互通立交端部與超高設(shè)計(jì)

吳 宜 松

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450052)

互通立交端部與超高設(shè)計(jì)

吳 宜 松

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,河南 鄭州 450052)

介紹了車道平衡的原則和目的，對(duì)匝道端部平面與縱斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并從一般路段、曲線路段、反超高等方面，對(duì)超高設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，從而保證整個(gè)互通車輛行駛的安全性和舒適性。

車道平衡，匝道，超高

1 車道平衡原則

車道平衡即合流后的車道數(shù)與合流前的車道總數(shù),及分流前的車道數(shù)與分流后的車道總數(shù)之間要保持一個(gè)平衡的關(guān)系。

車道平衡的目的，是使分合流連接部每個(gè)方向的車道數(shù)保持連續(xù)，滿足駕駛?cè)藛T的期望，簡(jiǎn)化車輛分、合流運(yùn)行條件，使通行能力與交通量分布相平衡，從而使連接部達(dá)到和諧的行駛狀態(tài)。

車道平衡的原則是：1)合流后的車道數(shù)等于合流前車道數(shù)之和，或?yàn)楹狭髑暗能嚨罃?shù)之和減去一個(gè)車道。2)在分流連接部，分流前的車道數(shù)等于分流后的車道數(shù)之和減去一個(gè)車道。3)每次減少的車道不應(yīng)超過(guò)一條。4)分合流車道平衡關(guān)系式：Nc≥NF+NE-1。

其中，Nc為分流前或匯流后的主線車道數(shù)；NF為分流后或匯流后的主線車道數(shù)；NE為匝道車道數(shù)。

2 匝道端部平面

匝道平面線形由直線、緩和曲線和回旋線單元組合而成，無(wú)論哪種，均可視為起終點(diǎn)具有特殊曲率半徑和方向的曲線單元，各類曲線單元通過(guò)起終點(diǎn)的曲率半徑和方向來(lái)定義。

由于主線速度較高，當(dāng)主線車輛通過(guò)分流鼻時(shí)的運(yùn)行速度通常高于匝道設(shè)計(jì)速度，即流出車輛的減速除在減速車道上完成部分外，且有一部分的減速在出口鼻端至匝道控制曲線起終點(diǎn)之間的路段完成，該路段被稱為速度過(guò)渡段。

出口匝道運(yùn)行規(guī)律：1)車輛由漸變段達(dá)到減速車道一個(gè)車道寬度處時(shí)，運(yùn)行速度由主線平均速度減至初始速度。2)車輛經(jīng)減速段達(dá)到分流鼻時(shí)，運(yùn)行速度由初始速度減至鼻端通過(guò)速度。3)從鼻端到匝道控制曲線起點(diǎn)路段，車輛再次減速達(dá)到匝道控制曲線起點(diǎn)速度。4)匝道控制曲線即匝道設(shè)計(jì)速度控制的圓曲線最小半徑的路段。

3 端部縱斷面設(shè)計(jì)

由于駕駛?cè)藛T通常會(huì)根據(jù)匝道線形來(lái)確定車輛行駛速度，分流鼻處附近控制指標(biāo)應(yīng)大于匝道的技術(shù)指標(biāo)。因此鼻端附近匝道豎曲線半徑必須要滿足規(guī)范要求。在確定分流鼻端附近匝道豎曲線最小半徑時(shí)，以鼻端通過(guò)速度的一般值為依據(jù)，凸型和凹型豎曲線分別以保證停車視距和滿足緩和沖擊為條件，視距則采用相應(yīng)于鼻端通過(guò)速度一般值的停車視距。

