互通式立體交叉改擴建關鍵技術研究

杜艷花

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

互通式立體交叉是高速公路之間、高速公路與地方公路之間的交通轉換節點，是高速公路改擴建工程的重點及難點。互通式立體交叉改擴建，應在適應路網結構和交通量需求的前提下，以既有工程為基礎，根據相交公路的功能和等級、建設條件、工程規模、施工難度、施工工期、交通組織等因素，綜合確定方案[1]。

本文主要對互通式立體交叉改擴建附加車道及連接部設計、小凈距互通式立體交叉改擴建設計，以及收費站改擴建設計進行探討研究，并以實體工程為例介紹互通立交改擴建方案。

1 改擴建設計要點

a）互通立交改擴建設計必須以《公路工程技術標準》JTG B01—2014[2]為依據，滿足《公路路線設計規范》JTG D20—2017[3]、《公路立體交叉設計細則》JTG/T D21—2014[4]中對互通間距控制、主線線形、進出口形式、車道連續及平衡等的規定。

b）檢查采用舊規范設計的互通技術指標，修正優化不滿足現行規范的互通立交。

c）互通立交改擴建設計應該采用較高的技術指標，通常情況下，改造后的互通立交線形指標、通行能力等要比改造前有所提升。當受地形、地物及地質等條件限制時，如改擴建設計既能適應預測交通量，又能保證行車安全、舒適及視距要求，為了節約造價，可以適當降低原設計標準。

2 關鍵技術研究

2.1 改擴建附加車道及連接部設計

2.1.1 附加車道設計

附加車道主要包括加減速車道、輔助車道和集散車道，設計要點如下：

a）改擴建后變速車道的長度和類型應按轉向交通量、主線設計速度和平縱面指標選取現行規范值。

b）雙車道匝道出口設置輔助車道的長度，2017版《公路路線設計規范》規定了一般值和最小值。改擴建工程中，當交通量增加較大時，不應小于一般值，當受原有工程、地形、構筑物（特大或特殊結構橋梁、隧道）等影響，交通量增加較小時，可選用最小值。

c）為了避免主線分合流處交織車輛對主線直行車輛的干擾，則需在主線外側設置集散車道，集散車道與主線的連接部應按變速車道設計，匝道與集散車道連接部宜按匝道相互分、合流設計。

2.1.2 出、入口連接部設計

互通式立體交叉改擴建設計應滿足一致性原則，即互通式立體交叉形式、幾何構造及信息分布等應與駕駛人期望相一致[4]。

a）互通式立體交叉應建立起右側出口的一致性，出口匝道應統一設置于主線右側。

b）宜將近距離的多個出口合并為單一出口，使駕駛人在主線出口處有單一的選擇。其后的分流放至匝道或集散車道上，但兩次分流點之間距離應滿足規范要求。

c）出口連接部應按照一致性原則進行改造，雖全線互通立交形式不盡相同，但全線均采用右側單一出口，且全部出口鼻端均設于跨線橋之前，使全線出口方式得到統一。

d）若無法滿足交織交通量需求時，首先考慮增加交織段長度或車道數。若交織段通行能力仍不滿足要求時，就需要考慮設置匝道分離交織段、減少交織交通量或消除交織段。

e）要保證車道的連續性，如連接部車道數不平衡時，宜設置輔助車道、改善連接部幾何構成或調整車道布局等措施來解決。

f）當相鄰端部距離過近時，應按規范中要求的最小間距對匝道進行調整。

2.2 小凈距互通式立體交叉改擴建優化設計

互通式立體交叉之間，互通式立體交叉與服務區、停車區、客運汽車停靠站之間的最小凈距不應小于1 km；小于1 km且經論證必須設置時，應將兩者合并設置為復合式互通式立體交叉[3]。

2.2.1 復合式互通立體交叉連接方式

復合式互通式立體交叉可采用3種基本的連接方式：

a）采用輔助車道將兩互通式立體交叉的上一入口至下一出口連通。

圖1 輔助車道連接方式

b）采用集散車道將主線一側的所有出口、所有入口連通，在主線上形成一次流出、一次匯入的方式。

圖2 集散車道連接方式

c）采用分離式車道，即匝道相連的方式，形成互通間無交織的運行方式。

圖3 分離式車道連接方式

2.2.2 復合式互通立體交叉連接方式的選擇

a）一般式互通立體交叉或一般式互通立體交叉與服務區（停車區）構成的復合式互通立體交叉可選擇輔助車道連接方式。

b）一般式互通立體交叉與樞紐式互通立體交叉組成的復合式立體交叉應采用集散車道連接方式；交通量較大、交織距離較短、有雙車道變速車道匝道時，應選擇分離車道連接方式。位于中西部地區，并且轉向交通量較小時，經分析論證并對通行能力驗算后，可采用輔助車道連接方式。

c）兩處樞紐式互通立體交叉組成的復合式立體交叉應選擇分離車道連接方式。

不論選擇哪種連接方式，均應對兩處互通立體交叉之間的交織區域進行通行能力分析驗算，而且交織段長度不應小于600 m。

2.3 收費站改擴建設計

2.3.1 存在問題

隨著路網的不斷完善，交通量的快速增長，大部分改擴建高速公路收費站通行能力已接近飽和，部分收費站與匝道分合流鼻、平面交叉距離較近，收費站進出口縱坡較大，而且設施陳舊，早期修建的收費站不設ETC車道，不能為駕乘人員提供方便、快捷的服務。此外，部分收費站入口處治超站設置不規范，影響收費站及平交口處通行能力，車輛通行混亂，交通事故頻發。

