高速公路與城市道路互通異形立交的設計要點分析

毛傳義

上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 上海 200092

高速公路與城市道路相交，如果位于城市規劃區域外，一般常見為三路或者四路交叉，被交的市政道路由于線位選擇相對自由，立交交角和相交道路數量均能得到較好的控制，一般按照公路立體交叉設計細則推薦的立交形態均能滿足總體布置的要求。但如果高速公路，特別是城市近郊的繞城高速，穿越城市規劃區域時，由于規劃用地對路線走廊的影響，往往會出現異形立交的情況，國內設計行業對此類立交往往又缺乏足夠的研究，往往立交形態過于復雜，主要體現為在此類立交位置產生擁堵或者駕駛者大量走錯出入口的情況。

對于此類立交，劉勝斌等[1]提出“根據現狀地形地物分布情況把握主要控制因素，深入調查研究和分析論證，才能不遺漏有價值的方案”。

布文超[2]提出“準確掌控互通式立體交叉策劃的影響因素”，對于提高互通式立交地點和立交類型選擇的科學性具有重要作用，有利于互通式立交交通效能、服務水平的提升。

筆者以主持設計的昆明南連接線徐家堆立交為例，結合該異形立交的設計和2019年10月項目正式竣工驗收前進行的后評估，對此類立交如何布置進行了些許探討。

1 建設條件分析

1.1 周邊用地情況

徐家堆立交位于昆明市廣福路、紅塔東路、環湖東路交叉口。受到滇池岸線的影響，在該位置作為繞城內環的南連接線高速和片區最重要的主干路廣福路間距極近。在城市規劃中，已經將立交所在的交叉口預留為異形五路交叉，南連接線高速與廣福路在該位置幾乎屬于反向曲線相切，環湖東路與南連接線高速在該位置共用紅線，現狀主要有徐家堆、徐家灣、周家地、趙家地、太家地等村莊，太家河、金太塘等河塘，香檳小鎮（已建成）、滇池衛城（當時在建）等小區及同仁醫院（當時在建）。

徐家堆立交區范圍內除了廣福路北側的香檳小鎮離廣福路較近外，其他方向紅線控制良好，紅線范圍之內基本上沒有建筑物，但高速公路與環湖東路共線段較為狹窄（圖1）。

受上述規劃選線的影響，導致了此次昆明南連接線徐家堆立交形態的選擇在這些邊界條件無法改變的情況下變得極其受限。

1.2 相交道路情況

1）南連接線。南連接線高速公路南連接線位于云南省昆明市西山區、官渡區，為東西走向道路，東起于高岆立交，西止于民辦科技園，設計車速100 km/h，與昆玉、安晉、昆安高速公路直接串連，構成滇池環湖高速公路圈，是構成昆明“8”字形繞城高速公路系統“一橫”中不可或缺的部分。

圖1 徐家堆立交周邊用地情況

2）廣福路。廣福路作為南市區向東西城市Ⅰ級主干路，西接滇池路，東至廣衛立交與昆玉高速相連，是城市東南片區與海埂旅游度假區聯系的重要途徑，同時兼有城市過境交通功能。其功能是：連接昆明西市區和昆明東城區（呈貢）的城市型交通主干路；昆明南片區內橫貫東西的交通大動脈和生活服務道路；主城東西市區之間的市政管線的主要走廊；草海東岸片區內的區域性交通次干道；草海東岸片區內的生活服務性道路和商業街。

3）紅塔東路。紅塔東路在本項目啟動時已按雙向六車道修建完成，道路紅線40 m，屬于城市Ⅱ級主干路，通往滇池國家旅游區、紅塔體育中心。紅塔東路目前只是在徐家堆立交附近與廣福路以平面交叉連通，紅塔東路兩側均為超大型的商品房開發基地。

4）環湖東路。環湖東路規劃等級為城市Ⅰ級主干路，機動車道為雙向六車道，兩側另加非機動車道和人行道，標準段路紅線寬55 m。環湖東路位于城市南片區，屬于西山區、官渡區，東起“五縱”之一的官南路，西接“四橫”之一的廣福路、紅塔東路交叉口，為東西走向道路，沿線經過滇池半島高檔商住區、滇池沿岸濕地保護區，主要起到連接沿線集散交通的功能。

2 立交總體設計要點分析

受規劃線位及用地條件的制約，該立交所在的位置已經成為一個異形五路交叉，而作為繞城內環，南連接線高速又必須盡量在該節點實現與市政道路的互通，因此在立交總體設計上就需要考慮以下5個方面：

