3条高速公路小间距交叉时枢纽互通设置的技术探讨

邓丽娟 党高峰 雷 立 王 勇 胡铁山

(湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉 430051)

1 研究背景

1.1 高速公路背景

1) 小间距的概念。根据JTG/T D21-2014 《公路立体交叉设计细则》[1]的规定，一般互通式立体交叉之间的最小间距为4.0 km，一般互通式立体交叉与枢纽互通式立体交叉之间的最小间距为4.5 km。当不满足此规定时，称之为小间距交叉[2]。

受路网结构或其他特殊情况限制，当互通式立体交叉之间距离不能满足上述规定时，经论证后间距可适当减小，但相互之间的净距不应小于表1的最小净距。

表1 互通式立体交叉最小净距

当相邻互通式立体交叉之间的净距小于表1的规定值，且经多方案比选论证两者必须设置时，应根据其距离大小，利用辅助车道、集散车道或匝道连接形成复合式互通立体交叉[3]。

2) 项目简介。武汉至南昌高速公路(以下简称本项目)起于湖北省武汉市，向东南方向经湖北省鄂州市、大冶市、阳新县，接至江西省永武高速公路、昌九高速公路，通达南昌市，全长约240 km。其中湖北段长约125 km，采用设计速度100 km/h、双向4～6车道高速公路标准。本项目需依次与武汉市绕城、鄂咸、黄咸、大广、杭瑞、永武、昌九等高速公路交叉，其中与大广、黄咸交叉间距相对较小。在项目所在区域内，大广高速公路总体呈南北走向，黄咸高速公路总体呈东西走向，两者均采用设计速度100 km/h、路基宽度26 m的双向4车道高速公路标准。

1.2 枢纽互通区域背景

在路线总体走向顺适的前提下，本项目需依次与已有的大广、黄咸高速公路交叉。具体交叉节点主要考虑大冶市城市规划区、陈贵镇规划区、小雷山风景区及被交叉高速公路条件。综合各限制性因素及JTG D20-2017 《公路路线设计规范》[4]相关规定，最终选定本项目与黄咸高速公路交叉节点(图1中B节点)距A节点2 700 m，与大广高速公路交叉节点(图1中C节点)距A节点2 000 m，B、C节点间距3 300 m。根据前文，这3条高速公路交叉属于小间距交叉，需对枢纽互通的增设进行充分的比选论证。

图1 3条高速公路小间距交叉区位图

2 互通研究思路

在已设有大冶枢纽互通(图1中A节点)的前提下，另外2处交叉节点(图1中B、C节点)的枢纽互通设置方案有以下3种。

①方案一。B节点设置枢纽互通，C节点不设置互通。②方案二。B节点不设枢纽互通，C节点设置枢纽互通。③方案三。B、C节点均设置枢纽互通。

不同的互通设置将导致各节点各方向交通量有一定的差异，进而影响互通的具体型式及匝道具体技术参数，最终导致互通整体规模、造价、功能等均有所不同[5]。

因此，该交叉区枢纽互通总体研究思路为：对于该小间距交叉区的新增枢纽互通，分别充分考虑交通功能、交通量、安全间距等因素，布设每种思路下具体的互通方案，进行交通组织、运营安全、协调与实施难度、占地规模、造价等方面的比较，最终择优推荐互通设置方案。

当设计服务水平采用4级时，匝道基本路段设计通行能力见表2。

表2 匝道基本路段设计通行能力

根据经验，枢纽互通除环形匝道采用40 km/h设计速度外，其余匝道设计速度均为60 km/h。匝道横断面类型及变速车道的车道数根据匝道设计速度、设计小时交通量、匝道长度确定，具体见表3。

下文对每种方案逐一进行分析。

表3 单向匝道横断面、变速车道的车道数选择条件

2.1 方案一

根据DDHV=AADT×K×D

式中：DDHV为单向设计小时交通量,pcu/h；AADT为预测的年平均日交通量,pcu/d；K为设计小时交通量系数，根据交叉公路功能、交通量、地区气候及地形条件确定，本项目取0.12；D为方向不均匀系数，根据当地交通量观测资料确定，本项目取0.57[4]。

经预测，该方案转弯交通量见图2所示，DDHV计算结果为：武汉→蕲春1 106 pcu/h，武汉→咸宁22 pcu/h，咸宁→南昌196 pcu/h，南昌→蕲春350 pcu/h。图3为仅设置B节点互通的方案示意图。

图2 仅设置B节点互通时转弯交通量(单位：pcu/d) 图3 仅设置B节点互通的方案示意图

根据DDHV计算结果兼顾交通安全性选择匝道形式，再结合匝道长度查表3得出具体的匝道横断面类型，具体为武汉→蕲春、咸宁→南昌各匝道均设置为宽度10.5 m的双车道匝道，咸宁→武汉、南昌→黄石方向各匝道设置为宽度9.0 m的单车道匝道，各匝道变速车道的车道数均设置为单车道。根据图3，A、B节点枢纽互通之间的净距>700 m，2处互通独立设置，不需复合。

