基于三岔交叉的枢纽互通式立交方案设计分析

向青青　程伟

摘要 文章结合两条高速公路三岔交叉的枢纽互通的工程实例，为有效确保主交通线的连贯性，对互通匝道及主线连接部位立交方案实施科学验算，评估该部位实际服务能力。基于该枢纽互通式立交设计，实施专业分析可知：为有效确保该部位的实际通行能力及交通通行安全，并最大限度地保证道路主线的连贯性，对原设计T型枢纽互通实施优化和改进，采用Y型主线分合流结构形式，大大提升交通通行的安全性和流畅性。

关键词 三岔交叉;枢纽互通;立交方案设计

中图分类号 U412.35 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）11-0043-03

引言

近年来，我国的公路交通压力越来越大，许多长期运营的枢纽互通式立体交叉已远远不能满足实际需求，经常造成大规模堵车现象，交通安全事故频发。为此，如何科学合理地进行三岔交叉枢纽互通式立交方案设计，全面提升其服务水平及安全通行能力，已成为亟须解决的问题[1-2]。文章根据某高速公路的枢纽互通立交设计，从实际交通通行需要着手，全方位论述了通行性能、服务水平以及通行安全在互通式立交设计中的具体应用，深入分析了设计方案的科学性及合理性。

1 基于交通需求的流线形式

交通流线形式不仅要满足几何尺寸、通行安全的具体要求，还要满足实际的交通需要。对通行能力造成影响因素的除车道数量外，最主要的便是行车速度。因此匝道线形等级和行车速度、行车速度和通行能力之间互相影响、相互制约[3-5]。匝道形式与其他要素关系如图1所示。

2 工程设计概况

该项目为高速三岔交叉互通式立交，A高速公路（甲地至丙地）基本概况：设计车速120 km/h，双向六车道，规划路基宽度为34.5 m;B高速公路（乙地至丙地）概况：设计车速120 km/h，双向四车道，规划路基宽度27 m。A、B工程全部处于设计环节，且二者进度总体相同。

因A、B两工程主线路交通量大，设计标准存在显著差异，若仅从互通结构形式和线形方面进行论证，无法证明设计方案的合理性。为此，文章全面分析交通流连贯性、匝道线路及匝道与主线路连接部位通行性能和服务水平。

2.1 主交通流线的连续性

該高速公路工程为A、B两高速互通项目，但由于A高速为双向六车道、B高速为双向四车道，从技术层面出发，应将甲地至丙地方向设置成连续主线[图2（a）]。若根据业主要求实现单个项目连贯性，宜将乙地至丙地方向设置成连续主线[图2（b）]。

2.1.1 匝道基本段通行能力与交通流线形式的适应性

该项目三岔交叉中道路流线为：甲地至丙地方向主线连续[图2（a）];乙地至丙地方向主线连续[图2（b）]。

由图2可知，在甲地至丙地方向转向小时车辆通行量为2 895 pcu/h，基本与设计车速80 km/h双车道匝道设计小时通行量最大值2 900 pcu/h相同，同时，由于主线为双向六车道设计，因此不能采用乙地至丙地主线连续，甲地至丙地方向匝道连接的形式。乙地至丙地方向转向小时车辆通行量为2 581 pcu/h，能够采取设计速度为80 km/h双车道匝道方式并入甲地至丙地方向。

2.1.2 匝道—主线连接处通行能力与交通流线形式的适应性

乙地至丙地方向转向小时交通量，尽管可以通过匝道形式并入甲地至丙地方向，但由于甲地至丙地方向主线车辆通行量巨大，因此必须更加深入的检验连接位置交通性能和服务性能是否符合实际交通需要。入口匝道—主线连接部位具体验算方式，如图3所示。

该工程上游和下游匝道相距较远，相邻匝道不影响分析匝道，故PFM应用如下公式计算：

（1）

式中，PFM——在合流位置上游主线车道1和车道2总体的道路交通流量和该方向的总体道路流量之间的比率（%）;LA——加速车道实际长度（m），根据《公路路线设计规范》LA取400 m。

