一種立交匝道線形優(yōu)化方法

謝 偉 強(qiáng)

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510517)

1 概述

經(jīng)過(guò)多年的高速公路建設(shè)，隨著設(shè)計(jì)與工程經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，立交工程設(shè)計(jì)變得越來(lái)越規(guī)范和成熟。2014年交通運(yùn)輸部頒布了JTG/T D21—2014公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則,對(duì)立交的選址、布局、選型、線形乃至分合流鼻端細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)提出規(guī)范的要求，很大程度上豐富了《路線設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于交叉工程的內(nèi)容和深度。但是立交設(shè)計(jì)者往往都是根據(jù)交通量、擬定的設(shè)計(jì)車速、套規(guī)范，按路線設(shè)計(jì)的一般做法，簡(jiǎn)單地把線段與線段作滿足標(biāo)準(zhǔn)連接來(lái)進(jìn)行立交基本單元——匝道的線形設(shè)計(jì)，對(duì)于其是否滿足汽車的實(shí)際運(yùn)行要求則不予關(guān)注，目前也沒(méi)有通用的方法去評(píng)價(jià)匝道線形的優(yōu)劣進(jìn)而改進(jìn)。這樣的設(shè)計(jì)，由于線段速度的不均勻甚至相差較大，事實(shí)上會(huì)由于設(shè)計(jì)平縱面指標(biāo)過(guò)高導(dǎo)致“誘導(dǎo)”車輛提速?zèng)]必要而造成能耗，又或者滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基本要求但車速事實(shí)上是低的導(dǎo)致局部通行能力下降不能達(dá)到期望速度造成了擁堵甚至交通事故。本文結(jié)合某高速公路工程匝道線形設(shè)計(jì)案例，利用簡(jiǎn)單計(jì)算及查表法對(duì)匝道線段速度進(jìn)行檢查，分析匝道線形存在不足并加以改進(jìn)，以得到較優(yōu)的匝道線形，為立交總體設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2 匝道線形分析與優(yōu)化

2.1 速度分析的必要性

為改進(jìn)汽車在匝道內(nèi)的交通行駛性能與通行能力，避免線形指標(biāo)不足帶來(lái)的不利影響，進(jìn)行速度的檢驗(yàn)是公認(rèn)的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)成果如與運(yùn)行速度不相符，很有可能出現(xiàn)擁堵或者追尾等交通事故。因此對(duì)匝道線段速度計(jì)算并進(jìn)行分析加以改進(jìn)很有必要。

2.2 匝道線段計(jì)算速度與運(yùn)行速度的計(jì)算

2.2.1圓曲線段計(jì)算車速

回旋線線段計(jì)算車速:

V計(jì)算=(6.83×A)2/3。

其中，q為匝道的(超高)橫向坡；f為舒適度系數(shù)，一般取f=0.15；A為匝道平曲線回旋線參數(shù)。

理論證明，通過(guò)增大平曲線半徑、加大回旋線參數(shù)以及加長(zhǎng)匝道長(zhǎng)度可增加線段的計(jì)算速度。

2.2.2匝道運(yùn)行速度的計(jì)算

參考外國(guó)專家意見(jiàn)，匝道運(yùn)行速度V運(yùn)行=0.9×V計(jì)算。

由于篇幅所限，本文僅列出某立交兩條匝道(也是立交設(shè)計(jì)的兩種典型匝道),其中一條進(jìn)口匝道(由匝道收費(fèi)站逐漸加速駛?cè)胫骶€的匝道)及一條出口匝道(由主線駛出逐漸減速進(jìn)入匝道收費(fèi)站的匝道)速度計(jì)算并進(jìn)行分析加以改進(jìn)案例。

工程案例：某平原微丘區(qū)地形高速公路主線設(shè)計(jì)車速為100 km/h(根據(jù)JTG B05—2015公路項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)規(guī)范B.2.8條立交范圍主線交織區(qū)的運(yùn)行速度小汽車最大折減值-8 km/h,V運(yùn)行=92 km/h)，與某二級(jí)公路相交需設(shè)置一般性互通立交，設(shè)計(jì)采用A型單喇叭立交方案，匝道設(shè)計(jì)車速40 km/h(根據(jù)JTG/T D21—2014公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則，圓曲線一般最小半徑R=60 m,緩和曲線最小參數(shù)A=35,分流鼻附近匝道緩和曲線極限最小參數(shù)A=80)，設(shè)置匝道收費(fèi)站。現(xiàn)設(shè)計(jì)主線縱坡為i=+1.4%的進(jìn)口匝道及主線縱坡為i=-1.1%的出口匝道。