就交通组织而言，该枢纽互通方案中南昌→黄石、武汉→广州方向的出行需分别绕行B、A节点，具体绕行里程及时间见表4。

表4 方案一绕行计算

就运营安全而言，经测算，到运营期末A节点的大冶枢纽互通的广州→咸宁方向转弯交通量将达到12 658 pcu/d，经换算，DDHV为865.8 pcu/h。原设计的环形匝道基本能满足通行需求，但通行压力较大，此外，A、B节点间路段交通量增加，一定程度上导致运营安全性差。同时，该思路下能有效避免标志标牌设置过于密集，仅需综合考虑2处枢纽互通的标志标牌，运营安全性相对较好。

就协调与实施难度而言，需协调黄咸高速公路管理部门，项目建设期间对黄咸高速公路运营有一定影响。

就工程规模而言，经测算，该互通占地约30 hm2(不包含黄咸高速主线占地范围)，不需要设置辅助车道，互通总投资约2.75亿元。

2.2 方案二

经预测，该方案转弯交通量见图4，DDHV计算结果为：黄石→南昌525 pcu/h，武汉→广州821 pcu/h，黄石→武汉331 pcu/h，南昌→广州23 pcu/h。图5为仅设置C节点互通的方案示意图。

图4 仅设置C节点互通时转弯交通量(单位：pcu/d) 图5 仅设置C节点互通的方案示意图

根据DDHV计算结果，该枢纽互通南昌→广州、武汉→黄石2个匝道采用环形匝道，其余匝道采用半直连式、直连式匝道。再结合匝道长度计算得出具体的匝道横断面类型，具体为黄石→南昌、武汉→广州各匝道均设置为宽度10.5 m的双车道匝道，南昌→广州、武汉→黄石方向各匝道设置为宽度9.0 m的单车道匝道，各匝道变速车道的车道数均设置为单车道。同时，A，C节点枢纽互通之间的净距<700 m，需设置辅助车道连接形成复合互通，需对现有A节点互通做一定改造。

就交通组织而言，该枢纽互通方案中，咸宁→南昌、武汉→蕲春的出行需分别通过A、C节点绕行，具体绕行的里程及时间见表5。

表5 方案二绕行计算

经测算，到运营期末现有A节点大冶枢纽互通的广州→武汉转弯交通量将达到3 459 pcu/d，DDHV为236 pcu/h，对原互通造成交通压力相对较小。

就运营安全而言，可调整C节点匝道位置使得大广高速公路马鞍山隧道与前方主线出口之间的净距超过400 m。尽管如此，由于此段净距上行驶时间仅有14 s左右，考虑到隧道出口处明暗过渡，可能使得司机来不及变道，存在一定安全隐患。此外，由于A、C节点枢纽互通需复合设置，会导致大广高速公路标志标牌设置过于密集，司机的识别时间也会一定程度地影响运营安全。总体而言，该方案运营安全性相对最差。

就协调与实施难度而言，由于A、C点距离仅2 000 m，需要将2个互通复合设置,协调大广高速公路管理公司难度较大,项目建设期间对大广高速公路运营影响较大。

就工程规模而言，该互通占地约31.3 hm2(不包含大广高速主线占地范围，但包含设置辅助车道导致大广高速新增占地)，该互通总投资约2.90亿元。

2.3 方案三

考虑到黄石、蕲春→南昌方向可通过C节点进行转换，不必绕行B节点互通，B节点设置6匝道枢纽互通；C点互通只需设置4匝道枢纽互通(设置武汉→广州、黄石→南昌匝道)。

经预测，该方案转弯交通量见图6所示，图7 为B、C节点均设置互通的方案示意图。

1)B节点匝道。武汉→蕲春289 pcu/h，武汉→咸宁22 pcu/h，咸宁→广州、南昌200 pcu/h。

2)C节点匝道。黄石、蕲春→南昌300 pcu/h，武汉、咸宁→广州830 pcu/h。

图6 B、C节点均设置互通时转弯交通量(单位：pcu/d)

图7 B、C节点均设置互通的方案示意图

根据DDHV计算结果，B节点中武汉→咸宁匝道采用环形匝道，其余匝道采用半直连式、直连式匝道。再结合匝道长度计算得出具体的匝道横断面类型，具体为咸宁→南昌、武汉→蕲春方向各匝道均设置为宽度10.5 m的双车道匝道，武汉→咸宁方向各匝道设置为宽度9.0 m的单车道匝道，各匝道变速车道的车道数均设置为单车道。C节点中武汉+咸宁→广州方向设置为双车道匝道、黄石+蕲春→南昌方向设置为单车道匝

道，各匝道变速车道的车道数均为单车道。3个互通两两之间的净距均>700 m，互相不需要复合设置。

方案三整体而言，解决了3条高速公路高效互联互通问题，消除了单设1个枢纽互通存在的绕行问题；标志标牌的设置最多，但是识别难度相对单设1个枢纽互通低，运营安全相对较好；各互通不需要复合设置，工程难度和协调难度相对较低；经测算，该互通占地约38.7 hm2，互通总投资约3.8亿元。

2.4 各互通方案综合比较

3种方案互通方案综合比选见表6，对比后推荐方案三为互通设置方案。

表6 综合比较表

3 结语

本文主要是对3条高速公路小间距交叉时枢纽互通设置进行了必要技术论证，通过定量与定性分析相结合的方式，对不满足规范最小间距要求的枢纽互通设置提出了思路与方法，可为类似项目节约集约用地、优化通行效率及节约投资等方面提供有效参考。本文的不足之处在于对互通的具体布设形式还有优化空间。