互通立交匝道相關技術性問題探討

肖昌仁

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，云南昆明 650021）

0 前言

互通式立體交叉幾何設計主要包括平面、縱斷面、橫斷面、匝道起終點及端部設計。由于匝道起終點直接與主線相銜接，不僅要進行變速，還要進行分、合流等復雜的駕駛操作，是容易發生事故的地點，所以設計時一定要特別注意最大程度地滿足車輛安全地流出、流入主線以及加、減速的要求。

1 變速車道設計

公路及城市道路設計規范均規定變速車道為單車道時，減速車道宜采用直接式，加速車道宜采用平行式；變速車道為雙車道時，減速車道和加速車道均應采用直接式[1]。

1.1 變速車道處理方法

平行式變速車道設計相對比較簡單，直接式變速車道在實際設計過程中存在如下兩種不同的做法（以車道中心線作為匝道設計中線時）。

（1）習慣設計法：從主線外側車道中心線開始，以規范規定的與匝道設計車速對應的出入角α（漸變率）采用直線、緩和曲線或大半徑圓曲線偏出。

（2）國際流行設計法：直接從減速車道起點（即一個車道寬位置）車道中心線開始，以規范規定的與匝道設計車速對應的出入角α（漸變率）采用直線、緩和曲線或大半徑圓曲線偏出。

當主線為直線或大半徑圓曲線時（見圖1），主線外側邊線車道中心線至減速車道起點車道中心線縱向位移即為一個車道寬（或加上路緣帶寬）B，考慮到此段線位較為平緩，線位按直線近似考慮，則漸變點長度L（主線外側邊線車道中心線至減速車道起點車道中心線橫向位移）大致可以確定，L≈B×α。兩種設計方法設計的直接式變速車道線形當主線為直線時完全相同，當主線為大半徑圓曲線時相差不大。

圖1 兩種設計方法直接式變速車道對比圖（單位：m）

當主線為轉角偏向匝道側的小半徑圓曲線時（如圖2所示）或當主線為與匝道圓曲線轉向相反的小半徑圓曲線時（如圖3所示），由于主線圓曲線各段落的曲率變化明顯，將導致從漸變段和從變速車道起點以一定出入角α（漸變率）分出匝道時的匝道線形曲率差異。實際結果是采用習慣設計方法設計的直接式變速車道及漸變段長度相對較長，并且在兩種設計方法設計的匝道線形相近時，習慣設計方法設計的匝道緩和曲線起點將位于匝道端部前方。

圖2 兩種設計方法直接式變速車道對比圖（單位：m）

圖3 兩種設計方法直接式變速車道對比圖（單位：m）

當緊接變速車道的匝道圓曲線需要設置曲線加寬且主線和匝道采用橋梁結構時，為減少構造物處理上的難度，采用習慣設計方法時需調整匝道線形，將緩和曲線起點調整至匝道端部后方附近（見圖4），此時變速車道長度進一步加長，匝道線位更靠近主線。

圖4 習慣設計方法調整緩和曲線位置示意圖（單位：m）

綜上分析可知，國際流行設計法能夠更加靈活地設計立交匝道線形，設計的直接式變速車道及漸變段長度相對較短，能保證車輛更為快捷地駛離主線進入匝道。另外，在進行設置輔助車道的直接式變速車道設計時，采用習慣設計方法將不再適宜。國際流行設計法直接從減速車道起點開始設計匝道線形，輔助車道及漸變段的設計由設計人員按規范規定靈活控制。

采用國際流行設計法設計匝道線形后，一些設計人員按規范規定的漸變段長度最小值人為確定漸變段長度，這樣處理的結果是由漸變段過渡至減速車道時存在明顯轉折。為保證車輛駛離主線進入匝道的連續順暢，建議采用將減速車道的設計起點反向延長至主線外側車道中心線相交的方式來確定漸變段長度，如圖5所示。

