環形交叉中心島設計方法示例

曹賢桂

環形平面交叉是一種常見的平面交叉形式,一般適用于左轉彎交通量較大的四肢及四肢以上的道路交叉口。常見于城市邊緣連接公路與城市道路分散入城的交口,城區內當兩相鄰路口比較接近而交通量較大時,由于設置信號管制一次綠燈難以通過,而采用環形交叉,其適用交通量以不超過2 000輛為宜。

在環形交叉設計中中心島的半徑是一個關鍵性的指標,部分設計者認為環島半徑越大,則服務水平、安全性越高,這是一個誤區。下面以一個城市環島為例,介紹環島半徑選取的方法和需要注意的問題。

某環形交叉為五肢交叉(見圖1),道路 AD為二級公路入城段,設計速度為60 km/h,道路BE為城市道路,設計速度為40 km/h,道路C為高速公路連接線,設計速度為40 km/h。交口位于城市邊緣,現階段交通量較小,高峰時段交通量總和為 651輛/h(小客車)。

原設計中心道半徑為45 m,顯然偏大。下面從四個方面分析該環形交叉中心道半徑的取值。

1 根據設計速度計算

根據CJJ 37-90,城市道路設計規范第6.2.2條規定:“交叉口內設計速度應按各級道路計算行車速度的0.5倍～0.7倍計算,直行車取大值,轉彎車取小值”。本環道中 AD路設計速度為60 km/h,如按照0.5倍取值,即設計速度約 30 km/h,中心島最小半徑35 m。如按照0.6倍取值,設計速度約35 km/h,中心島最小半徑50 m。

該規范是1991年發布的國家行業標準,在實施過程中發現,如果環島內行車速度過高,不利于交叉口行車安全,不但不能改善通行能力,還會造成較大的浪費,因此在2006年11月標準編寫組的《城鎮道路工程技術標準》(討論稿)中,將該條改為了“交叉口設計車速是計算交叉口幾何設計指標的依據,可采用路段設計車速的0.5倍～0.7倍,設計直行車道時可取上限,設計轉彎車道可取下限,但環行交叉口設計車速不宜大于20 km/h”。但是該條現尚未實施,現行規范仍然采用CJJ 37-90城市道路設計規范。設計者顯然是簡單的套用了規范,并采用了規范的中值,如果按照現行規范的要求,環島半徑應取低值35 m。

如果設計速度采用20 km/h,根據公式:

R=V2/[127(μ±i)]-b/2。

算得R＞18 m即可滿足要求。其中,R為半徑;V為設計速度;μ為橫向力系數,取 0.14～0.18;i為橫坡,取-1.5%(反超高)～+1.5%(正超高);b為靠中心島內側車道寬度。

2 根據交通量計算

交織段的設計通行能力按下式計算(見圖2):

其中,CD為交織段設計通行能力,此時重型車比例不超過15%,如果重型車比例超過15%,應對該式進行修正;l為交織段長度,m;w為交織段寬度,m;e為環交入口平均寬度,e=1(e1+2 e2),m,e1為入口引道寬度,m,e2為環道凸出部分的寬度,m。

公式適用于下列條件:

引道上沒有因故暫停的車輛;

環交位于平坦地區,縱坡不大于4%。

根據本環道的情況:w=14.5,e1=10.5,e2=13.5,lmin=30 m。可計算出CD=2 429輛/h(小客車)。根據管委會提供的交通量數據,估計現階段環島交通量為551輛/h(小客車)。

如 lmin值采用25 m,可計算出 CD=2 281輛/h(小客車)。如果未來交通量以每年10%的增長速度遞增,在15年后將達到2 281輛/h(小客車)。

因此,即使環島半徑采用25 m,其通行能力也可滿足交通量要求。

注:以上交通量均為高峰小時交通量DHV,如果換算成年平均日交通量ADT,應按下式計算:

其中,K為高峰小時系數,在0.1～0.15之間,本次取值0.12;D為方向不均勻系數,在 0.5～0.75之間,本次取值為0.6。

則DHV=2 281輛時,ADT=31 681輛/d(小客車)。

3 根據交織段長度

根據規范要求,如果設計速度取30 km/h,要求的最小交織段長度為35 m。如果設計速度取20 km/h,要求的最小交織段長度為25 m。本環島中B,C方向之間的交織段長度最短,l=31 m。

如果其他尺寸不變,而在原位縮小半徑至25 m,B,C方向之間的交織段長度將不足25 m。

4 根據交織角

根據以上設計速度和交通量計算結果來看,本環島半徑45 m偏大,設計單位采用該值的原因可能是為了滿足交織角的要求,交織角以右轉彎車道外緣1.5 m和中心島緣石外1.5 m的兩條切線的夾角表示,交織角不宜大于40°。一般來說,環道半徑越大,角度越小,行車越安全。

本環島中 B,C方向的交織角為38.3°,角度偏大,這是由于這兩條道路本身的夾角過小造成的。如果其他尺寸不變,而在原位縮小半徑,交織角將超過40°。

5 綜合分析

本環島的設計受到B,C方向的小夾角,交織段長度與交織角的限制,采用了45 m的大半徑,占地面積和工程量大。而由于設計速度偏高,安全性得不到保障,而環島繞行距離較長,雖然設計速度提高了,但運行效率并未提高。因此應采取措施縮小中心島半徑,針對該交口,可以通過以下方法進行優化:

1)將該環形交叉中心島南移5 m～15 m,使B,C方向交織段長度增加,交織角減小,再縮小半徑。

2)適當調整E道路和C道路的線位,增大夾角,使五肢道路分布更為均勻,可以進一步縮小半徑。

筆者通過試驗發現,在現有條件下,可以將半徑縮小至25 m以滿足各方面的要求。由于增加了 C,E道路改建,工程量與原方案基本持平,但占地面積與拆遷量遠小于原方案。