現(xiàn)代環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)的幾何元素分析

陳鴻

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，鄭州 450000）

1 引言

現(xiàn)代環(huán)形交叉口在過(guò)去的二十年里得到了廣泛的應(yīng)用。在無(wú)信號(hào)和有信號(hào)的交叉口平面布置中廣泛采用環(huán)形交叉口，對(duì)改善交通控制、提高安全性、美化環(huán)境、提高汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性等方面產(chǎn)生重要作用，是一種合適的交叉路口布局。良好的環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)高度重視速度控制，通過(guò)幾何要素的合理安排來(lái)實(shí)現(xiàn)速度控制。論文的重點(diǎn)是提供一個(gè)在環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)中使用的關(guān)鍵幾何特征的框架。

2 環(huán)形交叉口分類(lèi)

NCHRP Report 672：2007 環(huán)行交叉口：信息指南[1]（以下簡(jiǎn)稱《信息指南》），摘錄了以下幾種不同類(lèi)型的環(huán)形交叉口。

2.1 小型環(huán)形交叉口

小型環(huán)形交叉口是一個(gè)具有相當(dāng)小直徑的、一個(gè)完全可通過(guò)的中心島。提供單車(chē)道循環(huán)道路，主要用于低速度的城市環(huán)境。

2.2 單車(chē)道環(huán)形交叉口

單車(chē)道環(huán)形交叉口，由所有支路的單車(chē)道入口、出口和一個(gè)循環(huán)車(chē)道組成。它們與小型環(huán)形交叉口的主要區(qū)別在于更大的內(nèi)切圓直徑、不可穿過(guò)的中央島以及整個(gè)環(huán)形交叉口區(qū)域稍高的設(shè)計(jì)速度。

為了充分滿足大型車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎要求(掃掠路徑)，環(huán)形車(chē)道必須比普通車(chē)道寬。因此，在這種情況下，可以推薦鋪設(shè)停機(jī)坪。此外，環(huán)形交叉口的大小在很大程度上受設(shè)計(jì)車(chē)輛和用地限制的影響。

2.3 多車(chē)道環(huán)形交叉口

多車(chē)道環(huán)形交叉口至少有1 個(gè)入口、有2 個(gè)或多個(gè)車(chē)道，或者可能包括在1 個(gè)或多個(gè)入口從1 個(gè)車(chē)道漸變到2 個(gè)或多個(gè)車(chē)道的環(huán)形交叉口。循環(huán)車(chē)道的設(shè)計(jì)更寬，可以容納多輛并排行駛的車(chē)輛。

3 環(huán)形交叉口的幾何元素和關(guān)鍵指標(biāo)分析

環(huán)形交叉口主要幾何元素有內(nèi)切圓直徑、交織的數(shù)量和交叉的角度、停機(jī)坪、分割島、出入口寬度、出入口半徑、循環(huán)車(chē)道寬度等，如圖1 所示。

圖1 環(huán)形交叉口幾何元素示意圖

3.1 速度影響

環(huán)形交叉口的運(yùn)行速度是其最重要的安全性能之一。車(chē)輛碰撞的嚴(yán)重程度與速度有直接的關(guān)系。

在進(jìn)入路口時(shí)達(dá)到期望速度最有效的方法是在環(huán)形交叉口之前通過(guò)設(shè)置連續(xù)的減小路線半徑的曲線，使車(chē)速逐漸降低。

此外，在環(huán)形交叉口入口區(qū)域，在相互沖突的交通流之間，設(shè)計(jì)良好的環(huán)形交叉口應(yīng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)速度值的一致性，確保碰撞概率降至最低，并迫使車(chē)輛沿環(huán)形路徑通過(guò)環(huán)形交叉口。因此，為了獲得良好的安全性，環(huán)形交叉口的設(shè)計(jì)速度是至關(guān)重要的參數(shù)。設(shè)計(jì)特征見(jiàn)表1。

表1 典型環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)特征

3.2 采用的概念

3.2.1 設(shè)計(jì)速度

《信息指南》通過(guò)理論上的“最快路徑”概述了采用環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)速度的概念。單車(chē)道和多車(chē)道環(huán)形交叉口分別推薦最高40km/h 和50km/h 的典型設(shè)計(jì)速度；對(duì)于小型環(huán)形交叉口，采用更低的設(shè)計(jì)速度。總的來(lái)說(shuō)，環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)中的速度影響通常是環(huán)形交叉口自身速度管理和臨近道路速度管理的結(jié)合。