1）結合南連接線周邊立交，形成立交群的概念，綜合考慮立交流向設置，以便盡量簡化立交形態，將復雜的異形立交簡單化。

2）根據立交功能定位，結合立交流向設定，確定合理的立交形態，進行初步比選。

3）根據立交形態、規劃斷面布置及交通需求的定性、定量分析結果，合理確定立交主線、匝道、輔道的車道建設規模。

4）根據實際情況，進行立交方案線形設計，采用合理的設計參數。

5）在滿足線形條件及交通需求的前提下，盡量減少征地拆遷。

根據地方規劃提出的該節點規劃要求，徐家堆立交需要在該節點滿足如下交通訴求：

1）通過本節點的建設，完善南市區的路網結構，建立清晰的城市道路系統。

2）通過本節點的建設，完成城市道路體系與高速公路體系間的交通轉換，滿足大量的出城需求。

3）通過南連接線、廣福路沿線一系列立交的建設，完善城市道路系統與昆明市“8”字形高速公路系統間的有機聯系。

4）環湖東路、廣福路、紅塔東路是南片區重要交通要道，參照《城市道路設計規范》以及廣福路沿線相交道路的規劃交叉方式要求，位于環湖東路與廣福路、紅塔東路、南連接線交叉的徐家堆立交需要設置為樞紐級互通式立交。

由上述條件可看出，徐家堆立交設計方案要在周邊條件極其苛刻的情況下滿足異形交叉口樞紐級立交的訴求。

3 立交構型總體思路

根據國內許多異形互通工程的經驗，此類立交在節點間距較密的情況下，如果不結合周邊的路網和立交，又能獨立解決所有的流向交通，其結果都是立交占地極大，形態復雜，且建成時間不長，就發生部分流向的堵塞。取得比較好工程效果的立交基本都是結合周邊立交，按照立交群的思路來確定其立交構型。

徐家堆立交所在的節點，周邊規劃有河尾村立交、羅衙村立交等多個立交和高等級道路的平交口，完全可以將徐家堆結合這些立交，形成南市區的一個立交群，通過周邊立交解決部分流向的轉向交通問題，而使得部分流向的轉換交通可通過南連接線、廣福路上其他互通或半互通立交、平交進行，徐家堆立交重點解決城市交通系統上高速公路系統出城方向的交通，城市道路系統和高速公路系統之間在此節點將簡化。

具體的立交主流向的選擇上，徐家堆立交是昆明市南市區最重要的節點，昆明“8”字形高速公路網中的南橫南連接線、南市區東西向的中干道廣福路以及昆明“一湖四片” 規劃中重要的景觀通道的組成部分環湖東路都在這一節點相交。

從徐家堆立交連接的各條道路來看，南連接線是昆明市“8”字形高速公路網中“一橫”最重要的組成部分，特別是在西北連接線、西南連接線尚未實施之前，將承擔昆明市大量的過境交通；廣福路則是南市區東西向的交通大動脈，同時，廣福路、紅塔東路、環湖東路形成十字節點有利于疏解城市道路系統，但不能忽略廣福路主線方向的大量交通。

從昆明最新的規劃路網來說，紅塔東路、廣福路東形成一條線形上更為合理的城市主干路，因此，在立交流向選擇的時候，還應該要考慮提高紅塔東路與廣福路東的交通功能。

因此，徐家堆立交的交通流向可以結合周邊立交，重點解決城市交通系統上高速公路系統出城方向的交通，保證廣福路主線、南連接線主線以及廣福路東與紅塔東路之間的交通流連續快速。對于南連接線由西向東進城方向的流量分流，除通過河尾村立交左轉上滇池路，經廣福路進城，或者右轉向滇池路，通過紅塔東路經廣福路進城，主流向設置定向匝道外，其他方向通過地面道路解決。

4 徐家堆立交節點方案比選

結合立交主要流向的分析，設計階段對立交形態進行了3個方案的比選。

4.1 方案一

方案一中，南連接線主線為雙向六車道高架，廣福路主線為地面道路。廣福路東同紅塔東路的聯系，以及環湖東路與廣福路西的聯系通過設置迂回匝道實現（圖2）。

圖2 徐家堆立交方案一

紅塔東路直行至廣福路東主線方向，遠期設置單向兩車道的跨線橋（即WE匝道），近期該流向通過地面交叉口解決。

廣福路東主線方向至紅塔東路設置迂回匝道解決直行流向（EW匝道），環湖東路至廣福路西主線方向通過設置迂回匝道解決直行流向（SN匝道）；同時根據交通量大小設置廣福路東轉向南連接線西的轉向匝道（EN匝道）。

