高速公路与城市道路互通异形立交的设计要点分析

毛传义

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海 200092

高速公路与城市道路相交，如果位于城市规划区域外，一般常见为三路或者四路交叉，被交的市政道路由于线位选择相对自由，立交交角和相交道路数量均能得到较好的控制，一般按照公路立体交叉设计细则推荐的立交形态均能满足总体布置的要求。但如果高速公路，特别是城市近郊的绕城高速，穿越城市规划区域时，由于规划用地对路线走廊的影响，往往会出现异形立交的情况，国内设计行业对此类立交往往又缺乏足够的研究，往往立交形态过于复杂，主要体现为在此类立交位置产生拥堵或者驾驶者大量走错出入口的情况。

对于此类立交，刘胜斌等[1]提出“根据现状地形地物分布情况把握主要控制因素，深入调查研究和分析论证，才能不遗漏有价值的方案”。

布文超[2]提出“准确掌控互通式立体交叉策划的影响因素”，对于提高互通式立交地点和立交类型选择的科学性具有重要作用，有利于互通式立交交通效能、服务水平的提升。

笔者以主持设计的昆明南连接线徐家堆立交为例，结合该异形立交的设计和2019年10月项目正式竣工验收前进行的后评估，对此类立交如何布置进行了些许探讨。

1 建设条件分析

1.1 周边用地情况

徐家堆立交位于昆明市广福路、红塔东路、环湖东路交叉口。受到滇池岸线的影响，在该位置作为绕城内环的南连接线高速和片区最重要的主干路广福路间距极近。在城市规划中，已经将立交所在的交叉口预留为异形五路交叉，南连接线高速与广福路在该位置几乎属于反向曲线相切，环湖东路与南连接线高速在该位置共用红线，现状主要有徐家堆、徐家湾、周家地、赵家地、太家地等村庄，太家河、金太塘等河塘，香槟小镇（已建成）、滇池卫城（当时在建）等小区及同仁医院（当时在建）。

徐家堆立交区范围内除了广福路北侧的香槟小镇离广福路较近外，其他方向红线控制良好，红线范围之内基本上没有建筑物，但高速公路与环湖东路共线段较为狭窄（图1）。

受上述规划选线的影响，导致了此次昆明南连接线徐家堆立交形态的选择在这些边界条件无法改变的情况下变得极其受限。

1.2 相交道路情况

1）南连接线。南连接线高速公路南连接线位于云南省昆明市西山区、官渡区，为东西走向道路，东起于高岆立交，西止于民办科技园，设计车速100 km/h，与昆玉、安晋、昆安高速公路直接串连，构成滇池环湖高速公路圈，是构成昆明“8”字形绕城高速公路系统“一横”中不可或缺的部分。

图1 徐家堆立交周边用地情况

2）广福路。广福路作为南市区向东西城市Ⅰ级主干路，西接滇池路，东至广卫立交与昆玉高速相连，是城市东南片区与海埂旅游度假区联系的重要途径，同时兼有城市过境交通功能。其功能是：连接昆明西市区和昆明东城区（呈贡）的城市型交通主干路；昆明南片区内横贯东西的交通大动脉和生活服务道路；主城东西市区之间的市政管线的主要走廊；草海东岸片区内的区域性交通次干道；草海东岸片区内的生活服务性道路和商业街。

3）红塔东路。红塔东路在本项目启动时已按双向六车道修建完成，道路红线40 m，属于城市Ⅱ级主干路，通往滇池国家旅游区、红塔体育中心。红塔东路目前只是在徐家堆立交附近与广福路以平面交叉连通，红塔东路两侧均为超大型的商品房开发基地。

4）环湖东路。环湖东路规划等级为城市Ⅰ级主干路，机动车道为双向六车道，两侧另加非机动车道和人行道，标准段路红线宽55 m。环湖东路位于城市南片区，属于西山区、官渡区，东起“五纵”之一的官南路，西接“四横”之一的广福路、红塔东路交叉口，为东西走向道路，沿线经过滇池半岛高档商住区、滇池沿岸湿地保护区，主要起到连接沿线集散交通的功能。

2 立交总体设计要点分析

受规划线位及用地条件的制约，该立交所在的位置已经成为一个异形五路交叉，而作为绕城内环，南连接线高速又必须尽量在该节点实现与市政道路的互通，因此在立交总体设计上就需要考虑以下5个方面：