3.2.2 設(shè)計(jì)車(chē)輛

容許的設(shè)計(jì)車(chē)輛要求是環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)中的主要考慮因素。所選設(shè)計(jì)車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎特性(掃掠路徑)極大地影響交叉口的平面布置，并確定入口和出口區(qū)域的轉(zhuǎn)彎半徑。

不管遵循什么樣的指導(dǎo)方針，都鼓勵(lì)工程師們采取模擬設(shè)計(jì)車(chē)輛在所有可能的運(yùn)動(dòng)路徑中的軌跡，以便為最終的環(huán)形交叉口設(shè)計(jì)提供足夠的容納空間。

3.2.3 視距

關(guān)于視距，《信息指南》提供了這些關(guān)鍵安全問(wèn)題的評(píng)估方法，以便環(huán)形路安全運(yùn)行。環(huán)形路需要驗(yàn)證2 種類(lèi)型的視距：停車(chē)視距(入口、循環(huán)車(chē)道、人行橫道區(qū)域、出口)和交叉路口視距(進(jìn)入車(chē)輛的駕駛員感知沖突車(chē)輛、行人和自行車(chē)并做出反應(yīng)所需的距離)。對(duì)于所有道路使用者來(lái)說(shuō)，提供不超過(guò)最小要求的交叉口視距是有利的，過(guò)高的能見(jiàn)度會(huì)導(dǎo)致更高的車(chē)速和更低的安全性[2]。

3.2.4 入口路徑偏轉(zhuǎn)

為了降低進(jìn)入車(chē)輛和行駛車(chē)輛之間的相對(duì)速度，在入口處沿車(chē)輛路徑的曲率減小被稱為偏轉(zhuǎn)，是典型的設(shè)計(jì)參數(shù)。然而，除了內(nèi)切圓的直徑之外，循環(huán)車(chē)道寬度、入口和出口寬度、入口和出口半徑、入口和出口角度在容納設(shè)計(jì)車(chē)輛和提供偏轉(zhuǎn)方面也具有重要作用。

3.2.5 接近路線

通常建議將接近中心線指向內(nèi)切圓中心，條件受限制時(shí)可以向左偏移(進(jìn)近中心線通過(guò)環(huán)形交叉口中心點(diǎn)的左側(cè))。

3.2.6 交織的數(shù)量和交叉的角度

《信息指南》建議環(huán)形交叉口應(yīng)該有3 條或4 條支路，如果需要更多的支路（5 條或6 條），增設(shè)信號(hào)裝置是1 個(gè)潛在的更安全的解決方案。與傳統(tǒng)交叉口相似，支路之間的角度也是1 個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮因素。通常優(yōu)選的是環(huán)形交叉口支路以垂直或接近垂直的交角相交。如果2 條支路相交的角度明顯＞90°，通常會(huì)導(dǎo)致1 個(gè)或多個(gè)右轉(zhuǎn)動(dòng)作的速度過(guò)高。或者如果2 條支路相交的角度明顯＜90°，那么，大型卡車(chē)轉(zhuǎn)彎通過(guò)的難度就會(huì)增加。

3.2.7 停機(jī)坪

停機(jī)坪區(qū)域是中心島可通行路徑的附加同心圓區(qū)域，用于容納大型車(chē)輛，普通客車(chē)是不允許使用的，同時(shí)最大限度地減小其他環(huán)形交叉口的尺寸。停機(jī)坪區(qū)域建議用于單車(chē)道環(huán)形交叉口。停機(jī)坪的路面結(jié)構(gòu)與正常循環(huán)車(chē)道的路面結(jié)構(gòu)不同，其外緣應(yīng)高出循環(huán)車(chē)道路面約5～7cm。

3.2.8 橫坡

中心島區(qū)域的排水是整個(gè)環(huán)島設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。《信息指南》建議循環(huán)車(chē)道路面的向外橫向坡度為2.0%。固定的橫坡更有利于排水、降低車(chē)輛行駛速度，并使中央島更引人注目。

