城市道路互通立交优化设计研究

樊聪镐 郑宗鹤

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）

1 概述

近年来，城市道路拥堵现象日益明显，在交通高峰期车辆通行质量差、交通污染多。之前，我国采用城市道路平面交叉形式解决交通拥堵问题[1]。但是平面交叉口在设计方面缺少对交通量的预测功能，导致交通量暴增时，平面交叉口难以提高路网运输效率[2-4]。城市道路互通式立体交叉口在城市快速路及主干道设计时能够有效解决交通量拥堵的问题。互通式立交将城市道路各方向进行分层分离通行，实现了空间分离并且增加了交通的通行效率，降低了城市道路的拥堵现象[3]。互通式立交不仅能够提升车辆通行效率，而且在交通安全及交通污染方面具有优势。由于实现了立体交通，将车辆进行分离持续通行，避免了对向来车，减少了停车次数，能够增加车辆通行率，降低交通事故发生率及交通污[5-8]。结合实践工程，互通式立体交叉的通行效率为平面交叉口的3-6 倍，并且事故率仅为平面交叉的20%-30%。但是互通式立交占地面积大工程造价高，且交通组织形式复杂，对互通式立交的设计及建造是保证其使用功能的关键[9-12]。本文以孝感某城市道路为例，通过对该道路通行状况分析，进行交通量预测。根据互通式立交设计特点，对该项目进行立交方案设计，选择最佳方案。

2 工程概况

2.1 项目背景

该项目来源于孝感市互通式立体交叉建设项目。根据图1 项目位置图能够得到，该城市道路全长5.68km，处于孝感市经济开发区中心位置，该互通式立交东接澴川路、西接北京路，南北由董永路连接，形成四方来车的城市主干道。并且在打通的董永路连接G107 国道，能够实现城市的快速运行，拉近城市发展距离。其功能主要是对东西南北四个来向的车辆进行分流缓解交通压力，在该区域内存在孝感东站，交通量持续增加，人口密集且运行形式复杂。

图1 项目位置图

该项目通行现状受到G107 交通量及孝感东站人流量压力，在春节等节假日城市道路堵塞严重，影响车辆出行，降低城市面貌。该互通式立交的建成，能够有效解决四面来车拥堵问题，行车东西、南北两条主干道，通过设置匝道实现车辆的有效分流，减小通行压力，实现两地交通的快速连接。该城市道路设计速度按照城市主干道设计确定为60km/h，车道形式采用双向4 车道，路面半幅宽度为11.5m。

2.2 交通现状评价

2.2.1 周边道路运行评价。由图1 项目位置图分析得到，该互通式立交连接四个方向道路，且连接道路均为城市主干道。澴川路全长10.8km，连接城市东部道路，双向六车道。北京路全长15.8km，主要连接城市西部交通主干道，采用双向四车道。董永北路临近孝感东站，预计将董永路南北打通，行车城市南北主干道，设计车道为双向四车道，是互通式立交设计的主要城市主干道。并且董永路打通后，在北部需要与G107 国道相连接，缩短城市与城市之间距离，但是G107 的连接增加了董永路的交通压力。

2.2.2 交通量分析。交通量是城市道路设计的重要指标，采用人工调查法对该互通式立交连接的四个方向道路进行交通量调查，调查24h 内的交通量数据，调查结果如表1 所示。

表1 交通量现状

根据对该互通式立交连接的四条城市道路交通量调查，得到四条道路中董永路交通量最大，且车辆多为标准车，并且非机动车与行人数量较多，其通行方式为典型的机非通行。因为董永路临近孝感东站，车站附近车辆与行人众多，如不施行分类分层通行，交通压力较大、通行质量差且易造成交通施工，根据调查董永路的日交通辆在5-6 万之间，超过其设计交通量25%-35%，平均行车速度为45km/h，与设计速度相比降低26.7%，并且交通形式复杂，交通事故发生频率高。董永北路在城市道路总体规划中需要与董永路打通，董永北路日交通量为4-5w，并且非机动车辆交通量较多，目前为了缓解交通量压力将董永北路交通施行绕行，但是两条城市主干道打通之后，粗略估计日交通量突破10w，按照规划董永北路将接入G107 国道，造成该主干道交通量增加，因此该城市道路主干道打通后的交通问题仍然非常严重。由于该项目位于城市东部，北京路与澴川路交通量相比而言较小，日交通量在2-3w之间，且行人较少，道路交通压力较小。

3 城市互通式立交设计方案

根据孝感市某城市道路项目概况，需要对城市道路进行互通式立体交叉设计。但是在设计时发现董永路与董永北路尚未打通，不能准确进行交通量预估。交通量预估不准确易造成城市立交不能满足使用要求，浪费工程资金。因此在进行互通式立交设计之间首先对未打通的两条城市道路进行交通量预估。

3.1 交通量预估

该项目地理位置特殊，位于孝感东站附近。两条未打通的道路董永路与董永北路均在车站辐射圈，其交通量特点为车流量大，交通方式复杂、行人较多以及日交通量持续性强，但在节假日期间该区域交通量会呈现爆发式增长。由于该城市道路主要服务于客运，并且按照设计需要于G107国道相连接，通行车辆类型主要为小客车、大客车以及部分大货车。该道路尚未打通，不能对打通后道路交通量进行准确预估，因此采用交通量预估的“四阶段”法进行预估，即对城市道路交通量的发生和吸引，交通分布，交通方式规划，交通分配四个阶段进行规划。根据特征年的交通量分布，将特征年的交通量进行分配至规划路网中，得到打通后董永大道的日交通量。将打通后道路的交通量进行分布计算，得到该城市道路的转向交通量，如表2 所示，以此作为互通式立体交叉的设计依据。

