高等级公路互通立交设计新思路分析
时间：2023-04-21 12:55:05 来源：千叶帆 本文已影响人
万中原
（浙江数智交院科技股份有限公司,浙江 杭州 330009）
互通立交指互通式立体交叉，是连接不同公路的重要设施，在疏导交通方面发挥着非常重要的作用。互通立交作为公路的重要组成部分，主要用于公路之间的相互交叉连通，其设计的合理性会影响公路行车的速度和效率。设计人员必须把握好互通立交设计要素，确定好最佳位置以及形式，对其交通功能和服务功能进行强化，控制好工程造价，以此来保障公路建设的效果。
从保障互通立交作用和功能发挥的角度，在对互通立交进行设计时，需要坚持几个基本原则：一是经济美观。为了能够在保障工程质量的同时，降低施工和养护成本，设计人员需要对互通立交设计的内容进行整合，保障工程造价的合理性。互通立交的设计应该尽可能将自然环境、交通性能、安全因素等考虑在内，减少施工中出现的设计变动，满足经济性和美观性的要求。二是安全实用。互通立交设计中，安全性非常重要，以交叉线形设计为例，必须在满足相关力学原理的同时，保证行车的稳定性，提高设计的安全性，将交通事故发生的概率降到最低[1]。三是运行流畅。互通立交设计需要确定好相应的服务等级，对不同的线形进行组合，达到理想的整体设计效果，保障道路交通运行的流畅性。四是简单高效。互通立交的结构相对复杂，从保障行车流畅的角度，需要对匝道进行优化，做到合理可控。设计环节，需要将自然条件、交通运行信息等考虑在内，选择最为恰当的线形方案，对设计体系进行优化，减少车辆绕行的距离。通过科学的线形设计，可以方便驾驶员对线路方向进行辨别，减少错误驾驶问题。
2.1 确定功能定位
在对互通立交方案进行确定前，必须首先明确其在公路项目中的具体功能定位。从功能上可以将互通立交分为一般式、复合式和枢纽式，设计人员需要依照出入口位置的交通量预测结果来拟定初步方案。如果是为了实现高速公路相互之间的转换，可以选择枢纽式，如果是为了连接高速公路和一般道路，可以选择一般式，如果上述两者的距离较近，则应该采用复合式方案[2]。
2.2 科学选择位置
对照高等级公路与相交道路的平面和纵向坐标，可以实现对互通立交位置的初步筛选，其位置选择需要考虑地形地质条件的影响，避开不良地质段以及高填深挖段，同时需要关注交叉道路之间的衔接情况。从设计人员的角度，在对互通立交的位置进行选择时，必须考虑其对于公路整体路线走向的影响，确保主线坐标能够满足相关规范的要求。对于城镇路段中的互通立交，在进行位置选择时，应该参照《城镇化地区公路工程技术标准》（JTG 2112—2021）的相关要求，将周边的建筑分布、既有道路和施工空间等全部考虑在内，确保在对互通立交进行设置的过程中，一方面可以很好地满足交通调剂等方面的要求，另一方面也可以尽可能减少对于周边居民日常生活以及道路交通的负面影响。
2.3 明确公路距离
在准备阶段，设计人员需要了解整个区域交通体系的分布以及未来规划情况，在设计环节做好各种交通工程彼此距离的控制。伴随着工程规模的扩大，公路体系中包含的公路类型变得越发复杂化，除去互通立交，还包括了桥梁、隧道等。对此，设计人员必须结合工程在质量和安全等方面的要求，对不同公路之间的距离进行科学计算，尽可能地减少彼此之间的影响和干扰，延长互通立交的使用寿命。互通立交占地范围广，在对距离进行确定时，需要尽量避免过近的现象，避免交通振动的叠加或者交叉[3]。
2.4 分析连接条件
现代交通体系中，交通网络建设变得日趋复杂化，互通立交设计环节可能会设计不同类型公路的连接，如高速公路、普通公路、主干道、支干道等，需要设计人员对不同道路线路的连接条件进行分析，设计出科学的连接方式，以此来确保公路相互贯通。公路连接设计中，设计人员必须把握好不同方向不同层面的车辆通行情况，分析交通量和车流流向对连接设计的影响。如果区域地理形态并不适合设计公路连接线，则需要及时对设计方案作出修改，以保障互通立交设计的效果。
2.5 优化立交形式
高等级公路中，互通立交的形式有很多，其中比较常见的三种分别是定向Y形立交、喇叭形立交和菱形立交，其有着各自的优势。首先，定向Y形立交通常都是在左侧方向驶出，由左侧进入另外的车道，可以实现转弯车辆的直接通行[4]，对行车速度进行控制，提高道路的通行能力，而两个保持一定距离的分离式断面能够很好地满足驾驶员在视野方面的需求。设计环节要求双车道之间保持一定距离，同时也必须满足桥下对于净空的要求。其次，喇叭形立交在封闭式高速公路中十分常见，结构简单，造型良好，可以最大限度地保障行车安全。不过，相比较其他形式，喇叭形立交的交通量不足，若将环形匝道放在出口位置，可能导致驾驶员无法正确分辨出口位置。菱形立交通常只会设计在左转或右转匝道中，其能够对不同道路之间的连接情况进行优化，利用相应的跨线构造物，实现道路的交叉，从而提升交通体系的整体通行水平。菱形立交可以缩短行车里程，为车辆通行提供便利，而且出口位置十分明确[5]。
3.1 分流合流设计