1）结合南连接线周边立交，形成立交群的概念，综合考虑立交流向设置，以便尽量简化立交形态，将复杂的异形立交简单化。

2）根据立交功能定位，结合立交流向设定，确定合理的立交形态，进行初步比选。

3）根据立交形态、规划断面布置及交通需求的定性、定量分析结果，合理确定立交主线、匝道、辅道的车道建设规模。

4）根据实际情况，进行立交方案线形设计，采用合理的设计参数。

5）在满足线形条件及交通需求的前提下，尽量减少征地拆迁。

根据地方规划提出的该节点规划要求，徐家堆立交需要在该节点满足如下交通诉求：

1）通过本节点的建设，完善南市区的路网结构，建立清晰的城市道路系统。

2）通过本节点的建设，完成城市道路体系与高速公路体系间的交通转换，满足大量的出城需求。

3）通过南连接线、广福路沿线一系列立交的建设，完善城市道路系统与昆明市“8”字形高速公路系统间的有机联系。

4）环湖东路、广福路、红塔东路是南片区重要交通要道，参照《城市道路设计规范》以及广福路沿线相交道路的规划交叉方式要求，位于环湖东路与广福路、红塔东路、南连接线交叉的徐家堆立交需要设置为枢纽级互通式立交。

由上述条件可看出，徐家堆立交设计方案要在周边条件极其苛刻的情况下满足异形交叉口枢纽级立交的诉求。

3 立交构型总体思路

根据国内许多异形互通工程的经验，此类立交在节点间距较密的情况下，如果不结合周边的路网和立交，又能独立解决所有的流向交通，其结果都是立交占地极大，形态复杂，且建成时间不长，就发生部分流向的堵塞。取得比较好工程效果的立交基本都是结合周边立交，按照立交群的思路来确定其立交构型。

徐家堆立交所在的节点，周边规划有河尾村立交、罗衙村立交等多个立交和高等级道路的平交口，完全可以将徐家堆结合这些立交，形成南市区的一个立交群，通过周边立交解决部分流向的转向交通问题，而使得部分流向的转换交通可通过南连接线、广福路上其他互通或半互通立交、平交进行，徐家堆立交重点解决城市交通系统上高速公路系统出城方向的交通，城市道路系统和高速公路系统之间在此节点将简化。

具体的立交主流向的选择上，徐家堆立交是昆明市南市区最重要的节点，昆明“8”字形高速公路网中的南横南连接线、南市区东西向的中干道广福路以及昆明“一湖四片” 规划中重要的景观通道的组成部分环湖东路都在这一节点相交。

从徐家堆立交连接的各条道路来看，南连接线是昆明市“8”字形高速公路网中“一横”最重要的组成部分，特别是在西北连接线、西南连接线尚未实施之前，将承担昆明市大量的过境交通；广福路则是南市区东西向的交通大动脉，同时，广福路、红塔东路、环湖东路形成十字节点有利于疏解城市道路系统，但不能忽略广福路主线方向的大量交通。

从昆明最新的规划路网来说，红塔东路、广福路东形成一条线形上更为合理的城市主干路，因此，在立交流向选择的时候，还应该要考虑提高红塔东路与广福路东的交通功能。

因此，徐家堆立交的交通流向可以结合周边立交，重点解决城市交通系统上高速公路系统出城方向的交通，保证广福路主线、南连接线主线以及广福路东与红塔东路之间的交通流连续快速。对于南连接线由西向东进城方向的流量分流，除通过河尾村立交左转上滇池路，经广福路进城，或者右转向滇池路，通过红塔东路经广福路进城，主流向设置定向匝道外，其他方向通过地面道路解决。

4 徐家堆立交节点方案比选

结合立交主要流向的分析，设计阶段对立交形态进行了3个方案的比选。

4.1 方案一

方案一中，南连接线主线为双向六车道高架，广福路主线为地面道路。广福路东同红塔东路的联系，以及环湖东路与广福路西的联系通过设置迂回匝道实现（图2）。

图2 徐家堆立交方案一

红塔东路直行至广福路东主线方向，远期设置单向两车道的跨线桥（即WE匝道），近期该流向通过地面交叉口解决。

广福路东主线方向至红塔东路设置迂回匝道解决直行流向（EW匝道），环湖东路至广福路西主线方向通过设置迂回匝道解决直行流向（SN匝道）；同时根据交通量大小设置广福路东转向南连接线西的转向匝道（EN匝道）。

