互通式立体交叉部分设计要点分析

肖均华、黄朝焘、付朝雷

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550081）

0 引言

在高等级公路或城市快速路中，为保证主线行车的连续性、快捷性，在主线与被交道路交叉位置一般选立体交叉方式。立体交叉设计中，设计人员在匝道形式及设计速度的选用，主线圆曲线外侧匝道接线方式的选取，分、汇流鼻位置超高选取与曲率半径相适应，B 型单喇叭出口接环形匝道的设计等方面存在误区。以《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）[1]为基础，结合《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）[2]，参考《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）[3]的相关规范条文，结合工程中实例对其进行分析，以便设计人员能更好地掌握互通式立体交叉的设计原则和方法，提升设计质量。

1 匝道形式、断面及设计速度的选用

在互通式立体交叉中，为提高各转向交通运行效率，保证各个方向交通转向互不干扰，往往需要设置互通匝道。匝道按照规范可分为直连式、半直连式和环形匝道等基本形式。匝道断面可分为Ⅰ型（单向单车道匝道），标准路基段路基宽度9m；Ⅱ型（无紧急停车带的单向双车道匝道），标准段路基宽度10.5m；Ⅲ型（有紧急停车带的单向双车道匝道），标准段路基宽度12.25m；Ⅳ型（对向分隔式双车道匝道）。结合相关规范及项目应用实践，对上述匝道连接形式的适用情况、速度选取、断面选择进行归纳总结。

1.1 直连式

在具体的项目应用中，直连式（标准型）往往专指右出右进的右转匝道，主要为直接右转向车辆使用。一般互通式立交设计速度选用40～60km/h，枢纽式互通立交选用60～80km/h。设计中，宜尽量选用较高指标平纵面线形，采用指标上限值或中间值。较短的右转匝道，往往采用Ⅰ型匝道；当匝道长度大于500m 时，应考虑超车需要，采用Ⅱ型匝道，此时采用单车道出入口；若右转交通量极大，可采用Ⅲ型匝道，出入口采用双车道。

1.2 半直连式

根据连接方式，半直连式可分为右出左进、左出右进、右出右进[4]。项目应用中，主要为左转车辆使用，绝大多数半直连式采用右出右进式。根据行车轨迹，右出右进半直连式可分为内转半直连式、外转半直连式、迂回半直连式三种。

内转半直连式设计速度宜选用60～80km/h；外转半直连式设计速度宜选用40～60km/h；迂回半直连式设计速度宜选用30～60km/h。设计中，枢纽互通式立体交叉宜选用较高指标平纵面线形，采用指标上限值或中间值；一般互通式立体交叉可结合地形布设，采用指标的中间值或下限值。左转半直连式匝道较长，如仅考虑超车需要，采用Ⅱ型匝道，此时采用单车道出入口，如交通量大，采用Ⅲ型匝道，出入口采用双车道。

1.3 环形匝道

若左转匝道的交通量较小，可选用环形匝道[5]。环形匝道常在喇叭互通、苜蓿叶枢纽中使用，设计速度宜选用30～40km/h，采用单车道形式。

2 主线圆曲线外侧匝道接线方式的选择

当匝道接线位于主线直线段和圆曲线内侧时，匝道减速车道接线形式唯一，参照规范接线执行。接下来对疑义较多的位于主线圆曲线外侧的匝道减速车道接线进行分析。

2.1 分类情况

依据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中11.3.8 条、《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）中10.2.8 条，主线圆曲线半径值及超高的取值主要分为以下几类：

主线圆曲线半径大于2000m 且主线超高小于等于3%；

主线圆曲线半径小于2000m 或主线超高大于3%；

主线圆曲线半径小于或等于《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）表5.5.1 规定的一般最小值。

2.2 实例分析

根据规范条文，主线圆曲线外侧匝道接线有以下几种方案。

第一，当主线圆曲线半径大于2000m 时，可采用直线+缓和曲线+圆曲线的完整回旋线的接线方式，此方式在《城市道路交叉口设计规程》（CJJ 152—2010）中有相关规定。采用此接线方式时，匝道减速车道鼻端位置宜采用与主线超高相反的横坡，横坡取值范围可选取1%～2%。当主线圆曲线半径小于等于2000m 时，不宜采用此种接线方式。在杭绍台高速公路工程绍兴金华段福全互通立交设计中，主线圆曲线半径为4200m，减速车道D 匝道位于圆曲线外侧，减速车道D 匝道采用直线+缓和曲线+圆曲线的接线形式（见图1）。

图1 福全互通平面图

第二，主线圆曲线半径大于2000m 且主线超高小于等于3%时，减速车道范围内可采用与主线相同的线形。互通匝道与主线相接时，可采用主线的圆曲线偏置支距和控制流出角后直接接线的方式。采用此种接线方式，匝道减速车道鼻端位置宜采用与主线超高相同的横坡。当主线圆曲线半径小于等于2000m时，不宜采用此种接线方式。在国高网G8012 弥勒至楚雄国家高速公路玉溪至楚雄SJ-3 标段东华互通立交设计中，主线圆曲线半径为3074.056m，减速车道D匝道位于圆曲线外侧，D 匝道接线方式采用主线圆曲线按支距偏置后（R=3085.556m），按减速车道流出角要求接线（见图2）。