通過地面交叉口解決廣福路西直行至環湖東路、廣福路西右轉至紅塔東路、紅塔東路右轉至環湖東路、環湖東路左轉至紅塔東路、環湖東路右轉至廣福路東的交通。立交地面部分為燈控三相位交叉口，三個相位分別為北向南直行、西向東直行、南向西左轉。

環湖東路在立交南進口位設置上、下南連接線向東的平行匝道解決城市道路系統與高速公路系統之間的銜接問題，環湖東路在立交南進口部分車道設置在南連接線高架下（圖3、圖4）。

圖3 與南連接線連接匝道布置示意

圖4 徐家堆立交環湖東路進口位置斷面示意（單位：m）

立交層數為三層，WE匝道、EW匝道為第二層，SN匝道，南連接線主線為第三層。

方案一的主要特點有：

1）較好地解決了廣福路和南連接線的直行交通的通行以及廣福路東與紅塔東路之間的交通，地面交叉口解決其他方向的交通轉向問題，基本滿足了該節點的交通需求。

2）保證了廣福路和南連接線直行方向的貫通，保證了交通流的連續性；設置定向匝道和平行匝道保證了城市道路系統與高速公路系統間主要流向的快速連續；設置地面交叉口可以保證城市道路系統其他方向與高速公路系統之間的連接，有效地控制了立交的建設規模，減少了大量的工程投資。

3）根據前述的徐家堆立交節點定位分析，方案一未能解決廣福路東至環湖東路、廣福路東至南連接線東向的聯系以及紅塔東路至廣福路西的交通，這些流向需要通過周邊立交和地面交叉口進行解決。

4）由于立交規模得到控制，立交總占地面積較小，節省了大量的土地資源，具有很高的社會效益。

4.2 方案二

由于廣福路以北土地已經建成香檳小鎮小區，為了減少迂回或環形匝道增加的用地，同時增加通行能力，方案二將廣福路主線雙向分離，由廣福路西至廣福路東方向設置單向三車道跨線橋，廣福路東至廣福路西仍采用地面道路，保證廣福路主線的連續交通，布置廣福路東至紅塔東路的迂回匝道，在2條城市主干路中間設置“Y”字形立交。其他方向之間的溝通，通過聯絡環島來解決。環島設置成狹長形，以增加各進口道、出口道之間的交織長度（最短約115 m），減少用地面積。同時為了滿足城市道路系統與高速公路系統之間的銜接，設置了廣福路東上南連接線西定向匝道，并利用聯絡環島滿足各個方向上南連接線東的平行匝道（圖5）。

圖5 徐家堆立交方案二

從交通量預測的結果來說，廣福路東與紅塔東路的交通量并不是很大。考慮到紅塔東路通往滇池國家旅游區、紅塔體育中心，每逢體育旺季或者體育比賽日交通量會放大，為了保證該立交在體育旺季或者體育比賽日仍然提供足夠的通行能力，因此，設置兩車道定向匝道是合適的。

從占地來說，該立交方案節省了大量的土地資源，具有很高的社會效益和經濟效益。立交規模得到控制，比較符合道路用地紅線的要求。

方案二的主要特點有：

1）較好地解決了廣福路和南連接線的直行交通的通行以及廣福路東與紅塔東路之間的交通，地面聯絡通道解決左轉車輛的轉向問題，基本解決了該節點的交通需求。

2）設置聯絡環島可以保證城市道路系統與高速公路系統之間的連接，有效地控制了徐家堆立交的建設規模，減少了大量的工程投資。

3）由于立交規模得到控制，立交總占地面積較小，節省了大量的土地資源。

4.3 方案三

方案三中除南連接線主線仍舊保留為雙向六車道高架外，廣福路主線保留了由東往西的主流向，而將由西往東的交通引入平面交叉，通過左轉實現；其他各個方向的交通也通過平面交叉實現（圖6）。

圖6 徐家堆立交方案三

本方案較方案一、二減少了大量的橋梁結構，因此方案投資大大減小。立交占地面積較小，但廣福路主線方向未能實現連續交通，且平面交叉通行能力較小，產生大量的延誤，服務水平較低，交通組織較為復雜。