圖5 直接式變速車道示意圖

1.2 較窄硬路肩道路立交的匝道端部處理

對于無硬路肩的城市道路立交及較窄硬路肩的公路立交，當變速車道采用直接式時，主線與駛出匝道的出口分流處主線車行道邊緣應偏置加寬，寬度宜為2.5～3.5 m[2]。筆者以單車道直接式變速車道（見圖6）為例進行了驗證。

主線車行道邊緣不偏置加寬時，如圖6（a）所示，漸變段長度將很長。過長的漸變段不僅增加工程造價，也不利于車輛進出匝道的交通組織，易造成漸變段范圍的交通混亂。

主線車行道邊緣偏置加寬時，如圖6（b）所示，不僅縮短了漸變段長度，減少了車輛進出匝道的交通延誤，也給主線誤行交通提供了返回的空間。

圖6 無硬路肩道路變速車道設計示意圖（單位：m）

因此對于無硬路肩的城市道路立交及較窄硬路肩的公路立交直接式變速車道，應對端部主線車行道邊緣進行偏置加寬[3]；對于無硬路肩的城市道路立交，當端部位于高架結構段時可不設置偏置加寬，但應先按偏置加寬進行設計確定漸變段及變速車道位置，然后在端部位置通過加大端部圓弧來實現端部主線車行道邊緣的不偏置加寬。

2 匝道線形指標的檢驗

按規范規定確定好匝道的平、縱、橫線形指標后應對其進行安全評價和檢驗。目前比較流行的檢驗方法有運行速度檢驗評價、三維透視圖檢驗及三維動態模擬檢驗。

2.1 運行速度檢驗評價

大量的交通事故是由相鄰路段的運行車速差導致，當相鄰路段運行車速差超過某一限值時，路段將存在安全隱患，而運行速度理論的核心就是通過改善相鄰路段指標組合，降低容許車速差，從而消除安全隱患。匝道作為一個線形單元變化頻率較高、線形指標相對較低的組合體，進行運行速度檢驗評價十分必要。

交通部頒發的《公路項目安全性評價指南》對運行速度的計算方法進行了描述。對于立交匝道，運行速度計算的第一步即劃分路段，因緩和曲線在路段單元中起過渡緩和的作用，可將緩和曲線視為圓曲線的組成部分而統歸為同一路段考慮，因此匝道可視為不同半徑圓曲線的首尾相連。縱坡小于3%的直線和半徑大于1 000 m的曲線自成一段；其余小半徑曲線段、縱坡大于3%、坡長大于300 m的路段以及彎坡組合段作為獨立單元分別進行運行速度測算。計算出各路段的運行速度后即可根據相鄰路段運行車速差進行運行速度協調性評價，并對不良路段調整匝道線形指標[4]。

2.2 三維透視圖檢驗

設計人員在利用道路設計軟件完成道路平、縱、橫斷面設計后，可以利用道路設計軟件快速建立公路、橋梁隧道等的三維模型，并可以從任意角度觀察、顯示設計成果的三維透視圖，從而直觀地檢驗設計的合理性。

2.3 三維動態模擬檢驗

設計人員在利用道路設計軟件完成道路平、縱、橫斷面設計后，可以基于DTM和平、縱、橫設計數據實時生成地面、道路、橋梁、隧道等的三維真實模型，采用OpenGL賽車游戲開發技術實時進行任意位置、視點、高度、速度的三維全景行車模擬，從而直觀地檢驗設計的合理性。

運行速度檢驗評價方法相對比較簡單，但需要進行較為繁瑣的計算；三維透視圖檢驗與道路設計軟件的設計過程進行無縫對接，生成的三維透視圖對匝道線形指標的檢驗更為直觀，目前國內主要的道路設計軟件都可以實現；三維動態模擬檢驗能實現真實行車的動態模擬，但目前僅有少數道路設計軟件可實現此功能。設計人員可根據實際情況靈活采用上述方法對匝道線形指標進行檢驗。