图2 东华互通平面图

第三，主线圆曲线半径小于等于2000m 或主线超高大于3%时，则需在分流鼻端范围内，设置S 形回旋线向匝道的线形过渡。结合相关设计依据，采用此种接线方式时，建议采用平行式接线方式，接线起点为减速车道起点。匝道减速车道鼻端位置宜采用与主线超高相反的横坡，横坡的取值范围可选取1%～2%。在西安外环高速公路（南段）西沣互通立交设计中，主线圆曲线半径为1950m，D 匝道减速车道位于圆曲线外侧，D 匝道平面设计在分流鼻端范围内，设置A=300 和A=150 的S 形回旋线向匝道过渡接线方式（见图3）。

图3 西沣互通平面图

主线圆曲线外侧匝道减速车道接线方式应符合规范要求，可根据实际情况选用上述三种接线方案，其余接线方案均与规范要求不完全相符[6]。

3 分、汇流鼻端位置匝道超高计算及曲率半径的选取

互通立体交叉设计中，根据规范要求，可以以分、汇流鼻端的曲率半径为低值控制匝道的圆曲线半径。部分设计人员在选取超高时考虑将匝道设置在直线或圆曲线内侧，选用与主线相同超高，导致匝道选取的超高与对应的曲线半径不符，这样容易因离心力过大而影响行车舒适性。如主线设计速度为120km/h，正常路拱横坡为2%；匝道设计时鼻端位置曲率半径按《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）选用一般值R=350m，鼻端位置采用与主线相同的横坡值，匝道超高取值为2%。而根据立交细则表9.2.5 匝道圆曲线路段超高值，在匝道设计速度为60km/h，圆曲线半径为R=350m 时，最大超高选用6%的情况下，超高应选用4%，两者差距较大。同时，匝道出入口鼻端运行速度往往比设计速度更高，结合匝道的运行速度，此种做法存在一定的安全风险。针对此种情况，应通过超高计算确定匝道的横坡取值。

圆曲线半径、横坡、设计速度对应关系如下：

式（1）中：R——圆曲线半径（m）；

V——设计速度（km/h）；

u——横向力系数，取轮胎与路面之间的横向摩擦系数；

i——路面横坡或超高横坡。

以主线正常路段横坡按2%选取为例。高速公路不同设计速度分、汇流鼻平曲线的最小曲率半径R=350m，R=300m，R=250m，R=200m，R=150m。在枢纽互通中，匝道设计速度经常选用取60km/h（不考虑运行速度），以此作为计算示例。匝道横坡取2%，对应鼻端曲率半径计算的横向力系数如下：

当曲率半径R=350m 时，u=0.6099；

当曲率半径R=300m 时，u=0.0745；

当曲率半径R=250m 时，u=0.0933；

当曲率半径R=200m 时，u=0.1217；

当曲率半径R=150m 时，u=0.1690；

根据规范要求，为保证车辆行驶的安全性和舒适性，横向力系数u 取值为0.05～0.06 较为合适；当横向力系数小于等于0.1 时，转弯时感觉不到有曲线的存在，行驶很平稳。

在车辆运行过程中，运行速度往往比设计速度更高，故为保证行车的安全性和舒适性，在鼻端位置匝道设计中，应结合匝道的设计速度，优先采用与主线横坡相匹配的匝道平曲线曲率半径。条件受限时，应选取主线正常路段或圆曲线内侧建议选用横向力系数小于等于0.1 时的平曲线曲率半径对应的超高值；圆曲线外侧反向路拱匝道超高应取鼻端处匝道横坡与主线横坡的代数差，且不应大于6%。

4 B 型单喇叭出口接环形匝道需注意的要点

在互通设计中，设计人员往往容易忽略B 型单喇叭互通出口匝道接环形匝道的要求，按主线设计速度选取同一个标准进行设计[7]。结合《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）要求，B 型单喇叭出口匝道的设计需注意以下几点要求：

第一，因主线出口接环形匝道的平面指标较低，宜采用高一个设计速度档次的变速车道长度。

第二，大部分环形匝道设计速度采用40km/h。立交细则上设计速度采用40km/h 时，圆曲线最小半径极限值为R=50m；但路线规范规定，设计速度40km/h 时，圆曲线最小半径极限值为R=60m。故当采用出口环形匝道时，为保证行车的安全性，环形匝道内侧圆曲线半径宜按R=60m 控制，如条件受限，半径小于R=60m，则建议将匝道的设计速度降低一个档次进行限速设计。

5 结语

结合规范及以往设计经验，对匝道形式及设计速度的选用，主线圆曲线外侧匝道接线方式的选择，分、汇流鼻端位置匝道超高计算及曲率半径的选取，B 型单喇叭出口接环形匝道设计需注意的要点等进行了分析，希望为设计人员提供参考，在互通设计中规避设计不规范的问题，消除行车安全风险。