城市道路互通立交優化設計研究

任健、樂玥

（上饒市宏優公路勘察設計院有限公司，江西上饒 334000）

0 引言

現代城市道路擁堵日益顯著，交通污染多、車輛通行質量差。過去很長一段時間，主要采取平面交叉方式解決城市交通擁堵現象，但是從實際情況來看，平面交叉設計無法預測交通量功能，利用平面交叉口難以提升運輸效率。而通過互通式立交可以將城市道路分層，進行分離通行，最大限度地利用城市空間，為了實現這一目的，要采取合理方式，科學設計互通立交，實現對各項資源的合理應用，保證車輛在行駛期間的穩定性與安全性，減少交通事故的發生。

1 城市互通立交設計中的各項要點

1.1 提供良好交通環境

城市道路設計期間需要遵循的一項基本原則就是滿足城市交通需求，為人們提供一個良好交通環境，促進城市經濟發展。對于城市交通道路來說，在進行互通立交設計時，要依據城市道路交通具體等級、周圍環境、車流量等特點，綜合分析各項內容，考慮各項影響因素，全面體現互通立交在公路網體系的節點作用和功能，改善城市交通環境。城市道路互通立交設計期間，作為設計人員要對城市道路情況進行全面分析，明確主次，以免由于某一個節點設計問題，導致整條高速公路的服務功能都達不到要求標準。要保證車輛行駛安全，減少交通事故發生。

1.2 充分考慮城市內混合交通具體需求

現代城市內人口與車輛不斷增多，在進行城市道路互通立交設計時，要充分考慮人和車輛的實際通行情況，考慮混合交通運輸需求，不得只注重機動車輛交通而忽視非機動車輛交通情況，或者由于過分注重城市中的機動車交通而導致行人在出行時面對較大安全風險。

1.3 城市道路要與周圍環境保持協調

城市道路具體建設時，不僅會受到周圍環境、施工技術等各項因素影響，而且在投入運營后，會對周圍人們生活以及生產工作開展造成一定影響，也會對城市中建設的各項基礎結構、公共交通、具體用地布局情況造成影響。可見，在城市道路互通交通設計時，要全面考慮各項內容，做好配合。

1.4 充分考慮管線造成的影響

在城市內部規劃建設互通立交區域時，經常會遇到各種管線，這些管線的存在會提高城市道路互通立交整體設計難度，設計時需要考慮的因素較大，必須做好相應分析工作，保證最終設計合理性，改善城市交通環境。

例如，在具體規劃期間，區域內存在排污、排水、供水管道，進行互通立交設計與施工時，會受鋪設管道的影響，而如果移除鋪設的管道，將會提高建設成本，增加工作量，導致工程無法在工期內竣工。可見，在進行城市道路互通立交設計過程中，要全面考慮鋪設管線造成的不良影響，針對跨徑組合要適當調整，做好墩柱布置設計，盡量不破壞城市中的管道設施，一方面能夠降低施工難度，另一方面還能夠降低建設成本，提高經濟效益。

2 城市互通立交的幾種常見方式

對于城市道路互通立交來說，在具體設計時，采取何種方式進行設計是整個設計作業的核心。在對互通立交形式進行確定前，設計人員需要對該區域具體情況進行分析，掌握不同形式在實際應用時的優缺點，要充分考慮城市交通地位、占地面積、道路登記等各項內容，對城市道路互通立交形式進行確定。城市道路互通立交主要有以下幾種方式。

2.1 菱形立交

菱形立交在具體應用期間，具有占地面積小、結構形式簡單等特點，而且幾乎不會受匝道影響，主線在投入應用后，能夠承受較大流量，交通相對安全，可以降低交通事故發生概率。菱形立交形式的立交匝道在城市道路的快速路，以及各個車道交叉口呈現出了良好設計效果，特別是在受地形因素影響，也不會對城市中的快速路上車輛的行駛造成不良影響，可以改善城市交通環境，促進經濟發展。

2.2 苜蓿葉式立交

苜蓿葉式立交主要在左轉彎車輛相對較少區域，因此適合應用在城市外圍環線上。通過對其應用，能夠使城市擁擠的交通環境得到一定程度改善。需要設計人員注意的是，采取這一交叉方式雖然只設置溢出跨線構造物，但是從具體情況來看，在相鄰的兩個環形匝道之間要設置交織區域，因此為了確保最終設計合理性，要設置集散車道。