3.2.9 分割島

分割島旨在分隔和引導(dǎo)環(huán)形交叉口交通流的進(jìn)出，并有助于速度控制。同時(shí)，它們可以作為行人的避難所，分2 次穿過(guò)道路，并可以用作安裝標(biāo)志的地方。

關(guān)于小型環(huán)形路，《信息指南》要求在每個(gè)引道都要有分隔島，如果有場(chǎng)地限制的話，可以是有限制的、可通行的或涂漆的分隔島。其余的環(huán)形交叉口類(lèi)型，《信息指南》建議采用路緣石圍成的實(shí)體島。

3.2.10 入口寬度

《信息指南》建議入口寬度在單條車(chē)道入口時(shí)為4.20～5.50m；對(duì)于入口采用2 條或3 條車(chē)道的,每條車(chē)道的寬度為3.70～4.60m。然而，對(duì)入口外一定范圍內(nèi)的入口道路逐漸加寬，是增加入口容量或容納大型車(chē)輛通行的通常做法，而不是采用在整個(gè)引道內(nèi)增加額外的車(chē)道。

《信息指南》建議擴(kuò)口最小額外寬度等于現(xiàn)有車(chē)道，推薦漸變段長(zhǎng)度值大于40m。如圖2 所示。

3.2.11 入口半徑

選擇入口路緣半徑的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)期望的速度和改善視距，并確保設(shè)計(jì)車(chē)輛正常通行。單車(chē)道環(huán)島的入口半徑值范圍從15～30m。對(duì)于多車(chē)道環(huán)島，需要密切關(guān)注的1 個(gè)問(wèn)題是車(chē)輛路徑重疊問(wèn)題，這種情況最常見(jiàn)于入口處。在入口處，外側(cè)車(chē)道的幾何形狀會(huì)將車(chē)輛引入內(nèi)側(cè)循環(huán)車(chē)道。因此，沿外側(cè)路緣使用復(fù)合曲線或切線被認(rèn)為是1 種良好的做法。

3.2.12 出口車(chē)道寬

建議出口車(chē)道寬度＝入口車(chē)道寬度。

3.2.13 出口半徑

城市和農(nóng)村環(huán)境中的出口半徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)車(chē)輛的機(jī)動(dòng)性進(jìn)行選擇。然而，在城市環(huán)形交叉口，也應(yīng)該提供安全的人行橫道。因此，路緣的幾何形狀應(yīng)強(qiáng)制實(shí)施慢的出口路徑速度。對(duì)于所有類(lèi)型的環(huán)形交叉口，出口曲率應(yīng)大于入口曲率。單車(chē)道環(huán)形交叉口的典型值范圍為30～60m，對(duì)于通行半掛車(chē)的情況下，可能需要＞250m 的半徑。在多車(chē)道環(huán)形交叉口中，引起安全問(wèn)題的1 個(gè)問(wèn)題是出口和循環(huán)車(chē)流之間的潛在沖突。消除這種潛在危險(xiǎn)的解決方案是迫使進(jìn)入車(chē)輛的路徑穿過(guò)循環(huán)交通的相關(guān)路徑而不是合并。

圖2 入口車(chē)道擴(kuò)口加寬的方法

4 環(huán)形交叉口的安全性能

通過(guò)消除或修改沖突類(lèi)型、降低碰撞嚴(yán)重程度以及使駕駛員保持可接受的低速，環(huán)形交叉口的使用已被證明是改善交叉口安全性的最佳解決方案。將交叉口改造成環(huán)形交叉口，尤其是單車(chē)道環(huán)形交叉口的安全效益非常顯著，在所有交叉口中，單車(chē)道環(huán)形交叉口似乎是最安全的類(lèi)型。

5 結(jié)語(yǔ)

環(huán)形交叉口是一種受歡迎的平面交叉口類(lèi)型[3]，主要是由于其安全性能和有效的交通控制。一般來(lái)說(shuō)，單車(chē)道環(huán)形交叉口是所有交叉路口類(lèi)型中最安全的。環(huán)形交叉口有效運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題是正確的幾何設(shè)計(jì)，它決定了車(chē)速控制，實(shí)現(xiàn)了沖突交通流之間相對(duì)速度的一致性，并為所有交通參與者提供了足夠的安全保障。