方案三的主要特點有：

1）本方案保留了南連接線直行方向的高架，其他所有方向都通過平面交叉口實現。由于采用平面交叉的形式，因此本節點城市系統中各個流向都得以解決。

2）由于取消了除南連接線外的橋梁結構，投資得以大幅度減小。

3）廣福路保留了由東往西方向的直行交通，由西往東方向的直行被取消，而通過平面交叉口的左轉實現，不利于大運量交通。特別是遠期交通量增大時，將對平面交叉口產生很大的交通壓力，在主流向必須增加匝道或跨線橋予以解決，此時將產生較大的廢棄工程量。

4）本方案嚴格將城市道路系統和高速公路系統區分開，未能實現兩者之間的聯系，同本節點作為南市區樞紐的功能定位不相符。

5）立交總占地面積較小，節省了大量的土地資源。

6）近期僅實施廣福路主線方向地面道路以及廣福路同紅塔東路相連的匝道，實施難度小，能確保廣福路主線方向在殘運會召開之前竣工，保證廣福路直行的貫通以及同紅塔東路的聯系；遠期再實施南連接線高架、環湖東路、上南連接線的匝道以及環湖東路至廣福路西的跨線橋，基本不產生廢棄工程量。

4.4 方案比選

相對方案二、三，方案一不僅很好地解決了城市道路系統之間的轉向問題，而且同高速公路系統之間實現良好的聯系，各主流向采用高標準的跨線橋及匝道，同時又能夠合理減少部分流向，降低工程造價，具有較高的可實施性。根據綜合比較以及綜合歷次專家評審的會議精神，最終徐家堆立交選擇了方案一作為實施方案。具體方案比選如表1所示。

5 徐家堆立交服務水平預測和建成后實測分析

徐家堆立交地面交通組織簡圖如圖7所示。根據所構建的交通需求預測模型，在設計階段，徐家堆立交的2030年高峰小時流量預測結果如圖8所示。

圖7 徐家堆立交地面交通組織示意

圖8 設計階段預測2030年徐家堆立交高峰小時流量

在近期，WE匝道尚未修建，西進口直行的交通量從地面層實現溝通，此時南進口左轉，北進口直行形成一個信號交叉口，因此需要根據信號配時來計算各轉向的通行能力。其交叉口車道功能劃分：南進口左轉3個車道；北進口直行2個車道。

根據交叉口各進口轉向流量及地面系統車道功能劃分，對該信號交叉口進行信號配時。其信號配時為兩相位，高峰小時信號周期為100 s，南北向直行綠燈時間為79 s，黃燈時間為3 s，南進口左轉綠燈時間為12 s，黃燈時間為3 s，全紅時間為3 s。

根據對2030年立交設計方案進行流量測試和服務水平分析，在遠期，本立交各轉向及路段服務水平較好，能夠滿足交通需求（圖9）。

圖9 預測2030年徐家堆立交高峰小時流量（V/C）

徐家堆立交隨同昆明南連接線在2014年底交工驗收，經過5年多的實踐檢驗，其交通量發展和設計時的預測結果基本一致，達到了實際的設計效果。

根據《昆明城市交通發展年度報告2017》實測地面交叉口服務水平和早、晚高峰路段行駛車速顯示服務狀態良好，地面交叉口延誤時間小于15 s，早、晚高峰立交行車速度分別為24 km/h和35 km/h。

2019年10月本項目正式竣工驗收前，昆明市交通局組織對南連接線進行了項目后評估，實測的立交交通量如圖10所示。由圖10可知，實測交通量與預測情況基本吻合，轉向及路段服務水平較好，能夠滿足交通需求，達到了預期的設計構想。

圖10 徐家堆立交現狀高峰小時流量（pcu/h）

6 結語

從徐家堆立交整個設計過程和后期評估來看，結合周邊限制條件和方案變遷后，可以得出如下類似異形立交改建的經驗：

1）高速公路與城市道路互通異形立交在設計時，不應按照常規公路立交各轉向均需保證的要求來布置立交形態，而是應該牢牢抓住主要交通流向分析這個關鍵點，利用城市道路路網密集，于高速公路互通時立交間距相對較近的特點，形成立交群的概念來盡量簡化立交形態，切忌貪大求全。

2）該類立交在設計時應高度重視交通量預測，盡量采用交通仿真對立交形態進行驗證，立交匝道的取舍應建立在交通量驗證的基礎上。

3）立交形態選擇時應保證明確的指向性，匝道出口方向布置應與周邊立交一致，盡量避免左出的情況，誘導系統應為使用者提供較為簡單的行駛判斷，才能在使用時取得最好的效果。