2.3 定向式樞紐

采取該類型立交，對于匝道的要求十分嚴格，而且對城市道路中的交通集散功能也提出了高要求。對于出入口，需要采取統一模式，從而改善交通環境，保證車輛能夠安全行駛，減少交通事故以及交通擁堵情況的發生。需要注意的是，定向式樞紐在具體應用時具有很好的導向性，但是涉及多個立交層次，因此從實際情況來看，具體結構跨度情況十分復雜，后續施工開展時難度較大，為了保證整個施工作業順利進行，要投入大量資金、人力。一般來說，定向式樞紐立交適合應用到城市道路的兩條公路交叉，以及不同方面車流量都相對較大情況下。

2.4 定向Y 形立交

定向Y 形立交無論是對于匝道，還是對于交通主線來說，在標準上的要求都較高，但是其在占地上優勢十分明顯，而且在承載較大的左轉車流量時，具有顯著優越性；其缺點是要設計大量跨梁結構，工程量較大。因此，定向Y 形立交經常會被作為城市立交樞紐，特別是主線車流量占據主要部分情況，占地面積小優勢能夠得到充分發揮，可以適應不同規模城市在交通建設時的具體需求。

3 優化互通式立交設計的合理方案

3.1 優化互通式立交需要遵循的原則

第一，保證城市交通順暢通行，保證車輛行駛安全，滿足城市交通對于車輛的需求量，在這一基礎上確保車輛行駛時能始終保持良好間距，特別是提高對城市道路中人行道設立內容的重視，以免由于整體設計不合理，引發交通事故，造成人員傷亡。

第二，盡量對已有工程進行利用。對于城市中存在的互通立交要進行合理應用，以免拆除大量現有工程，浪費資源，提高施工量，導致城市道路無法在工期內竣工。

第三，降低建設成本，提高經濟效益。在城市道路互通立交設計期間，作為設計人員需要從道路工程的實際占地面積、拆除建設、施工開展等多個方面入手，綜合分析各項影響因素，降低道路工程整體造價。

第四，加強對周圍環境的分析，合理應用，堅持因地制宜，具體設計時應以不會對周圍環境造成不良影響作為目標。

3.2 優化立交匝道設計

匝道設計是城市道路互通立交設計中的一項重要內容。實際設計期間，要加強對匝道設計的探討，做好相應優化作業。

3.2.1 分析車輛運行特點

在沒有收費站立交上行駛的車輛，由某一道路經過匝道行駛到另一道路期間，車輛在行駛速度上，速度是連續改變的一個過程，主要被劃分為分流、減速、勻減速、加速、合流五個不同階段，而在設置收費站行駛的車輛，可以劃分為分流、減速、勻減速、減速、加速、勻加速、加速、合流八個階段。進行互通匝道設計時，常用的類型主要有半直連匝道和環形匝道兩種不同類型，對于車輛在環形匝道和半直連匝道兩種類型的左轉彎匝道，需要對車輛在行駛期間的具體速度進行全面分析。通過對比分析環形匝道與半直連匝道，前者技術指標更差，可見在具體設計時，采取半直連匝道，車輛行駛速度更好。通過分析匝道的運行特點能夠使設計人員更加了解車輛在匝道中行駛時的特性，將最終分析結果合理應用到城市道路互通立交優化中，科學應用在不同匝道內，提高匝道性能，改善城市道路交通環境。

3.2.2 匝道設計速度

對于城市道路互通立交來說，匝道設計速度通常都較為相近，但是在具體投入應用后，實際速度會存在較大差別。針對線形良好的匝道來說，如果具體設計速度低于實際運行速度，匝道超高難以滿足具體需求，這對于車輛在行駛過程中的穩定性、安全性造成不良影響。針對地形路段較差情況下，若設計速度偏高，不僅會浪費大量資源，還會提高投資成本，降低經濟效益。由此可見，在對匝道設計進行優化期間，可以打破常規，對于不同地質條件、交通量，可以單獨設計匝道，同時要全面結合車輛具體速度、地形條件情況，對匝道設計速度以及平縱線形進行明確。

