某樞紐互通式立交方案設計分析

孫興

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

樞紐互通式立交是一種常見的立體交叉形式，是指在兩條或多條道路相交或相鄰的地點，利用匝道與主線相連，實現各個方向車流的互聯互通。樞紐互通式立交具有通行能力大、功能完善、運行效率高等優點，但也存在占地面積大、投資成本高、設計復雜等缺點。因此，進行樞紐互通式立交方案設計時，需要綜合考慮多種因素，如地形地貌、交通量及組成、工程技術條件、環境影響、經濟效益等，選擇最適合當地實際情況的方案。

1 互通式立交的意義

互通式立交是一種利用跨線構造物和匝道來分離和連接相交道路的交叉方式，可以滿足車輛轉換需求，提高道路通行能力與服務水平，提高駕駛安全系數。互通式立交根據交叉道路的等級，可以分為兩種類型：一般互通式立交和樞紐互通式立交。其中，一般互通式立交適用于干線公路與地方公路的交叉，可實現干線公路與地方公路的有效銜接，減少干擾和沖突。而樞紐互通式立交適用于干線公路之間的交叉，可實現干線公路之間的交通流轉換，提高轉彎效率和順暢度[1]。

2 工程概況

某高速交叉互通式立交項目位于A、B 兩條高速公路的交叉點，其中A 高速為雙向六車道，B 高速為雙向四車道，兩者設計車速均為120km/h。由于兩條高速公路的主線車流量較大，且設計標準不同，僅從立交的結構形式和線形設計來評價方案的優劣是不夠的。因此，綜合考慮交通連貫性、匝道的線形和通行性能、匝道與主線的連接部位的服務水平等因素，對該項目立交方案進行全面論證。

3 主交通流線連續性

A、B 高速在丙地交叉。從技術層面考慮，應以甲、丙的方向作為主線，避免轉彎，如圖1（a）所示。從業主要求考慮，需以乙地到丙地的方向作為主線，保持交通連貫性，如圖1（b）所示。

圖1 互通式立體交叉設計每小時交通量（單位：km/h）

3.1 匝道基本段通行能力、流線形式的適應性

圖1 分別展示了甲-丙方向、乙-丙方向的交通流線形式。甲-丙方向的轉向車輛通行量達到了匝道的設計極限2900pcu/h，因此不能采用主線連續的流線形式，而需要采用匝道連接的流線形式。乙-丙方向的轉向車輛通行量較低，為2592pcu/h，因此可采用主線連續的雙車道匝道形式，減少匝道的數量及長度，降低工程造價、減少占地面積[2]。

3.2 匝道與主線連接處通行能力、流線形式的適應性

由于乙-丙方向轉向小時交通量較小，可以考慮采用匝道形式將其融入甲-丙方向的主線。但由于甲-丙方向的主線車輛通行量較大，需要進一步檢驗連接部位的交通性能和服務水平是否滿足實際交通需要，匝道和主線連接處驗算示意圖見圖2。

圖2 入口匝道與主線連接區域交通性能具體影響因素

根據公式（1）計算PFM值，即合流方向主線上游車道1 和車道2 總體的道路車輛通行量和該方向總體車輛通行量的比值。該工程上游和下游匝道相距較遠，相鄰匝道不影響匝道分析[3]。

式（1）中：PFM值為緊鄰合流區上游主線車道1 和車道2的交通量占該方向總交通量的比例（%）；能夠反映合流區域內主線車輛的分布情況，是影響合流區域內交通流穩定性、安全性的關鍵指標；LA為加速車道的真實長度（單位：m），根據設計規范，取值400m。

式（2）中：Q12為合流干擾區域的主線道路交通量最大值（單位：pcu/h）；QF為匝道區域行車道駛向合流區域的交通量最大值（單位：pcu/h）。

式（3）中：QR12為駛入合流干擾影響范圍的主線行車道交通量最大值（單位：pcu/h）；QR表示匝道的交通量最大值（單位：pcu/h）。

根據相關研究可知，QR12＞CR12=3600（匝道內的交通量標準值），但是交通量總值QF=5476＜CFO=6000（交通量極值），會導致交通車輛集中，但實際并未發生交通擁堵，因此實際交通服務水平應根據真實交通量確定[3]。

式（4）中：KR為合流影響范圍內一公里的交通量（單位：pcu/km）。

按照表1 高速公路分、合流影響區車流密度可判定該入口匝道的服務水平為4 級，滿足要求。

表1 高速公路分、合流影響區車流密度

出口匝道與主線連接處合理性驗算如圖3、公式（5）所示。

圖3 出口匝道與主線連接區域交通性能具體影響因素

式（5）中：PFD為車輛分流區域的上游主線行車道1、行車道2 的交通流量與該方向交通量的比值（%）；QF表示進入車輛分流區域的交通量（單位：pcu/h）。

式（6）中：QFO為車輛駛出道路分流干擾范圍的交通量總值（單位：pcu/h）。根據相關研究可知，QR12＞CR12=3400（匝道內的交通量標準值），但是交通量總值QF=5476＜CFO=6000（交通量極值），總交通量較大會導致車輛通行集中，但由于高速公路具有較高的設計標準和管理水平，并未造成擁堵現象，服務水平良好，可根據實際交通量判定實際服務水平[4]。

式（7）中：KR表示分流干擾區內車輛通行量（單位：pcu/km）；LD表示減速車行道實際長度（m），根據現行《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）LD取225m。

根據表1，可判斷該匝道的實際服務水平為4 級，即D 級。現行《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014)規定，互通式匝道的出入口位置以及與主線連接部位的服務水平可以比主線低一個等級，但最低不能低于4 級，即D 級。這是因為分流干擾區內的通行狀況不僅影響匝道通行狀況，而且影響主線外部區域通行狀況，如果服務水平過低，會導致車輛排隊、擁堵、碰撞等問題，降低主線的通行能力和服務水平[5]。因此，在設計互通式立交時，應盡量提高分流干擾區內的通行能力和服務水平，保證匝道和主線的順暢運行。

4 互通式立體交叉方案研究

該項目互通式立體交叉方案設計如圖4 所示。

圖4 互通式立體交叉方案圖

甲-丙方向匝道與主線分合流、乙-丙方向匝道與主線分合流計算結果如表2、表3 所示。

表2 甲-丙方向匝道與主線分合流計算結果

根據表2、表3 可知，匝道周邊區域的交通流率低于主線的交通率，可避免擁堵和事故。匝道進出口與主線連接部位的服務水平高于主線的服務水平，可保證交通流的順暢和安全。匝道與主線的分合流結構應該符合科學性、合理性要求，能夠滿足交通流量的連續穩定，上述結果說明該項目主線分合流方案合理可行。

5 結論

第一，設計互通式立交方案時，應綜合考慮線形的合理性、道路服務水平等因素。

第二，為保證互通式立交的服務水平，需遵循互通一致性、連貫性的設計原則，合理設計匝道出入口的位置、車道的數量和長度、行車速度的變化等因素，確保匝道、主線之間的協調。

第三，根據相關技術規范，匝道出入口以及與主線連接部位的服務水平可比主線低一等級，但最低不能低于4 級。