（2）

式中，Q12——进入合流干扰范围内的主线道路最大流量（pcu/h）;QF——匝道位置行车道驶向合流区的最大通行量（pcu/h）;PFM——在合流方向主线上游车道1和车道2总体的道路车辆通行量和该方向总体车辆通行量之间的比值（%）。

（3）

式中，Q12——进入合流内主线最大流量（pcu/h）;QR——匝道最大通行量（pcu/h）。

结合“公路交通性能研究”QR12>CR12=3 600但总的车辆通行量QFO=5 476

（4）

式中，KR——合流影响区每千米的车流量（pcu/km）;其余指标参数依据式（1）～式（3）。

结合“公路交通性能研究”（表1）能够证明该匝道综合服务性能为四级。

表1 高速公路分、合流干扰区行车流量

序号 服务水平 pcu车流密度/（km·1n）

1 一级 ≤7.0

2 二级 >7.0～12.0

3 三级 >12.0～18.0

4 四级 >18.0～25.0

5 五级 >25.0～35.0

6 六级 >35.0

出口匝道—主线连接处合理性验算，见图4。

（5）

式中，PFD——在分流位置上游主线车道1和车道2总体的道路交通流量和该方向的总体道路流量之间的比率（%）;QF——驶入分流区的通行量;QR——匝道最大通行量。

（6）

式中，QR12——进入分流干扰区域内的主线车道最大流量（pcu/h）;QFO——汽车驶出道路分流影响区域的总车辆通行量（pcu/h）;PFD——在分流方向主线车道1和车道2总体的道路车辆通行量和该方向总体车辆通行量之间的比值（%）。7186E111-C71D-4931-B932-5B46AAE441C0

结合“公路交通性能研究”QR12>C12=3 400但总的车辆通行量QF=5 476

（7）

式中，KR——分流干扰区内车辆通行量（pcu/km）;LD——减速车行道实际长度（m），根据《公路路线设计规范》LD取225 m。其余指标参数依据式（6）。

结合“公路交通性能研究”（表1）能够断定该匝道实际服务性能为四级。

《公路立体交叉设计细则》表明，互通式匝道的出、入口位置以及与主线连接部位的服务水平相较于主线可降低一个等级，但最低应为四级。由分合流干扰区域交通通行性能效果图可知，该干扰区域内的通行状况及实际服务性能涉及主线外部区域，若服务水平较低，会严重降低主线的通行性能和服务水平[6-8]。基于此，决定互通设计应采用主线分流与合流的结构类型。

2.2 互通式立体交叉方案研究

互通式立体交叉方案，如图5所示。

主线分合流结构立交方案次交通量方向匝道进、出口位置通行能力及服务水平，如表2和表3所示。

通过上表能够看出，匝道周边区域交通流率明显低于交通通行性能，即车流量相对较小，并且主线分合流结构中匝道进、出口与主线连接部位的服务水平均高于主线服务水平。综上所述，主线分合流结构满足了交通通行的实际需求，并确保了交通通行的安全性和稳定性，保证了通行性能及交通流线连续的科学性和合理性，充分证明主线分合流设计方案具有可行性[9-10]。

3 结论

根据交通需求的互通式立交方案设计，主要是对互通式立体交叉方案实施优化和完善，将其设计的要点由线形方面转变为交通通行性能和通行安全。通行性能和服务水平的验证是设计中最关键的环节，对方案设计有决定性作用。

互通一致性和连贯性是有效确保交通通行安全的重要设计原则，出口的合理性、车道的连贯性以及畅通性是设计的重中之重。车道连贯性主要涉及交通主线路的连贯性、车道通行的连贯性、行车速度的连贯性。相关技术标准规定，匝道出、入口位置以及与主线连接部位的服务水平相较于主线可降低一個等级，但最低不得低于四级，服务水平要尽可能和主线保持相同。

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收稿日期：2022-04-06

作者简介：向青青（1989—），男，本科，工程师，研究方向：公路路线与桥梁设计。7186E111-C71D-4931-B932-5B46AAE441C0