互通立交最大的特点是公路路面本身呈立体状态，允许更多的车辆同时通行，不过其对于公路的分流合流能力也有着更加严格的要求。分合流设计中，必须在满足车辆行进方向变化要求的同时，保持车辆通行顺畅。通常来讲，分合流都会用到立体交叉点，设置辅助性道路或者专门的分合流线路来避免车辆之间的冲突。互通立交设计中，可以通过增加出入口设计以及设置指示标志的方式，提醒车辆注意观察。分合流的效率以及安全性会受到出入口宽度的影响，设计人员需要从交通网络整体层面做好分析，测算最大交通峰值，依照峰值来构建分合流模型，以更好地满足公路的使用需求。分合流控制中，可以结合实际情况，设计相应的信号灯，通过信号灯与交通线的共同作用来对车流进行控制。
3.2 公路匝道设计
首先是匝道半径。互通立交设计中匝道设计属于核心内容，匝道半径会对立交通行情况产生直接影响，半径越大表示互通性越好。从设计人员的角度，在针对匝道半径进行设计时，应该结合实际情况[6]，确定好公路规模、交通流量以及地形地貌等因素。如果工程处于城市内部区域，周边建筑众多，限制了匝道宽度，则需要对其半径进行严格控制。互通立交所处区域若存在较大坡度，车辆行驶需要控制速度，匝道半径同样不宜过大。另外，匝道半径的设计还必须将其连接的主干线和支干线数量考虑在内，如果需要连接大量路口，匝道半径不能过大，否则可能引发交通拥堵问题。
其次是匝道环圈。匝道环圈的设计需要考虑数量和位置的分布情况，环圈可以很好地解决交通拥堵问题，将不同行驶方向的车辆引导向不同的匝道圈，有效避免车辆行进路线改变时引发的堵塞现象。匝道环圈设计中，可以通过右转向匝道满足车辆环绕的需求，不需要对左转弯道进行设置，以此来最大限度地避免车辆行驶方向的交叉。借助内环与外环的相互配合，将向左和向右行驶的车辆分隔开来，左行车辆只需要沿环圈绕行180°，就可以进入到左侧公路交叉口[7]。
然后是断面设计。断面形态在匝道设计中同样非常重要，其对于互通立交整体有着非常重要的作用，断面参差越多，结构的立体性越强，交通支持效果也越好。不过，更多的断面层次意味着更大的整体高度和更多的出入口数量。在进行匝道断面设计时，应该将交通流量考虑在内，确保公路层面能够与车流量相匹配，以免出现空间和成本浪费的问题。断面设计要求设计人员准确把握所有层面的公路方向和彼此衔接情况，确定好主干线和其他公路的衔接位置，借助合理的缓坡设计来确保互通立交能够向各个层面平稳顺延。
3.3 出入口设计
匝道出入口设计的效果会对互通立交行车的连续性产生直接影响，依照匝道设计行车速度以及横断面分析，常见的出入口方式有很多，如分合流模式、主线分岔合流设计、单向双车道匝道出入口设计以及双车道匝道单出入口设计等。在对主线分岔合流以及单向双车道出入口进行设计时，需要重点考虑车道平衡问题，通过设置辅助车道的方式来满足车道变化的需求。应该对车辆在匝道内的运行速度进行协调，考虑视距安全，要求匝道出入口能够与其他构造物保持一定距离。另外，出入口线形设计应该具备连续性，这样才能实现主线和匝道控制曲线使车辆行驶速度平稳过渡[8]。
某高速公路采用四车道标准，行车速度100 km/h，汽车荷载等级为公路Ⅰ级。互通立交设置在工程起点位置，在与现有高速公路连接的同时，也设置有分支线连接周边开发区。对现有高速的平纵坐标进行测定，通过拟合的方式，在结合地形条件的情况下，拟定了两个互通立交设计方案[9]。
方案一：采用半直连T型+A型单喇叭的结构，平面布置如图1所示。
图1 半直连T型+A型单喇叭的结构
该方案设置在高速公路K122+980位置，既有高速的高差相对较大，为了尽可能减少互通立交施工环节的挖方量，控制桥梁长度，更好地满足互通需求，将原本的十字枢纽互通拆分为T形枢纽互通，在靠近规划工业园区的位置，设置了单喇叭互通来满足开发区进出高速公路的需求。该方案能够减少互通立交施工中的挖方数量以及桥梁长度，也可以对连接线的长度进行控制，不需要对现有桥梁进行改造，可以在不影响互通功能的基础上，实现对成本造价的有效控制。
方案二：采用混合式十字形枢纽，平面布置如图2所示。
图2 混合式十字形枢纽
方案二同样设置在高速公路K122+980位置，十字形枢纽交叉能够很好地满足各个方向上的交通需求。方案通过设置北连接线的方式与开发区连接，对高速公路出入口的数量进行了整合，使得交通转换能够被集中在一个区域。不过，区域地形存在较大的高差，互通区域的挖方量大，需要设置多个桥梁，既有水库上的跨越大桥被归入到了变速车道的范围内，需要进行加宽改造，施工难度大且会对现有的交通通行情况产生干扰，工程规模巨大，成本造价高昂。
在对比两种方案的情况下，可以明确，方案二的整体规模巨大，方案一则可以有效地减少土地占用，在满足互通功能需求的同时，降低了工程造价。因此，最终决定采用方案一进行互通立交的施工[10]。
总而言之，伴随着经济的快速发展，公路工程的建设速度不断加快，对于现代高等级公路而言，互通立交是非常重要的组成部分，关系着公路运行的质量。在科学设置互通立交的情况下，能够实现不同公路之间的交通转换，转换速度快，不容易出现交通拥堵问题。从设计人员的角度，在对互通立交进行设计时，需要考虑公路的实际情况，将各方面的影响因素考虑在内，采用科学的设计思路以及有效的设计方法，保障互通立交设计的效果，促进交通工程整体水平的提高。
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