表2 互通式立交各转向交通量预测结果（辆/天）

3.2 互通式立交设计方案

董永大道是孝感市重要的纵向通道，其纵向交通量较大且左右转弯车辆较多。因此将董永大道定为立交的主干道，北京- 澴川路交通量较少，且交通方式较为简单。根据两条主干道的概况，选用互通式立交形式，由于该互通式立交为四路交叉，将董永大道设为互通立交上层，保证交通量的有效分流，将北京- 澴川路设为互通立交下层，能够有效实现车辆的转弯与通行质量。根据互通式立交线形选择，能够选择有苜蓿叶型、钻石型、圆型以及直连型如图2 所示。根据选跨步骤，确定互通式立交上下层后，按照互通式立交转向交通量预测结果，合理设置闸道，根据该立交左转交通量较大的特点，将匝道形式可确定为定向式或半定向式。因此，该项目根据工程实际情况，提出了两种互通式立体交叉设计方案，分别为方案一苜蓿叶+定向组合方案，方案二环形+定向组合方案。

图2 立交分类图

3.2.1 苜蓿叶+定向组合方案。苜蓿叶+定向组合方案的立交形式为上下互通式立体交叉枢纽，按照立体形式分为上下两层，实现人车分离，将四条城市道路的交通量进行分流整合，其设计方案如图3 所示。根据日交通量划分，确定董永大道为该互通式立交的城市主干道。将董永大道设置在互通式立交的上层，在董永大道北部设置专用匝道，把匝道与G107 国道相连接，借助苜蓿叶线形顺势把G107 交通量按照车辆运行反向进行分流，减少主干道的交通量，提升通行效率。把北京路与澴川路设置在互通式立交的下层，保证两条道路的通行质量，在转弯处设置匝道，实现车辆的自然转向，避免对向来车造成交通事故。苜蓿叶+定向组合方案的方案设计，既考虑了城市主干道车辆直行的问题，又考虑到交通量的转向与分流。在交通量较少的北京- 澴川方向设置地下人行通道，解决孝感东站人口密集度大，人流量大的问题，实现人车分流的理念，避免出行混合交通，降低车辆通行质量以及交通事故的频发。由于董永大道北部左转交通量较大，在左侧设置左转匝道，减小上层主干道的交通量，提高互通式立交的安全性。

图3 苜蓿叶+定向组合方案平面图

3.2.2 环形+定向组合方案。环形+定向组合方案同样采用互通式立体交叉，其设计方案如图4 所示。该方案考虑到在离开孝感东站的车辆向东向西行驶时，需要沿匝道进行绕行，造成通行时间增加，路网设置不够便捷的问题。在进行线形设计时放弃了苜蓿叶线形，而是采用东西两条主干道十字交叉通行，在上主干道外围设置环形路网，实现孝感东站车辆的自由转向，在车站处增加匝道入口，便于车辆进入车站。但是该方案由于放弃了苜蓿叶线形，造成车辆在行驶过程中的转弯半径过大，出行时易产生旋转行车的问题，并且十字交叉主干道，不能有效缓解董永大道的交通堵塞问题，只是采用环形匝道实现车辆行驶时间差，解决主干道交通堵塞的能力有限。

图4 环形+定向组合方案平面图

互通式立交在进行立交匝道设计时，根据相关规范规定，互通式立交主干道按照原城市道路设计速度进行设计，匝道设计速度为原城市道路设计速度的60%-70%。匝道方向确定时应选取原道路设计速度的70%，一般匝道选取原道路设计速度的60%。因此，互通式立交上下二层主干道设计速度为60km/h，确定方向的匝道设计速度为50km/h，一般匝道设计速度为40km/h。

3.3 方案比选

根据该工程项目概况提出的苜蓿叶+定向组合方案以及环形+定向组合方案都能够有效的解决城市主干道董永大道交通量拥堵的问题。但是从互通式立交线形设计方面分析，方案一苜蓿叶线形更具有优势，因为苜蓿叶线形将上层主干道的交通量进行有效分流，把车流量分为3 类，一类是董永大道南北走向的交通量，另外两类分布为左转右转交通量。根据互通式立交各转向交通量预估结果，能够发现董永大道北段车辆左右转弯量较大，采用苜蓿叶线形能够在不影响主干道直行通行效果下，实现左右转弯的交通量分流，并且这样的线形设计缩短行驶距离，节省行驶时间。从工程经济性方面考虑，方案一造价主要在苜蓿叶线形段需要配合匝道进行设计，工程造价较低，而环形设计增大了道路的转弯半径，从而增加了施工工程的价格。从施工难易程度方面考虑，方案一的交通组织形式较复杂，虽然能够有效缓解城市高峰期交通拥堵线形，但容易使驾驶员在互通式立交桥上迷路，施工难度较复杂，交通设施分布繁琐。方案二从施工方面分析，施工方法简单有效，但是施工过程中由于城市道路半径较大，对施工控制要求较高，且驾驶员在行驶过程中易出现眩晕状况。

通过对两种方案在互通式立交线形设计方面、工程经济方面以及施工难易程度方面进行综合分析，确定方案一苜蓿叶+定向组合互通式立交设计为最终方案。

4 结论

综上所述，以孝感市某城市道路互通式立交设计为例，根据工程概况，分析了该项目设置互通式立交的功能性及必要性，通过对该项目周围四条城市道路交通量分析，采用四阶段法对互通式立交各转向交通量进行预测。根据交通量预测结果及工程概况，提出苜蓿叶+定向组合互通式立交以及环形+定向组合互通式立交，对两种方案进行比选，最终确定设计苜蓿叶+定向组合互通式立交。