基于平曲線參數的服務區出入口匝道長度研究

朱建方，毛化冰，韓澤祥

[濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250003]

0 引言

高速公路服務區作為高速公路重要的附屬設施，為道路使用者提供休息、補給的重要場所。而服務區匝道在于保證用路者安全順適地到達或離開服務區，目前道路設計相關規范中，缺少服務區匝道長度的有關指標要求。并且可以從多個理論角度與實測角度分析保證駕駛員安全快速地到達或駛離服務場區的最小匝道長度，以達到完善規范的目的。

1 服務區出入口匝道的概念及設計指標

1.1 服務區出入口匝道的概念

高速公路服務區匝道根據組成分為出口匝道、場區車道和入口匝道[2]。根據《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）[1]（以下簡稱《細則》）服務區出、入口匝道示意圖可知（見圖1），高速公路出入口匝道是根據車輛駛出、駛入高速公路的方向確定，其中由高速公路減速車道駛出，進入服務區停車場的匝道為出口匝道，由服務區駛出，匯入高速公路主線的匝道為入口匝道。

圖1 服務區出、入口匝道示意圖

匝道長度為主線鼻端至停車場入口或出口間的長度，即從減速車道末點或加速車道始點開始計算，以出口匝道為例，圖2 中黑點所示為減速車道末點，即匝道長度計算始點。

圖2 減速車道與出口匝道始點示意圖

1.2 變速車道的設計標準

目前，從高速公路進入服務區匝道的變速車道設計均遵循《細則》10.2 變速車道的有關規定[1]：

（1）細則規定為：減速車道的形式宜采用直接式，當出口匝道為環形時，減速車道宜采用平行式，單車道加速車道宜采用平行式[1]。

（2）變速車道各路段最小長度符合《細則》10.2.5的相關規定，具體見表1。

表1 變速車道各路段最小長度

一般情況下，服務區與主線之間的交通流量較小且出入口匝道的任意斷面車頭時距較大，《細則》指出，服務區匝道宜采用互通式立體交叉單向單車道匝道。

1.3 服務區出入口匝道的設計速度

由于高速公路服務區的出、入口匝道的直接作用是服務車輛便捷駛入、駛出場區，平縱面線形設計指標高且形式簡單，高速服務區的選址一般盡量選擇地形平坦開闊地帶，然而在山嶺地區受制于周邊復雜地形條件，高速服務區的選址及出、入口匝道布置條件受限，服務區的出、入口匝道長度不長，很大程度上區別于互通式立交一般意義上的匝道。圖3 為青蘭高速沂源服務區。

圖3 青蘭高速沂源服務區示意圖

《細則》中指出，高速公路服務區入口匝道的長度不小于60 m，當主線設計速度為80 km/h 時，服務區出口匝道長度不小于80 m[1]。類比互通式立交設計形式，服務區出、入口匝道的形式與設計速度可類比于一般互通式立體交叉直連式變化型和標準型匝道，見表2。

表2 匝道基本路段設計速度及匝道類型

《細則》中指出匝道的設計速度可采用40 km/h。當條件受限時，可根據主線設計速度適當降低，但不應小于30 km/h。國內相關論文經過實際測速和規范參考提出服務區匝道的設計速度是根據主線設計速度區分的[2]，見表3。

表3 服務區匝道的設計速度

服務區場區速度是指服務區內部場區車道的設計速度，服務區的場區速度一般為10～15 km/h[2]。考慮到山區高速服務區地形差，選址困難，場區速度在本文計算中取大值。

2 服務區出入口匝道長度計算

根據《細則》中的相關規定：

（1）出口匝道在分流鼻端附近的設計速度可參考表4。

表4 出口匝道分流鼻端通過速度

（2）入口匝道在合流鼻端附近的設計速度可采用匝道基本路段的設計速度。

根據《規范》中互通式立體交叉匝道路段運行速度預測模型，由于服務區出入口匝道設計指標高，縱斷面坡度一般不大于3%，將服務區出入口匝道劃分為平直路段或者平曲線路段。當圓曲線半徑小于等于600 m 時為平曲線路段，大于600 m 時為平直路段。

