计速度是在不断变化的意义并没有改变。3．2设计速度的取值同一处互通式立交，由于各个匝道形式、功能不同，允许不同的匝道采用不同的设计速度。一般情况下，右转弯匝道和半定向左转弯匝道(又称半直连式匝道)设计速度可以取主线设计速度的50一70％，环形匝道设计速度取30—40km／h。如主线和被交路设计速度为120km／h的部分苜蓿叶形十半定向匝道互通式立交，环形匝道设计速度可采用40km／h，半定向匝道设计速度可采用60km／h，右转弯匝道的设计速度可采用80km／h。4环形匝道设计环形匝道是唯一不需要修桥的左转弯匝道，造价最省，一般出现在喇叭形、苜蓿叶形及变形苜蓿叶形互通式立交中。互通式立交的最小技术指标(如最小平曲线半径、最大纵坡、最大超高等)基本上出现在环形匝道上，因此，环形匝道的设计非常重要。4．1适应交通量由于设计速度及圆曲线半径的控制，环形匝道的通行能力也往往受到了限制，但交通量到底达到多大时不能设环形匝道迄今未见权威的论证，经验做法是交通量一般控制在6000pcu／d(小客车)以内，大于6000pcu／d应考虑采用半定向匝道。但在设计中也见到过交通量大于10000pcu／d甚至18000pcu／d也采用环形匝道，应该说方案明显不合理。4．2设计速度环形匝道的设计速度是互通式立交中所有匝道中最低的，但又是决定平纵面线形设计的关键。不管是枢纽互通式立交还是一般互通式立交，《公路路线设计规范》(2003年9月送审稿)规定环形匝道的设计速度不能超过40km／h，根据主线设计速度及交通量一般采用30、35或40km／h即可。现行设计中枢纽互通式立交的环形匝道采用50km／h设计的情况比较多见，主要受互通式立交分级的影响所致。4．3圆曲线半径环形匝道半径应根据匝道的设计速度、交通量及地形等条件而定。《公路路线设计规范》(2003年9月送审稿)规定了匝道圆曲线最小半径的极限值和一般值，从行车角度考虑，半径当然越大越好，但环形匝道半径每增加一级(10km／h为一级)，环形匝道占地就会成倍增加，且车辆绕行距离增长，规模明显增大，不经济且不必要。经验做法是交通量不超过3000pcu／d取极限半径或稍大于极限值的半径，交通量在3000一6000pcM／d之间取一般半径或稍大于一般值的半径，送审稿规定：冰冻积雪地区不得采用最小半径。从现有的审核、咨询项目来看，喇叭形互通式立交的环形匝道半径取值较为适宜，但枢纽互通式立交的环形匝道半径取80、85甚至100m的情况也有，应该说是很不经济的。4．4加宽按照《公路路线设计规范》(JTJ011—94)Pl09，当单向单车道匝道圆曲线半径小于72m、单向或对向双车道匝道圆曲线半径小于47m时应对行车道进行加宽。匝道圆曲线的加宽一般出现在环形匝道上，加宽缓和段长度应与缓和曲线全长或超高缓和段长度相同。设计中常见的问题有：一是忘记了加宽；二是对向双车道的内侧行车道加宽了，而外侧行车道没有加宽；三是加宽值不是加在行车道，而是加在了硬路肩；四是按公路的双车道路面加宽值加宽。《公路路线设计规范》(JTJ011—94)P49规定：二、三、四级公路加宽缓和段按线性过渡：bx＝kb，其中k＝Lx／L；高速公路、一级公路加宽缓和段按高次抛物线过渡：bx＝(4k’一3k4)b，或插人缓和曲线。若按设计速度比照，匝道一般相当于二、三、四级公路，因此匝道按线性加宽较为多见。上述两种加宽过渡方式有一个共同缺陷，即加宽段的起点和终点存在折点，路容不美观。20世纪80年代末，在广深珠高速公路设计时从香港引入了一种三次抛物线加宽过渡方式:bx=(3k2-2k3)b,其显著的特点是加宽段的起点和终点无折点，加宽的线形流畅、员滑，至今在设计中广泛使用。三次抛物线也适用于超高过渡。4．5超高匝道的超高应与车辆在匝道上的行驶速度相适应，最大超高一般出现在环形匝道上，过大的超高给人一种不安全感，同时影响路容。一般情况下，我国南方地区匝道超高不宜超过8％，合成坡度不宜大于lo．5％，北方积雪冰冻区匝道超高不得超过6％，合成坡度不得大于8％。匝道土路肩的横坡一般为外倾3％或4％，当路面超高为6％、7％、8％时，超高段外侧土路肩的横坡可以分别可取一3％、一2％、一1％。匝道硬路肩的横坡可以与行车道横坡相同。受分、合流点影响，匝道的超高过渡通常在部分缓和曲线内进行(缓和曲线在匝道中部除外)。《公路路线设计规范》(JTJ011—94)和《公路路线设计规范》(2003年9月送审稿)对匝道的超高过渡方式没有明确的规定，设计中主要采用按线性方式或三次抛物线方式(公式同前)。线性过渡有两个弊病：一是超高的起终点路面曲折、不平整，二是如果两反向超高过渡，小于2％横坡的滞水段较长。三次抛物线过渡正好克服了这两个弊病，在所有匝道超高过渡及公路超高过渡中使用非常普遍。5减速车道及分流点设计平行式加速车道的设计相对简单，长度的调整很容易，且设计规范对合流点附近的指标末作过多的限制。由于设计规范对减速车道及分流点附近的指标限制较多，设计时最为常见的问题主要集中在减速车道及分流点附近，这也互通式立交设计的重点和难点。5．1减速车道的设计方法直接式减速车道的设计方法主要有两种。习惯设计法是从主线外侧车道中心开始，以一定的出口角采用直线、缓和曲线或大半径圆曲线偏出，这种方法具有较顺直的流出行车轨迹，符合驾驶员的习惯。另一种方法是20世纪90年代初从北美国家引进的，笔者称流行设计法，即直接从减速车道起点(即1个车道宽的位置)开始，再以一定的出口角采用直线、缓和曲线或大半径圆曲线偏出。习惯设计法主要有三个缺点：一是渐变段长度一般比减速车道长，主线转弯车辆开始偏离的位置不明显；二是定线时并不知道减速车道起点在哪里，需要计算；三是主线为曲线时减速车道起点处的出口渐变率不易控制，或大或小。流行设计法正好克服了习惯设计方法的缺点，即渐变段长度可以自由控制，与主线路基形成明显的折点，出口位置明显；定线时就定了减速车道的起点位置；出口渐变率直接控制，不存在或大或小的问题。事实上，只要将减速车道的起点反向延长，与主线外侧车道中心线相交，就是习惯设计法了。因此，可