環形交叉口設計理論及其應用

盛 萍 魚 童

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司 西安 710063）

環形平面交叉口利用車輛繞環島交織行駛在“空間”上，解決了道路相交車輛的沖突問題。這種交叉口形式同一般平面交叉相比。一方面沒有沖突點，提高了車輛行駛的安全性；另一方面，進入環道的車輛可以不用信號管制，以一定速度連續通過環形交叉口，在一定條件下可以提高交叉口的運行效率，同時中心島還可以用來綠化，起到美化和裝飾的作用。但環形平面交叉口也有一定的不足之處，如中心島占地面積大，城區改建比較困難，增加車輛繞行距離，造價較其他平面交叉高等。

但在城市市區，環道作為互通立交的一個組成部分則仍有很大優勢，其用地省，較一般多匝道互通立交投資小。然而因其環道通行能力有限，采用環形互通式立交時，要特別慎重分析交叉口轉彎交通的特點及交通量。

1 環形交叉口的適用條件及設計控制參數

1.1 環形交叉口適用條件及行車速度確定

環形交叉口對相交道路、交通量、地形都有一定的條件限制。環形交叉口的相交道路宜為大城市的支路、中等城市的次干路和支路、小城市的各級道路。交叉口相交道路有4 條以上，且相鄰道路中心線的交角宜大致相等。另外與相鄰的信號燈交叉口應具有足夠的間距，不致于因信號燈交叉口的排隊造成環道的阻塞。環形交叉口常適用于左轉交通量比例較大（接近于直行交通量的50%）；各進口道的直、左交通量之和比較均勻，且進入環道運行的直、左交通總量不超過環形交叉口的設計通行能力以及人流和非機動車交通量不太大的情況。在地形上環道的縱坡度不大于2%，平面上能滿足環形交叉口的布置等。

從交通組織形式上講，環形交叉口對多道路交叉（4～6 條）和畸形交叉尤其適用，因采用信號燈控制時4路交叉沖突點為16個，5路交叉為50個，6路交叉為120 個；可見5，6 路交叉增加的沖突點太多，其對交通的干擾和發生交通事故的可能性就大大增加。此時環形交叉口相對于紅綠燈管制交叉口不僅避免了發生周期性的交通阻滯，而且消滅了交叉口的沖突點，所有直行、左、右轉彎車輛均沿同一方向順序行駛，僅存在車輛進出路口的交織點，從而保證了交通安全，節約了時間，提高了通行能力。故環交對4路以上的道路交叉比采用信號燈管制具有明顯優勢。當然，相交道路的條數不宜超過6 條，要保證一定的交織長度，否則環島半徑就太大，不僅占地而且車輛繞行太長，既不經濟也不合理。

環形交叉口的計算行車速度，通常可取路段計算行車速度的0.5～0.7倍。在工程條件允許的情況下宜取高限，特別是對于環道和出口道，車速的提高有利于增加環道的通行能力及滿足車輛快速駛離環道的要求［1］。

在市區環道設計車速考慮控制在25～40 km／h（高架環道）。

1.2 環道中心島的形狀和尺寸

中心島形狀應根據地形和交通流特性，采用圓形、長圓形、橢圓形等，其尺寸應滿足最小交織長度和環道計算行車速度要求。《城市道路交叉口設計規程》［2］規定環形交叉口最小交織長度和中心島半徑見表1。

表1 環形交叉口最小交織段長度和中心島最小半徑R

完全意義上的環形平面交叉由于其中心島占地面積大，城區改建比較困難，增加車輛繞行距離，造價較其他平面交叉高等原因，在用地日益緊張的時代應用得也越來越少，但環形立交則采用得越來越多。

環形立交形式一般為主線主要執行交通流設置直行車道，次要直行交通和左右轉交通在環道中行駛。并根據左右轉交通大小，也可設置2條獨立的直行車道，環道僅供左、右轉車輛行駛。