通过地面交叉口解决广福路西直行至环湖东路、广福路西右转至红塔东路、红塔东路右转至环湖东路、环湖东路左转至红塔东路、环湖东路右转至广福路东的交通。立交地面部分为灯控三相位交叉口，三个相位分别为北向南直行、西向东直行、南向西左转。

环湖东路在立交南进口位设置上、下南连接线向东的平行匝道解决城市道路系统与高速公路系统之间的衔接问题，环湖东路在立交南进口部分车道设置在南连接线高架下（图3、图4）。

图3 与南连接线连接匝道布置示意

图4 徐家堆立交环湖东路进口位置断面示意（单位：m）

立交层数为三层，WE匝道、EW匝道为第二层，SN匝道，南连接线主线为第三层。

方案一的主要特点有：

1）较好地解决了广福路和南连接线的直行交通的通行以及广福路东与红塔东路之间的交通，地面交叉口解决其他方向的交通转向问题，基本满足了该节点的交通需求。

2）保证了广福路和南连接线直行方向的贯通，保证了交通流的连续性；设置定向匝道和平行匝道保证了城市道路系统与高速公路系统间主要流向的快速连续；设置地面交叉口可以保证城市道路系统其他方向与高速公路系统之间的连接，有效地控制了立交的建设规模，减少了大量的工程投资。

3）根据前述的徐家堆立交节点定位分析，方案一未能解决广福路东至环湖东路、广福路东至南连接线东向的联系以及红塔东路至广福路西的交通，这些流向需要通过周边立交和地面交叉口进行解决。

4）由于立交规模得到控制，立交总占地面积较小，节省了大量的土地资源，具有很高的社会效益。

4.2 方案二

由于广福路以北土地已经建成香槟小镇小区，为了减少迂回或环形匝道增加的用地，同时增加通行能力，方案二将广福路主线双向分离，由广福路西至广福路东方向设置单向三车道跨线桥，广福路东至广福路西仍采用地面道路，保证广福路主线的连续交通，布置广福路东至红塔东路的迂回匝道，在2条城市主干路中间设置“Y”字形立交。其他方向之间的沟通，通过联络环岛来解决。环岛设置成狭长形，以增加各进口道、出口道之间的交织长度（最短约115 m），减少用地面积。同时为了满足城市道路系统与高速公路系统之间的衔接，设置了广福路东上南连接线西定向匝道，并利用联络环岛满足各个方向上南连接线东的平行匝道（图5）。

图5 徐家堆立交方案二

从交通量预测的结果来说，广福路东与红塔东路的交通量并不是很大。考虑到红塔东路通往滇池国家旅游区、红塔体育中心，每逢体育旺季或者体育比赛日交通量会放大，为了保证该立交在体育旺季或者体育比赛日仍然提供足够的通行能力，因此，设置两车道定向匝道是合适的。

从占地来说，该立交方案节省了大量的土地资源，具有很高的社会效益和经济效益。立交规模得到控制，比较符合道路用地红线的要求。

方案二的主要特点有：

1）较好地解决了广福路和南连接线的直行交通的通行以及广福路东与红塔东路之间的交通，地面联络通道解决左转车辆的转向问题，基本解决了该节点的交通需求。

2）设置联络环岛可以保证城市道路系统与高速公路系统之间的连接，有效地控制了徐家堆立交的建设规模，减少了大量的工程投资。

3）由于立交规模得到控制，立交总占地面积较小，节省了大量的土地资源。

4.3 方案三

方案三中除南连接线主线仍旧保留为双向六车道高架外，广福路主线保留了由东往西的主流向，而将由西往东的交通引入平面交叉，通过左转实现；其他各个方向的交通也通过平面交叉实现（图6）。

图6 徐家堆立交方案三

本方案较方案一、二减少了大量的桥梁结构，因此方案投资大大减小。立交占地面积较小，但广福路主线方向未能实现连续交通，且平面交叉通行能力较小，产生大量的延误，服务水平较低，交通组织较为复杂。

