互通式立体交叉改扩建关键技术研究

杜艳花

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

互通式立体交叉是高速公路之间、高速公路与地方公路之间的交通转换节点，是高速公路改扩建工程的重点及难点。互通式立体交叉改扩建，应在适应路网结构和交通量需求的前提下，以既有工程为基础，根据相交公路的功能和等级、建设条件、工程规模、施工难度、施工工期、交通组织等因素，综合确定方案[1]。

本文主要对互通式立体交叉改扩建附加车道及连接部设计、小净距互通式立体交叉改扩建设计，以及收费站改扩建设计进行探讨研究，并以实体工程为例介绍互通立交改扩建方案。

1 改扩建设计要点

a）互通立交改扩建设计必须以《公路工程技术标准》JTG B01—2014[2]为依据，满足《公路路线设计规范》JTG D20—2017[3]、《公路立体交叉设计细则》JTG/T D21—2014[4]中对互通间距控制、主线线形、进出口形式、车道连续及平衡等的规定。

b）检查采用旧规范设计的互通技术指标，修正优化不满足现行规范的互通立交。

c）互通立交改扩建设计应该采用较高的技术指标，通常情况下，改造后的互通立交线形指标、通行能力等要比改造前有所提升。当受地形、地物及地质等条件限制时，如改扩建设计既能适应预测交通量，又能保证行车安全、舒适及视距要求，为了节约造价，可以适当降低原设计标准。

2 关键技术研究

2.1 改扩建附加车道及连接部设计

2.1.1 附加车道设计

附加车道主要包括加减速车道、辅助车道和集散车道，设计要点如下：

a）改扩建后变速车道的长度和类型应按转向交通量、主线设计速度和平纵面指标选取现行规范值。

b）双车道匝道出口设置辅助车道的长度，2017版《公路路线设计规范》规定了一般值和最小值。改扩建工程中，当交通量增加较大时，不应小于一般值，当受原有工程、地形、构筑物（特大或特殊结构桥梁、隧道）等影响，交通量增加较小时，可选用最小值。

c）为了避免主线分合流处交织车辆对主线直行车辆的干扰，则需在主线外侧设置集散车道，集散车道与主线的连接部应按变速车道设计，匝道与集散车道连接部宜按匝道相互分、合流设计。

2.1.2 出、入口连接部设计

互通式立体交叉改扩建设计应满足一致性原则，即互通式立体交叉形式、几何构造及信息分布等应与驾驶人期望相一致[4]。

a）互通式立体交叉应建立起右侧出口的一致性，出口匝道应统一设置于主线右侧。

b）宜将近距离的多个出口合并为单一出口，使驾驶人在主线出口处有单一的选择。其后的分流放至匝道或集散车道上，但两次分流点之间距离应满足规范要求。

c）出口连接部应按照一致性原则进行改造，虽全线互通立交形式不尽相同，但全线均采用右侧单一出口，且全部出口鼻端均设于跨线桥之前，使全线出口方式得到统一。

d）若无法满足交织交通量需求时，首先考虑增加交织段长度或车道数。若交织段通行能力仍不满足要求时，就需要考虑设置匝道分离交织段、减少交织交通量或消除交织段。

e）要保证车道的连续性，如连接部车道数不平衡时，宜设置辅助车道、改善连接部几何构成或调整车道布局等措施来解决。

f）当相邻端部距离过近时，应按规范中要求的最小间距对匝道进行调整。

2.2 小净距互通式立体交叉改扩建优化设计

互通式立体交叉之间，互通式立体交叉与服务区、停车区、客运汽车停靠站之间的最小净距不应小于1 km；小于1 km且经论证必须设置时，应将两者合并设置为复合式互通式立体交叉[3]。

2.2.1 复合式互通立体交叉连接方式

复合式互通式立体交叉可采用3种基本的连接方式：

a）采用辅助车道将两互通式立体交叉的上一入口至下一出口连通。

图1 辅助车道连接方式

b）采用集散车道将主线一侧的所有出口、所有入口连通，在主线上形成一次流出、一次汇入的方式。

图2 集散车道连接方式

c）采用分离式车道，即匝道相连的方式，形成互通间无交织的运行方式。

图3 分离式车道连接方式

2.2.2 复合式互通立体交叉连接方式的选择

a）一般式互通立体交叉或一般式互通立体交叉与服务区（停车区）构成的复合式互通立体交叉可选择辅助车道连接方式。

b）一般式互通立体交叉与枢纽式互通立体交叉组成的复合式立体交叉应采用集散车道连接方式；交通量较大、交织距离较短、有双车道变速车道匝道时，应选择分离车道连接方式。位于中西部地区，并且转向交通量较小时，经分析论证并对通行能力验算后，可采用辅助车道连接方式。

c）两处枢纽式互通立体交叉组成的复合式立体交叉应选择分离车道连接方式。

不论选择哪种连接方式，均应对两处互通立体交叉之间的交织区域进行通行能力分析验算，而且交织段长度不应小于600 m。

2.3 收费站改扩建设计

2.3.1 存在问题

随着路网的不断完善，交通量的快速增长，大部分改扩建高速公路收费站通行能力已接近饱和，部分收费站与匝道分合流鼻、平面交叉距离较近，收费站进出口纵坡较大，而且设施陈旧，早期修建的收费站不设ETC车道，不能为驾乘人员提供方便、快捷的服务。此外，部分收费站入口处治超站设置不规范，影响收费站及平交口处通行能力，车辆通行混乱，交通事故频发。