目前由于我國城市還存在大量的非機動車交通，立交層次布置一般地面層為非機動車通道，二層為環道，三、四層為直行交通行駛的跨線橋。

1.3 環道車道數、交織段長度及交織角的確定

當環形交叉口不采用信號燈控制時，環道的車道數也不宜過多，否則不僅難以充分利用，而且還會產生多列車流交織的情況，造成交通混亂，反而有礙交通安全。因此，環道上常設置3 條機動車道：內側車道（靠中心島的車道）為環行車道，供需通過2個或2個以上路口的車流運行；交織車道（中間車道）供相鄰兩路口進環和出環的直左車流交織運行；右轉車道（外側車道）供右轉車流通行。實踐證明，此運行形式的環道其通行能力能達到比較理想的狀態。通常交織段長度以不小于4s的運行距離為控制。

道路平面交叉口中環形交叉交織角是指進入環道的直左車流輪跡線和駛出環道的直左車流輪跡線（平均）之間的交角，是檢驗車輛在環道上交織行使的安全和難易程度的依據，其大小取決于環道的寬度和交織長度。交織角越小，交通越安全。根據經驗，交織角一般應在20°～30°。

環道的每條機動車道寬度包括基本寬度和加寬寬度兩部分。歸納見表2。

表2 環道的機動車道寬度及機動車道路面寬度

1.4 進口、出口道的車道寬及車道數的確定

車輛在環形交叉口是以適當車速進行連續、有序地行駛。這與信號燈交叉口車輛在進口道渠化、停車等候、通行的運行狀態有很大的不同。通常，環形交叉口進口道的車道寬以3.25～3.5 m為宜，為保證出環的車輛行駛通暢，出口道的寬度應不小于3.5 m。在進口道和出口道，還應設置不小于0.25m 的路緣帶。環形交叉口進口道車流組織有分行、混行兩種形式，相應進口道的車道數為2 條和1 條，其進口道一般不采用3 條或3條以上，特殊的情況除外。當進口道采用2 條車道的分行形式時，其左側的1 條車道為直左車道接環道的交織車道，右側1 條車道為右轉車道接環道的右轉車道。這樣可排除右轉車流的干擾，提高交織段的通行能力。當進口道總交通量較小，且工程條件受到限制的情況下，可以采用混行車道的形式。環形交叉口交通組織以“及時清環”，避免在環道上堵車為原則，故對其出口道的要求高于進口道。出口道的車道數應不少于2條，這樣可保證經交織后出環的直左車流能不受右轉車流的干擾。

1.5 環道外緣線形

根據《城市道路設計與實例》［3］，從滿足交通需要和降低工程造價角度考慮，環道外緣平面線形不宜設計成反向曲線形狀，見圖1。據實際觀測，這種形狀在環道的外側約有20%的路（圖中陰影部分）無車輛行駛，既不合理也不經濟。實踐證明，環道外緣平面線形宜采用直線圓角形或三心復曲線形狀。

圖1 環道外緣線形

1.6 環道的橫斷面

環道的橫斷面形狀與行車平穩和路面排水有很大關系，而橫斷面的形狀又取決于路脊線的選擇。通常，一般將橫斷面的路拱脊線設在交織段車道的中間，在進出環道處橫坡的變化應緩和，并在中心島的四周設置雨水口，以保證環道上積水的排除。為了滿足交通渠化的需要，通常可在環交進出口之間無車輛交通的死點上設置長條式方向島。