2.1 平直路段下出、入口匝道長度計算

2.1.1 出口匝道長度計算

根據我國《汽車駕駛員手冊》建議，一般舒適的減速度為1.0～1.5 m/s2，基本舒適的減速度為1.5～2.0 m/s2，取a=2.0 m/s2[4]。由《規范》中匝道平直路段終點的運行速度模型：

式中：Vout為場區速度，取15 km/h；Vin為出口匝道分流鼻端通過速度，當主線設計速度為80 km/h 時，根據表4 取60 km/h。

計算得到出口匝道長度S=65 m。當主線設計速度為其它設計速度時，結果見表5。

表5 服務區出口匝道最小長度

2.1.2 入口匝道長度計算

服務區入口匝道與平行式加速車道相連接，車輛在合流鼻端附近的運行速度小于分流鼻附近的運行速度。根據以下模型：

式中：Vout出口匝道分流鼻端通過速度，當主線設計速度為80 km/h，取35 km/h；Vin為場區速度，取15 km/h。加速度a 根據《公路路線設計規范》（JTG D20 －2006）[5]取1.0 m/s2，計算得到入口匝道長度S=28 m。

當主線設計速度為其它設計速度時，計算結果見表6。

表6 服務區入口匝道最小長度

2.2 平曲路段下出、入口匝道長度計算

2.2.1 入口匝道長度計算

當服務區入口匝道位于半徑R≤600 m 的曲線上，入口匝道設計速度取40 km/h，入口匝道長度假設為60 m，圓曲線半徑R=100 m，緩和曲線ls=50 m,根據式（3）反算：

轉角α 約為6°，文章以小汽車為研究對象，根據《規范》B.4.6 模型,取Rfront= 5Rnow

其中Vin為場區速度，取15 km/h,得到：

Vout與Rnow的函數關系見圖4。

圖4 Vout 與Rnow 函數關系圖

根據相關論文研究服務區入口匝道在合流鼻端附近的速度Vout具體取值參考表3,當主線設計速度為80 km/h，Vout取35 km/h，此時Rnow=158 m。由《細則》得到匝道回旋線長度最小取值，見表7。

表7 匝道回旋線的最小長度

當V=35 km/h，緩和曲線最小長度為30 m。匝道最小長度：

當主線設計速度為其它設計速度時，計算結果見表8。

表8 服務區入口匝道最小長度

2.2.2 出口匝道長度計算

當服務區入口匝道位于半徑R≤600 m 的曲線上，同樣以小汽車為研究對象，根據2.2.1，Vout為場區速度，取15 km/h，得到:

Vin與Rnow的函數關系見圖5。

圖5 Vin 與Rnow 函數關系圖

當主線設計速度為80 km/h，根據表4，Vin取60 km/h，此時Rnow= 325 m，根據表3 和表6 得到回旋線最小長度25 m，則:

當主線設計速度為其它設計速度時，計算結果見表9。

表9 服務區出口匝道最小長度

3 結論

文章以小汽車為研究對象，以不同的主線設計速度為變量，考慮服務區出、入口匝道不同的平曲線參數，分別得到了不同參數下匝道的最小長度。通過分析2.1 和2.2 的計算結果，對于出、入口匝道的最小長度根據表10、表11 確定。

表10 服務區出口匝道最小長度 單位：m

表11 服務區入口匝道最小長度 單位：m

本文利用匝道平曲線參數計算理論，結合運行速度計算模型，對高速公路服務區出、入口匝道長度進行研究。建立了以小汽車為研究對象，在平曲線參數下，主線不同設計速度出、入口匝道長度計算模型，并給出最小值。文章所提出的出入口匝道長度的最小值及計算模型，對于完善高速公路相關規范具有重要的理論價值和參考意義。