1)進(jìn)口匝道：設(shè)計(jì)要求速度應(yīng)逐漸增加。

分析表1：回旋線線段A1=75.58時(shí)V運(yùn)行明顯偏大(大于緊跟連接的圓曲線R2=120 m的V運(yùn)行)，發(fā)揮不了作用，可適當(dāng)降低回旋線參數(shù)，調(diào)整為A1新=57.76(大于40 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速對(duì)應(yīng)的回旋線最小參數(shù)要求)，此時(shí)的V計(jì)算新=53.79 km/h(V運(yùn)行=48.41 km/h)與后續(xù)R=120 m平曲線連接起來(lái)速度逐漸增加有利于汽車加速。查表2當(dāng)運(yùn)行速度V運(yùn)行=0 km/h～48.41 km/h～63.39 km/h需要的理論逐漸增速長(zhǎng)度L理論=3+8+15+22+53×80%(均查+2.5%值)+37×20%+45+77×30%(均查-0.5%值)=166 m(小于設(shè)計(jì)匝道累計(jì)長(zhǎng)度的285.69 m)設(shè)計(jì)滿足逐漸增速的要求，匝道逐漸增速長(zhǎng)度有富余。與進(jìn)口匝道連接的主線縱坡i=+1.4%時(shí)查表2(查i=+1.5%的值)，回旋線A2與主線連接V運(yùn)行=63.39 km/h～92 km/h的加速長(zhǎng)度L加速=111×70%+128+259+290×20%=523 m，需要在主線加寬而設(shè)置的加速車道長(zhǎng)度長(zhǎng)、工程費(fèi)用高。考慮加大該段回旋線參數(shù)提高接入段車速，調(diào)整為A2新=120.53此時(shí)的V計(jì)算=87.84 km/h(V運(yùn)行=79.05 km/h)查表2需要的加速長(zhǎng)度L加速新=128×10%+259+290×20%=330 m，加速車道的長(zhǎng)度縮短。同時(shí)根據(jù)分段速度分析，原匝道收費(fèi)站位置可以利用富余的匝道逐漸增速長(zhǎng)度適當(dāng)向主線方向前移，增加收費(fèi)站中心到被交道路的距離，有利提高與被交道路平交口的通行能力。

表2 出口匝道分段長(zhǎng)度和車速計(jì)算

2)出口匝道：設(shè)計(jì)要求速度應(yīng)逐漸降低。

分析表3：回旋線線段A2=73.11時(shí)V運(yùn)行明顯偏大(大于緊跟連接的圓曲線R2=95 m的V運(yùn)行)，發(fā)揮不了作用，可適當(dāng)降低緩和曲線參數(shù)，調(diào)整為A2新=48.57(大于40 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速對(duì)應(yīng)的緩和曲線最小參數(shù)要求，A2新回旋線段長(zhǎng)度24.83 m),此時(shí)的V運(yùn)行新=47.92 km/h(V運(yùn)行=43.1 km/h)與前一段R=95 m平曲線連接起來(lái)速度逐漸減少有利于汽車行駛。與出口匝道連接的主線縱坡i=-1.1%時(shí)查表4(查-1.0%的值)，V運(yùn)行=92 km/h～65.88 km/h需要的減速長(zhǎng)度L減速1=39×20%+35+30+26×40%=83 m,i=+0.47%時(shí)查表4(查+0.5%的值)，V運(yùn)行=65.88 km/h～43.10 km/h需要的減速長(zhǎng)度L減速2=25×60%+21+17×70%=48 m；i=-1.3%時(shí)查表4(查-1.0%的值)，V運(yùn)行=43.1 km/h～0 km/h需要的減速長(zhǎng)度L減速3=18×30%+14+10+6+2=38 m,V運(yùn)行=92 km/h～0 km/h逐漸減速理論長(zhǎng)度合計(jì)L減速=83+48+38=169 m，出口匝道逐漸減速(V運(yùn)行=92 km/h～0 km/h)實(shí)際總長(zhǎng)度L減速新=33.75+88.51+58.54+24.83+37.36=243 m(大于169 m理論值)比原設(shè)計(jì)長(zhǎng)274.42 m短，優(yōu)化后匝道線形更合理。根據(jù)分段速度分析，原匝道收費(fèi)站位置還可以向主線方向適當(dāng)前移，可增加收費(fèi)站中心到被交道路的距離，有利于提高與被交道路平交口的通行能力。

表3 變速加速距離(分級(jí))

表4 變速減速(慢剎車)距離(分級(jí))

3 結(jié)語(yǔ)

立交設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)匝道初擬線形分段進(jìn)行速度計(jì)算并加以分析優(yōu)化改進(jìn)，可避免設(shè)計(jì)速度的不足或過(guò)高，更符合汽車駕駛規(guī)律，減少司機(jī)不必要的變檔變速操作，有利車輛快捷安全行駛，提高匝道通行能力。根據(jù)個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)進(jìn)、出口匝道線形時(shí)宜優(yōu)先及重點(diǎn)檢查與主線、收費(fèi)站連接處線段平曲線設(shè)計(jì)指標(biāo)。