1.7 環形交叉口的通行能力

環形交叉口的通行能力包括2部分：①為直左車流通行能力，其取決于環道的交織能力，在小于2倍最小交織段長度的情況下，無論環道設置多少條車道交織時只能1 條車道起作用；②為右轉車流通行能力，當環道上具有3條車道及進口、出口道設有右轉車道的情況下，其通行能力僅僅受行人和非機動車的影響，而與環道的交織情況關系不大，故可進行單獨計算。目前規范給出的環形交叉口總通行能力值是按15%的右轉車比例計算。一般情況下，右轉車流通行能力值比較高，能滿足右轉交通量的要求。真正對環形交叉口運行狀態起控制作用的是直左車流的通行能力，因此對直左車流通行能力的計算實際上是對環道交織能力的計算。根據《公路與城市道路設計手冊》［4］，當環形交叉口各向車流不均勻時，交叉口的通行能力受其中一個交通量最大的交織段控制。當此交織段的交通量達到飽和狀態時，環道上的交通即開始受阻。

2 設計中應用

2.1 次直行交通流與環道平交

在廣東省從莞高速公路設計中，清溪立交在高速公路連接線與被交路之間就布置過環形平交的方案。通過對交通量的分析，同時考慮到造價占地規模控制，為保證清溪大道直行交通不受影響，未來規劃路接線實施便利，滿足地方政府意見，將清溪大道側布置為清溪大道高架＋環形平交。直行交通采用高架橋型式通過環形交叉，轉向交通通過兩側輔道得以實現。經計算，采用半徑R＝50m 的類圓形環形交叉。經過驗算，相鄰交叉口之間滿足交織長度的要求。設計見圖2。

圖2 清溪立交環形交叉方案

2.2 直行交通流與環道分離

在廣東省廣佛江快速通道設計中，對新南路樞紐立交選型，筆者綜合路網交通規劃、現場控制因素，結合交叉口交通特點、現狀和交通流量預測，概括總結出該交叉口的功能定位和選型應考慮的要素，確定立交選型設計原則，并據此進行多方案經濟技術比選，最后擇優確定采用3層環島全互通立交形式。

新南路設計為I級城市主干道，位于濱江新區啟動區內，西起現狀江沙路，向東跨桐井河后與規劃天沙河路相接。新南路正在建設中，目前修筑到基層，尚未完成路面的鋪設，設計為水泥混凝土路面。

此立交布設主要受立交西北象限規劃的棠下污水處理廠，西南象限規劃的濱江醫院、桐井河，東北象限的雙社村、石頭村建筑物，立交南側的江沙路、立交東側的石頭路等的限制。

通過對該節點的分析，由于周邊規劃路網完善，該節點遠期交通量適中，且周邊規劃用地大多為商業用地，商業價值較高，宜選用占地較為緊湊的立交形式。

另外，在環道的設置上，考慮到若將環島設置在最下層，則需將新南路跨桐井河的在建橋梁拆除，同時新建一座新南路跨線橋，社會影響較大，同時新南路抬高后不利于周圍土地的開發利用。經綜合考慮，將環島設置在中間一層。該方案已通過廣東省交通廳專家評審確認為推薦方案，目前為施工圖設計階段。結合周邊用地控制及環道設計速度等因素，最終采用最小半徑R＝85m 的橢圓形環形交叉。經過驗算，相鄰交叉口之間滿足交織長度的要求。設計見圖3。

圖3 新南路立交環形交叉方案

3 結語

環形平面交叉口不僅具有美化城市且不需設置交通信號燈控制，車輛能連續不斷地通行的優點，還因其交織角較小，避免了交叉沖突點，從而減少了交通事故，一定程度上節約了時間，提高了通行能力。而環形立體交叉則除了具備環形平面交叉的一系列優點外，由于從空間上解決交織，更改善了平面交叉時用地較大的缺點，但環道的通行能力畢竟有限，故采用環形互通式立交時要特別慎重分析交叉口轉彎交通的特點及交通量。

［1］周 錢，陸化普，徐 薇.城市道路交叉口設計系統的研究與開發［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2006，30（2）：187－190.

［2］CJJ152－2010城市道路交叉口設計規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［3］李繼業.城市道路設計與實例［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［4］黃興安.公路與城市道路設計手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005.