對(duì)于匝道接坡規(guī)范并沒(méi)有統(tǒng)一要求，目前各設(shè)計(jì)院常用的是平均坡度法和合成坡度法，兩者大同小異，誤差較小。

4 超高

4.1 一般路段超高

一般路段指直線或圓曲線半徑大于不設(shè)超高的最小半徑路段，為排水需要必須保證必要的路面橫坡度。對(duì)于道路一般路段，一般按上下行方向分別設(shè)置向外傾斜的橫坡，形成橫斷面上的“路拱”。對(duì)于匝道一般路段，由于匝道平曲線半徑較小，且兩端的接線橫坡一般為單向，在長(zhǎng)度較短的情況下，無(wú)論是單向還是雙向匝道均宜按曲線轉(zhuǎn)角方向采用單向橫坡。當(dāng)為平曲線半徑較大、長(zhǎng)的對(duì)象匝道或?yàn)檫B接線時(shí)，可根據(jù)匝道長(zhǎng)度、線形條件、路面類型和路面寬度等采用雙向路拱。

一般路段的路面橫坡度應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件和路面類型等確定。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定，在不設(shè)超高段，當(dāng)位于中等強(qiáng)度降雨地區(qū)時(shí)，匝道路面橫坡度宜采用2%；位于降雨強(qiáng)度較大地區(qū)時(shí)，匝道路面橫坡度可適當(dāng)增大。

4.2 曲線路段超高

根據(jù)JTG/TD 21—2014公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定，匝道圓曲線路段的最大超高宜采用6%，在積雪冰凍地區(qū)，最大超高不得大于6%。在非積雪冰凍地區(qū)，當(dāng)交通組成以小客車為主時(shí)，匝道最大超高可適當(dāng)增大，不應(yīng)大于8%。

當(dāng)圓曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)速度和圓曲線半徑大小設(shè)置超高，但最大超高小于最惡劣條件下輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)，除此之外，匝道超高值的確定同時(shí)還取決于以下因素：

1)低速運(yùn)行車輛的頻率和穩(wěn)定性。

2)車輛重心的位置。

3)天氣條件。

4)地形條件和地區(qū)類別。

5)匝道線形特征。

6)外部環(huán)境與周圍的協(xié)調(diào)性。

超高值可依據(jù)設(shè)計(jì)速度、圓曲線半徑和橫向力系數(shù)按下式求得：

式中：i——超高值；v——設(shè)計(jì)速度，km/h；R——圓曲線半徑；f——橫向力系數(shù)。

上式中：橫向力系數(shù)f是一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)。在計(jì)算超高時(shí)，橫向力系數(shù)是一個(gè)變化值，當(dāng)設(shè)計(jì)速度一定時(shí)，其最大值為計(jì)算圓曲線最小半徑時(shí)采用的橫向力系數(shù)值，且隨著圓曲線半徑的變化而增減。

對(duì)于日本的橫向力系數(shù)，計(jì)算匝道圓曲線最小半徑的橫向力系數(shù)取值范圍0.10～0.23,超過(guò)0.15的值主要用于一般互通式立體交叉匝道。

德國(guó)對(duì)橫向力系數(shù)的取值，主要通過(guò)允許橫向力系數(shù)與極限橫向力系數(shù)摩阻系數(shù)比來(lái)控制。當(dāng)駕乘員已感到彎道存在，略感不適，行駛尚平穩(wěn)時(shí)，允許橫向力系數(shù)與極限橫向摩阻系數(shù)之比可采用0.7。

根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)高速公路的極限橫向摩阻系數(shù)平均值，主要分布在0.4～0.6范圍內(nèi)，絕多數(shù)超過(guò)0.4。

4.3 反超高

《公路路線細(xì)則規(guī)定》規(guī)定，當(dāng)主線超高小于3%時(shí)，直接式變速車道漸變段內(nèi)采用與主線相同的橫坡，此后至分(匯)流鼻達(dá)到外傾2%的橫坡；當(dāng)主線大于3%時(shí)，外側(cè)的變速車道在分匯流鼻采用外傾1%的橫坡，但是在分(匯)流鼻處的橫坡代數(shù)差應(yīng)小于6%。《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定：當(dāng)主線為曲線且設(shè)有超高時(shí)，曲線外側(cè)的變速車道漸變段到一個(gè)車道寬度處的路段應(yīng)采用與主線相同的橫坡。鼻端處的匝道橫坡宜向外傾，并通過(guò)三角區(qū)的附加路拱完成反向過(guò)渡。鼻端處的匝道橫坡與主線橫坡的代數(shù)差不應(yīng)大于6%。筆者認(rèn)為在反超高規(guī)定當(dāng)中，后者明顯要比前者在做設(shè)計(jì)的時(shí)候更加自由、靈活，并不是非常死板。假如主線超高剛好等于3%時(shí)又該如何，因此《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定只要在鼻端的橫坡代數(shù)和只要不大于6%即可，所以在設(shè)計(jì)時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不同的情況，不能盲目地照搬規(guī)范。