3 端部豎向設計

在互通式立交設計中，主線與匝道連接部即端部的設計是整個立交設計中的一個難點。進行端部設計時需要綜合考慮平、縱、橫的配合，加寬、超高、橫坡、緩和，主線與匝道的協調以及該區域的排水、行車條件等要素。

有關互通立交端部的設計方法有輔助線法、整體綜合法、等高線法等[5]。

3.1 輔助線法

從鼻端控制點（B1）到端部設計終斷面上與主線邊緣線相交點（B2）作一條圓滑的連線，這條連線即所謂的“輔助線”，如圖7所示。由于此時平、縱設計已經完成，因此主線上一點如P1的坐標、高程即可推算出來，由P1點的法向與輔助線相交于P2，再由P2作匝道垂線，與匝道相交于P3，由于此時匝道的縱坡已定，所以可根據 P3的坐標求出該點的高程值。

圖7 輔助線法設示

這種設計方法思路清晰，計算簡便，并且設計出來的端部完全符合原設計的縱向線形。缺點是由于采用了人為增加的輔助線，因此會在建成后出現一道所謂的“設計路脊線”，當主線與匝道端部處橫坡有較大差異時，會對行車產生不利的影響。

3.2 整體綜合法

將端部及與其相接的路面組成一個整體進行一塊板式的設計（見圖8），因整個設計段處于一個平面，故用這種方法設計的端部行車平穩。其缺點是由于采用的“一塊板”設計僅針對端部這一小部分，因此設計結果可能對前、后段路面連接不太順適，且由于采用一側排水，雨量大時容易對路基穩定產生不利影響。

圖8 整體綜合法

3.3 等高線法

將減速車道至端部區域按平交口作等高線進行豎向設計。這種設計方法適合于對排水要求較高的路段。端部的幾何情況見圖 9、圖10。

圖9 單坡斷面匝道

圖10 雙坡斷面匝道

對于圖9（a）、（b）型端部，因主線與匝道橫坡方向一致，因此應按照“整體綜合法”進行設計。

對于圖9（c）型端部，可采用圖9（a）型端部的處理方法，但需進一步考慮橫坡發生反轉時的后一段漸變。

對于圖9（d）型端部，由于主線與匝道橫坡相反，所以其計算應以主線內邊線及匝道外邊線為框架，按“等高線法”或“輔助線法”進行設計。

對于圖10（a）、（b）型端部，因其主線與匝道相靠的兩橫坡方向相反，因此其設計應先通過橫斷面修改，再到達鼻端前匝道變為單坡，然后以主線內邊線及匝道中線為一設計區域，以匝道中線與匝道外邊線為另一設計區域，按“等高線法”設計，將兩個區域合成一體。但此種方法設計的端部，當車輛由匝道內（外）側車道 駛入匝道外（內）側車道時，需翻越“路脊線”。

對于圖10（c）、（d）型端部，其處理方法應先通過橫斷面修改，使匝道在鼻端部前變為單坡，然后以主線外邊線與匝道中線為一設計單元，以匝道中線與匝道外邊線為另一設計單元 ,前一設計單元用整體綜合法計算，后一設計單元按“等高線法”處理。

4 結語

本文針對互通式立交匝道起終點變速車道及匝道線形指標檢驗等技術性問題，結合目前比較常見的習慣做法進行了分析和探討。在互通式立交匝道的設計過程中需全面考慮、均衡協調、周詳計算、細致檢驗，方能設計出滿足功能、適應地形、線形流暢、行駛安全的“精品”工程。

[1]CJJ 152—2010，城市道路交叉口設計規程[S].

[2]JTG D20—2006，公路路線設計規范[S].

[3]李嘉.公路設計百問[M].北京：人民交通出版社，2009.

[4]喬翔，藺惠茹.公路立交規劃與設計實務[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5]孫家駟.道路立交規劃與設計[M].北京：人民交通出版社，2009.