2.3.2 優化設計

a）收費站廣場 對于不滿足現行規范的平縱面指標進行優化，盡量達到規范規定一般值。

b）匝道收費站廣場中心線至匝道分岔點的距離不宜小于100 m，且不應小于75 m，至被交路平面交叉點的距離不宜小于150 m，不能滿足時，應增設等待車道[3]。

c）改擴建收費站應設一進一出2條ETC車道，收費車道寬度及收費站廣場路基寬度應按照新規范執行。

d）改擴建收費站廣場收斂漸變率應滿足現行規范要求。

e）匝道收費站入口側需設置治超點，治超點應設置一主一備2條檢測車道[5]。同時，治超檢測車道出口應設置右轉勸返車道，確保超限貨車能夠實施右向調頭。

3 大盂樞紐方案設計——小凈距互通改擴建設計

3.1 項目概況

大盂樞紐位于陽曲縣景莊村南側，為北二環高速與二廣高速的交叉節點，其主要功能是實現北二環高速與二廣高速的交通流轉換。互通方案見圖4，圖中虛線為二廣高速原大盂互通，大盂樞紐設置于距二廣高速原大盂互通北側1.74 km處，兩互通之間最小凈距為203 m，不滿足規范規定的最小凈距要求，屬于典型的小凈距互通。北二環高速為四車道高速公路，設計速度為100 km/h，路基寬度26 m，為新建項目；二廣高速為準六車道高速公路，設計速度為100 km/h，路基寬度27.5 m，已運營10多年，運營狀況良好。互通范圍內，北二環高速及二廣高速平縱面指標均較好，滿足互通設置條件。

圖4 大盂樞紐方案平面圖

3.2 互通方案設計

根據交通量預測結果（見圖5），大盂樞紐節點北二環凌井店方向與二廣高速大同方向轉向交通量最大，為19 214 pcu/d（雙向），單向匝道最大小時交通量為1 199 pcu/h，左轉匝道采用半定向匝道。其余方向轉向交通量最大為8 690 pcu/d（雙向），單向匝道最大小時交通量為542 pcu/h，左轉匝道采用環形匝道即可滿足通行能力要求。結合路網規劃、地物限制，以及為了減小交織路段，該樞紐節點采用對角象限變異苜蓿葉形方案（見圖4）。二廣高速大盂互通為A型單喇叭方案，平縱指標較好，路段通行能力好，現狀運營狀況良好，轉向交通量較小，目前收費站為2進3出5車道規模，經驗證，完全能滿足現有交通量需求。結合路網規劃及交通量分析，大盂樞紐與大盂互通采用輔助車道連接方式組成復合式互通，太原至大同方向，兩互通鼻端間距為1 640 m，大同至太原方向，兩互通鼻端間距為1 505 m，完全滿足規范規定鼻端間距為1 100 m的要求，也滿足交織段長度不小于600 m的要求。

圖5 交通量預測圖

3.2.1 出入口連接部設計

D、E匝道及C、G匝道以單一出口從主線分流，而后在匝道上再進行分流，鼻端間距均滿足規范要求。D、G匝道及C、E匝道在匝道上先進行合流，而后以單一入口與主線合流，鼻端間距均滿足規范要求。

3.2.2 交織區通行能力分析驗證

根據《公路通行能力手冊》[6]對大盂樞紐和大盂互通之間交織區進行通行能力分析驗算，計算得出交織區負荷度V/C=0.57，查交織區服務水平分級表可知，交織區處于3級服務水平。計算得出交織區平均運行速度為81 km/h，即速度差為19 km/h，查表可知兩互通交織區屬于3級1等服務水平。根據《公路工程技術標準》規定，高速公路服務水平應不低于3級，互通式立體交叉的分合流區段以及交織區段，設計服務水平可降低一級[7]。該節點互通交織區屬于3級1等服務水平，完全滿足通行能力水平。所以該項目小凈距互通的連接方式及方案設計合理。

4 結語

隨著高速公路網的不斷完善，以及交通量的不斷增長，互通立交改擴建已成為制約高速公路發展的關鍵節點。尤其是小凈距互通立交改擴建、收費站改擴建，以及改擴建中附加車道及連接部設計是互通立交改擴建的重點和難點。本文對互通立交改擴建的關鍵技術進行了總結和論證，并以大盂樞紐為例說明小凈距互通的改擴建方案，為其他互通改擴建提供參考。