2.3.2 优化设计

a）收费站广场 对于不满足现行规范的平纵面指标进行优化，尽量达到规范规定一般值。

b）匝道收费站广场中心线至匝道分岔点的距离不宜小于100 m，且不应小于75 m，至被交路平面交叉点的距离不宜小于150 m，不能满足时，应增设等待车道[3]。

c）改扩建收费站应设一进一出2条ETC车道，收费车道宽度及收费站广场路基宽度应按照新规范执行。

d）改扩建收费站广场收敛渐变率应满足现行规范要求。

e）匝道收费站入口侧需设置治超点，治超点应设置一主一备2条检测车道[5]。同时，治超检测车道出口应设置右转劝返车道，确保超限货车能够实施右向调头。

3 大盂枢纽方案设计——小净距互通改扩建设计

3.1 项目概况

大盂枢纽位于阳曲县景庄村南侧，为北二环高速与二广高速的交叉节点，其主要功能是实现北二环高速与二广高速的交通流转换。互通方案见图4，图中虚线为二广高速原大盂互通，大盂枢纽设置于距二广高速原大盂互通北侧1.74 km处，两互通之间最小净距为203 m，不满足规范规定的最小净距要求，属于典型的小净距互通。北二环高速为四车道高速公路，设计速度为100 km/h，路基宽度26 m，为新建项目；二广高速为准六车道高速公路，设计速度为100 km/h，路基宽度27.5 m，已运营10多年，运营状况良好。互通范围内，北二环高速及二广高速平纵面指标均较好，满足互通设置条件。

图4 大盂枢纽方案平面图

3.2 互通方案设计

根据交通量预测结果（见图5），大盂枢纽节点北二环凌井店方向与二广高速大同方向转向交通量最大，为19 214 pcu/d（双向），单向匝道最大小时交通量为1 199 pcu/h，左转匝道采用半定向匝道。其余方向转向交通量最大为8 690 pcu/d（双向），单向匝道最大小时交通量为542 pcu/h，左转匝道采用环形匝道即可满足通行能力要求。结合路网规划、地物限制，以及为了减小交织路段，该枢纽节点采用对角象限变异苜蓿叶形方案（见图4）。二广高速大盂互通为A型单喇叭方案，平纵指标较好，路段通行能力好，现状运营状况良好，转向交通量较小，目前收费站为2进3出5车道规模，经验证，完全能满足现有交通量需求。结合路网规划及交通量分析，大盂枢纽与大盂互通采用辅助车道连接方式组成复合式互通，太原至大同方向，两互通鼻端间距为1 640 m，大同至太原方向，两互通鼻端间距为1 505 m，完全满足规范规定鼻端间距为1 100 m的要求，也满足交织段长度不小于600 m的要求。

图5 交通量预测图

3.2.1 出入口连接部设计

D、E匝道及C、G匝道以单一出口从主线分流，而后在匝道上再进行分流，鼻端间距均满足规范要求。D、G匝道及C、E匝道在匝道上先进行合流，而后以单一入口与主线合流，鼻端间距均满足规范要求。

3.2.2 交织区通行能力分析验证

根据《公路通行能力手册》[6]对大盂枢纽和大盂互通之间交织区进行通行能力分析验算，计算得出交织区负荷度V/C=0.57，查交织区服务水平分级表可知，交织区处于3级服务水平。计算得出交织区平均运行速度为81 km/h，即速度差为19 km/h，查表可知两互通交织区属于3级1等服务水平。根据《公路工程技术标准》规定，高速公路服务水平应不低于3级，互通式立体交叉的分合流区段以及交织区段，设计服务水平可降低一级[7]。该节点互通交织区属于3级1等服务水平，完全满足通行能力水平。所以该项目小净距互通的连接方式及方案设计合理。

4 结语

随着高速公路网的不断完善，以及交通量的不断增长，互通立交改扩建已成为制约高速公路发展的关键节点。尤其是小净距互通立交改扩建、收费站改扩建，以及改扩建中附加车道及连接部设计是互通立交改扩建的重点和难点。本文对互通立交改扩建的关键技术进行了总结和论证，并以大盂枢纽为例说明小净距互通的改扩建方案，为其他互通改扩建提供参考。