某枢纽互通式立交方案设计分析

孙兴

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

枢纽互通式立交是一种常见的立体交叉形式，是指在两条或多条道路相交或相邻的地点，利用匝道与主线相连，实现各个方向车流的互联互通。枢纽互通式立交具有通行能力大、功能完善、运行效率高等优点，但也存在占地面积大、投资成本高、设计复杂等缺点。因此，进行枢纽互通式立交方案设计时，需要综合考虑多种因素，如地形地貌、交通量及组成、工程技术条件、环境影响、经济效益等，选择最适合当地实际情况的方案。

1 互通式立交的意义

互通式立交是一种利用跨线构造物和匝道来分离和连接相交道路的交叉方式，可以满足车辆转换需求，提高道路通行能力与服务水平，提高驾驶安全系数。互通式立交根据交叉道路的等级，可以分为两种类型：一般互通式立交和枢纽互通式立交。其中，一般互通式立交适用于干线公路与地方公路的交叉，可实现干线公路与地方公路的有效衔接，减少干扰和冲突。而枢纽互通式立交适用于干线公路之间的交叉，可实现干线公路之间的交通流转换，提高转弯效率和顺畅度[1]。

2 工程概况

某高速交叉互通式立交项目位于A、B 两条高速公路的交叉点，其中A 高速为双向六车道，B 高速为双向四车道，两者设计车速均为120km/h。由于两条高速公路的主线车流量较大，且设计标准不同，仅从立交的结构形式和线形设计来评价方案的优劣是不够的。因此，综合考虑交通连贯性、匝道的线形和通行性能、匝道与主线的连接部位的服务水平等因素，对该项目立交方案进行全面论证。

3 主交通流线连续性

A、B 高速在丙地交叉。从技术层面考虑，应以甲、丙的方向作为主线，避免转弯，如图1（a）所示。从业主要求考虑，需以乙地到丙地的方向作为主线，保持交通连贯性，如图1（b）所示。

图1 互通式立体交叉设计每小时交通量（单位：km/h）

3.1 匝道基本段通行能力、流线形式的适应性

图1 分别展示了甲-丙方向、乙-丙方向的交通流线形式。甲-丙方向的转向车辆通行量达到了匝道的设计极限2900pcu/h，因此不能采用主线连续的流线形式，而需要采用匝道连接的流线形式。乙-丙方向的转向车辆通行量较低，为2592pcu/h，因此可采用主线连续的双车道匝道形式，减少匝道的数量及长度，降低工程造价、减少占地面积[2]。

3.2 匝道与主线连接处通行能力、流线形式的适应性

由于乙-丙方向转向小时交通量较小，可以考虑采用匝道形式将其融入甲-丙方向的主线。但由于甲-丙方向的主线车辆通行量较大，需要进一步检验连接部位的交通性能和服务水平是否满足实际交通需要，匝道和主线连接处验算示意图见图2。

图2 入口匝道与主线连接区域交通性能具体影响因素

根据公式（1）计算PFM值，即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的比值。该工程上游和下游匝道相距较远，相邻匝道不影响匝道分析[3]。

式（1）中：PFM值为紧邻合流区上游主线车道1 和车道2的交通量占该方向总交通量的比例（%）；能够反映合流区域内主线车辆的分布情况，是影响合流区域内交通流稳定性、安全性的关键指标；LA为加速车道的真实长度（单位：m），根据设计规范，取值400m。

式（2）中：Q12为合流干扰区域的主线道路交通量最大值（单位：pcu/h）；QF为匝道区域行车道驶向合流区域的交通量最大值（单位：pcu/h）。

式（3）中：QR12为驶入合流干扰影响范围的主线行车道交通量最大值（单位：pcu/h）；QR表示匝道的交通量最大值（单位：pcu/h）。

根据相关研究可知，QR12＞CR12=3600（匝道内的交通量标准值），但是交通量总值QF=5476＜CFO=6000（交通量极值），会导致交通车辆集中，但实际并未发生交通拥堵，因此实际交通服务水平应根据真实交通量确定[3]。

式（4）中：KR为合流影响范围内一公里的交通量（单位：pcu/km）。

按照表1 高速公路分、合流影响区车流密度可判定该入口匝道的服务水平为4 级，满足要求。

表1 高速公路分、合流影响区车流密度

出口匝道与主线连接处合理性验算如图3、公式（5）所示。

图3 出口匝道与主线连接区域交通性能具体影响因素

式（5）中：PFD为车辆分流区域的上游主线行车道1、行车道2 的交通流量与该方向交通量的比值（%）；QF表示进入车辆分流区域的交通量（单位：pcu/h）。

式（6）中：QFO为车辆驶出道路分流干扰范围的交通量总值（单位：pcu/h）。根据相关研究可知，QR12＞CR12=3400（匝道内的交通量标准值），但是交通量总值QF=5476＜CFO=6000（交通量极值），总交通量较大会导致车辆通行集中，但由于高速公路具有较高的设计标准和管理水平，并未造成拥堵现象，服务水平良好，可根据实际交通量判定实际服务水平[4]。

式（7）中：KR表示分流干扰区内车辆通行量（单位：pcu/km）；LD表示减速车行道实际长度（m），根据现行《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）LD取225m。

根据表1，可判断该匝道的实际服务水平为4 级，即D 级。现行《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014)规定，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可以比主线低一个等级，但最低不能低于4 级，即D 级。这是因为分流干扰区内的通行状况不仅影响匝道通行状况，而且影响主线外部区域通行状况，如果服务水平过低，会导致车辆排队、拥堵、碰撞等问题，降低主线的通行能力和服务水平[5]。因此，在设计互通式立交时，应尽量提高分流干扰区内的通行能力和服务水平，保证匝道和主线的顺畅运行。

4 互通式立体交叉方案研究

该项目互通式立体交叉方案设计如图4 所示。

图4 互通式立体交叉方案图

甲-丙方向匝道与主线分合流、乙-丙方向匝道与主线分合流计算结果如表2、表3 所示。

表2 甲-丙方向匝道与主线分合流计算结果

根据表2、表3 可知，匝道周边区域的交通流率低于主线的交通率，可避免拥堵和事故。匝道进出口与主线连接部位的服务水平高于主线的服务水平，可保证交通流的顺畅和安全。匝道与主线的分合流结构应该符合科学性、合理性要求，能够满足交通流量的连续稳定，上述结果说明该项目主线分合流方案合理可行。

5 结论

第一，设计互通式立交方案时，应综合考虑线形的合理性、道路服务水平等因素。

第二，为保证互通式立交的服务水平，需遵循互通一致性、连贯性的设计原则，合理设计匝道出入口的位置、车道的数量和长度、行车速度的变化等因素，确保匝道、主线之间的协调。

第三，根据相关技术规范，匝道出入口以及与主线连接部位的服务水平可比主线低一等级，但最低不能低于4 级。