3.2.3 確定匝道交通量，明確實際布置方式

車輛行駛在越順暢的匝道上，通過能力也就越強，但是從實際情況來看，越順暢的匝道最終造價也就越高。可見，實際設計期間，要全面集合預測匝道交通量情況，選擇符合需求的匝道形式。優化設計城市道路互通立交時，要結合整體造價與設計指標平衡，選取適合城市交通量長遠發展的互通立交形式與設計指標，降低最終造價。

3.2.4 優化匝道出入口設計

通常來說，匝道出入口都會設置在車輛分合流相對頻繁，且車流量速度變化較大區域，這也就導致該區域交通事故發生頻率較高，因此作為設計人員要提高對匝道具體位置設計的分析。我國采取右側通行方式，車輛在行駛時要靠右，在匝道設計時，要避免在匝道左側設置駛離，以免由于設計不合理，提高交通事故發生概率，降低車輛通行效率。優化城市道路互通立交設計時，對于主側線路應當避免在采取連續出入口。駕駛人員駕駛車輛時，會由于存在連續出入口而發生誤判，這將會對車輛在行駛安全性造成不良影響。如果受城市道路具體情況影響，要設置多個出入口，應當在主線側設置集散車道或者輔助車道，通過這一設置方式，可以避免發生交織情況，或者將多個出入口設計為一個，然后在匝道出口處進行合流。優化設計匝道出入口時，進行匝道或主線分流時，要將分流壁設置在梁柱或橋墩前，以免駕駛視線遭受遮擋；全線相鄰相交出入口，具體布置要采取一致方式。

3.2.5 分析匝道具體通行能力

計算匝道通行能力時，要對匝道未來一段時間交通量以及具體通行情況進行全面驗算，從而完成對匝道具體服務水平的分析，對匝道設計是否符合規定進行明確。目前，主要采用匝道飽和度對匝道的整體服務水平進行全面衡量，具體等級劃分如下：

第一，Ⅰ級服務水平，匝道對應不高于0.4 的飽和度，而且匝道基本沒有出現順延現象；

第二，Ⅱ級別服務等級匝道，對應飽和度為0.4～0.6，只有少數道路出現了延誤情況；

第三，Ⅲ級別服務等級匝道，其服務水平飽和度為0.6～0.75，道路出現能夠可接受延誤；

第四，Ⅳ級服務等級匝道，其飽和度為0.75～0.9，部分道路可以出現較大延誤；

第五，Ⅴ級服務等級匝道，其所對應的飽和度在1.0 以上，車輛在實際行駛期間需要進行停車。

優化設計匝道時，要依據具體交通量、匝道整體服務水平、匝道具體通行能力進行全面分析，對匝道的縱、平、橫等各設計進行適當指導。完成設計作業后，需要重新評估匝道情況，準確反饋設計指標，對于通行能力無法滿足需求的匝道，需要對其進行適當優化，動態調整優化過程中，直到最終設計的匝道能夠滿足通行能力為止。

3.2.6 優化匝道設計超高現象

一般來說，互通立交最大超高應當控制在6% 以內，如果小半徑彎道較多時，可以采取8% 最大超高值。在收費站路段，或者運行速度相對較低的路段，可以不設置超高，依據正常路拱設置橫斷面橫坡。考慮到后續施工的難易程度，匝道橋要設置在限高的6%以內，要以1.5%或2%作為橫坡最小值，保證最終建設路面的排水性能可以達到要求標準。

3.3 評價設計方案

進行可行性研究時，要做好設計方案評價作業，通常來說，針對交通立交設計主要分為以下幾點：

第一，做好交通安全性評價，考慮匝道標準與線形，要分析整個方案，對有礙交通點進行明確，從而進行適當調整；

第二，做好建設經濟評價，建設一個建設方案，不僅需要滿足安全性要求，還要提高經濟效益，方案具有的經濟效益越高，其獲取得到的認可度就越高；

第三，做好環境影響評價，最終設計的城市道路交通立交協調性、美觀性都要達到要求標準。

4 結語

綜上所述，城市道路互通立交工程應在明確設計方法的情況下，對互通式立交設計進行優化控制，即在明確互通立交設計原則基礎上進行立交匝道設計。此外，還要著手對方案設計效果進行評價。如此就能從源頭上出發，優化城市道路互通立交工程的建設質量，以推動所處地區的現代化經濟建設進程。