如圖1所示，A匝道為單向雙車道,E匝道為單向單車道，設(shè)計(jì)速度都是40 km/h，如果按照前者規(guī)范要求R=170，超高剛好等于3%，則E匝道外傾取值1%，2%都可以，并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的說(shuō)明，由此會(huì)給設(shè)計(jì)人員造成了誤解，不能正確的做出取值。

但是如果按照《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》要求兩鼻端的橫坡代數(shù)和小于6%，也不是很容易設(shè)計(jì)。如圖1所示E匝道R=500，在E匝道起點(diǎn)處首先要向右外傾2%或1%的橫坡，然后再漸變?yōu)橄蜃蟮?%超高，超高緩和段需要30 m。而且前面還有YH，GQ點(diǎn)需要超高漸變，首先不討論整個(gè)匝道長(zhǎng)度是否能滿足超高多次漸變所需長(zhǎng)度。一般情況下，常規(guī)的單喇叭匝道都不是太長(zhǎng)，如圖1多次漸變超高緩和段的長(zhǎng)度大概需要60 m,相對(duì)于整個(gè)匝道已經(jīng)占1/3的長(zhǎng)度，對(duì)行車的安全性會(huì)有很大影響，造成隱患。

A匝道為向左3%超高，E匝道為向左2%超高。由于AE匝道的合成橫坡為向左2.6%，2.6%～2%只需要5 m的超高緩和漸變段。在行駛當(dāng)中非常平穩(wěn)的就漸變?yōu)檎５?%橫坡，對(duì)于行車來(lái)說(shuō)非常安全，也不存在任何安全隱患，非常有利。由此可見這種情況下并沒(méi)有按照規(guī)范的要求來(lái)設(shè)計(jì)反而會(huì)更好、更有利。

同樣，對(duì)于加速車道來(lái)說(shuō)，假設(shè)主線設(shè)計(jì)車速100 km/h,匝道設(shè)計(jì)時(shí)速為40 km/h，主線為3%的超高。按照規(guī)范要求在主線與匝道鼻端處要外傾2%或1%，過(guò)鼻端之后需要做一段反向路拱線。但是匝道的線形處于不設(shè)置超高的情況下，而且沒(méi)有任何的條件限制，在鼻端處時(shí)速并沒(méi)有達(dá)到主線時(shí)速，可能最多在60 km/h～70 km/h。如果3%超高在匝道進(jìn)入主線鼻端之前漸變過(guò)來(lái)，則需要近40 m的長(zhǎng)度，因?yàn)檐囕v在鼻端之前時(shí)速基本上還是按照匝道的時(shí)速來(lái)設(shè)計(jì)的，相對(duì)比較安全，在過(guò)鼻端之后超高隨主線超高，這樣更為有利。

5 結(jié)語(yǔ)

因此筆者認(rèn)為在滿足規(guī)范的前提條件下充分理解規(guī)范、熟練的運(yùn)用規(guī)范，依據(jù)不同的情況作出更為合理的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一個(gè)非常完善的互通。

[1] JTG/T D21—2014，公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[2] 公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則(總校稿)[Z].

[3] JTG D20—2006，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Ondesignforterminalsandsuper-elevationofinterlinkedflyovers

WuYisong

(HenanCommunicationPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd,Zhengzhou450052,China)

The paper introduces the principle and aims for the track balance, analyzes the plane and vertical section of the ramp terminals, and researches the super-elevation design from the common sections, curve section, and the reverse super-elevation, so as to ensure the safety and comfort of the interlinked vehicle traffic generally.

track balance, ramp, super-elevation

U412.352

：A

1009-6825(2017)24-0147-02

2017-06-13

吳宜松(1982- )，男