方案三的主要特点有：

1）本方案保留了南连接线直行方向的高架，其他所有方向都通过平面交叉口实现。由于采用平面交叉的形式，因此本节点城市系统中各个流向都得以解决。

2）由于取消了除南连接线外的桥梁结构，投资得以大幅度减小。

3）广福路保留了由东往西方向的直行交通，由西往东方向的直行被取消，而通过平面交叉口的左转实现，不利于大运量交通。特别是远期交通量增大时，将对平面交叉口产生很大的交通压力，在主流向必须增加匝道或跨线桥予以解决，此时将产生较大的废弃工程量。

4）本方案严格将城市道路系统和高速公路系统区分开，未能实现两者之间的联系，同本节点作为南市区枢纽的功能定位不相符。

5）立交总占地面积较小，节省了大量的土地资源。

6）近期仅实施广福路主线方向地面道路以及广福路同红塔东路相连的匝道，实施难度小，能确保广福路主线方向在残运会召开之前竣工，保证广福路直行的贯通以及同红塔东路的联系；远期再实施南连接线高架、环湖东路、上南连接线的匝道以及环湖东路至广福路西的跨线桥，基本不产生废弃工程量。

4.4 方案比选

相对方案二、三，方案一不仅很好地解决了城市道路系统之间的转向问题，而且同高速公路系统之间实现良好的联系，各主流向采用高标准的跨线桥及匝道，同时又能够合理减少部分流向，降低工程造价，具有较高的可实施性。根据综合比较以及综合历次专家评审的会议精神，最终徐家堆立交选择了方案一作为实施方案。具体方案比选如表1所示。

5 徐家堆立交服务水平预测和建成后实测分析

徐家堆立交地面交通组织简图如图7所示。根据所构建的交通需求预测模型，在设计阶段，徐家堆立交的2030年高峰小时流量预测结果如图8所示。

图7 徐家堆立交地面交通组织示意

图8 设计阶段预测2030年徐家堆立交高峰小时流量

在近期，WE匝道尚未修建，西进口直行的交通量从地面层实现沟通，此时南进口左转，北进口直行形成一个信号交叉口，因此需要根据信号配时来计算各转向的通行能力。其交叉口车道功能划分：南进口左转3个车道；北进口直行2个车道。

根据交叉口各进口转向流量及地面系统车道功能划分，对该信号交叉口进行信号配时。其信号配时为两相位，高峰小时信号周期为100 s，南北向直行绿灯时间为79 s，黄灯时间为3 s，南进口左转绿灯时间为12 s，黄灯时间为3 s，全红时间为3 s。

根据对2030年立交设计方案进行流量测试和服务水平分析，在远期，本立交各转向及路段服务水平较好，能够满足交通需求（图9）。

图9 预测2030年徐家堆立交高峰小时流量（V/C）

徐家堆立交随同昆明南连接线在2014年底交工验收，经过5年多的实践检验，其交通量发展和设计时的预测结果基本一致，达到了实际的设计效果。

根据《昆明城市交通发展年度报告2017》实测地面交叉口服务水平和早、晚高峰路段行驶车速显示服务状态良好，地面交叉口延误时间小于15 s，早、晚高峰立交行车速度分别为24 km/h和35 km/h。

2019年10月本项目正式竣工验收前，昆明市交通局组织对南连接线进行了项目后评估，实测的立交交通量如图10所示。由图10可知，实测交通量与预测情况基本吻合，转向及路段服务水平较好，能够满足交通需求，达到了预期的设计构想。

图10 徐家堆立交现状高峰小时流量（pcu/h）

6 结语

从徐家堆立交整个设计过程和后期评估来看，结合周边限制条件和方案变迁后，可以得出如下类似异形立交改建的经验：

1）高速公路与城市道路互通异形立交在设计时，不应按照常规公路立交各转向均需保证的要求来布置立交形态，而是应该牢牢抓住主要交通流向分析这个关键点，利用城市道路路网密集，于高速公路互通时立交间距相对较近的特点，形成立交群的概念来尽量简化立交形态，切忌贪大求全。

2）该类立交在设计时应高度重视交通量预测，尽量采用交通仿真对立交形态进行验证，立交匝道的取舍应建立在交通量验证的基础上。

3）立交形态选择时应保证明确的指向性，匝道出口方向布置应与周边立交一致，尽量避免左出的情况，诱导系统应为使用者提供较为简单的行驶判断，才能在使用时取得最好的效果。