工程條件受限時互通與隧道凈距不足的方案研究及解決措施

康東興

（華設設計集團股份有限公司廈門分院，福建廈門 361000）

1 研究背景

城市高速公路路網在不斷地建設完善，與城市快速路的結合度越來越高，在這種情況下高速公路與城市道路的交通轉換需求也越來越大，對推動經濟發展也起到至關重要的作用。因此，互通的設計方案和技術標準都是保證安全交通的重要因素，所以互通方案的研究和選擇是保證安全交通的重要因素。以“廈門翔安機場高速公路與海翔大道互通交叉（巷東互通）工程節點”為實例，通過巷東互通與隧道的凈距在困難條件下，以不同速度指標的檢算得出不同最小凈距要求，選擇最佳的綜合指標，保證高速公路行車安全要求。

1.1 概況

廈門翔安機場高速公路巷東互通位于翔安區內厝鎮內頭村東側及眠虎山北側，與海翔大道呈“十”字交叉，交叉角度約49.59°，被交路廈門海翔大道為城市快速路（泉州境內為城市聯盟高速公路），該立交是泉、廈、漳進出機場的主要通道，是翔安機場高速的一個重要交通節點，屬于樞紐式互通。

1.2 互通各個方向的交通量

根據互通各個方向的交通量結果，各轉向交通量（2040 年）分別為（見圖1）：

圖1 2040 年互通出入高峰日交通量（pcu/d）

廈門←→沈海高速（9040pcu/d）和翔安機場←→晉江方向（8070pcu/d），為主轉向交通流；廈門←→翔安機場方向（6897pcu/d），泉州←→沈海高速為（4324pcu/d），為次轉向交通流。

1.3 工程條件及存在問題

互通區內地勢陡峭，主要為林地；但由于采石場開采，已呈類“盆地”地形，西北象限緊鄰內頭水庫，西南象限有廟宇“佬嶺古宮”的制約，北側和南側分別為現狀山脈，互通設計條件受到很大制約。

該互通主線交叉點距北側主線收費廣場漸變段起點約為928m，距南側巷東隧道出口約為731m，工程條件較為緊湊。具體工程條件詳見圖2。

圖2 單環式變形苜蓿葉形互通及工程條件圖

根據交通量除主線交通量大外，其他轉向交通量大小為：第四象限（廈門←→沈海高速）交通量最大，其次為第二象限（翔安機場←→晉江）和第三象限（廈門←→翔安機場），最小為第一象限（泉州←→沈海高速）（詳見圖1）。該節點互通研究采用單環式變形苜蓿葉形互通，研究方案滿足交通組織需求，交通組織明確，但該方案主線互通匝道出口距巷東隧道凈距僅為5m，主線互通匝道入口距巷東隧道凈距約為109m，其他方向均未與隧道相接（詳見圖2）。

2 隧道與前方主線出口凈距不足的問題分析

2.1 互通立交設置相關技術標準研究

單環式變形苜蓿葉形互通主線互通匝道出口距巷東隧道凈距僅為5m，遠小于《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21—2014）（簡稱《細則》）中“第5.4.5”的要求[1]；而主線互通匝道入口距巷東隧道凈距約為109m，滿足《細則》中“第5.4.5”的要求。

《細則》第5.4.5 規定：“當主線設計速度100km/h時,主線單向四車道最小凈距800m，主線入口與前方隧道之間最小凈距100m”（見表1）。根據《城市地下道路工程設計規范》（CJJ 221—2015）第6.5.2 規 定“城市地下道路出洞口與鄰接地面道路出口匝道減速車道漸變段起點的距離應滿足設置出口預告標志的需要。當條件受限時，不應小于1.5 倍主線停車視距，并應在地下道路內提前設置預告標志”[2]，即巷東互通與隧道凈距5m，不滿足規范要求，優化互通與隧道間的凈距成為解決問題的關鍵。

表1 《公路立體交叉設計細則》中“第5.4.5”的有關規定

2.2 隧道與前方主線出口凈距不足問題分析

綜上，研究單環式變形苜蓿葉形互通巷東隧道距主線互通出口凈距僅為5m，遠小于規范要求即“主線單向四車道最小凈距800m”，將可能出現駕駛員受隧道洞口“明暗適應性”影響、短距離內強行變換車道或錯過出口等不利情況，對行車帶來安全隱患，在巷東互通方案研究時，提出將向東隧道全路段拉通做四洞處理等（經平面視距計算，主線出口漸變段延伸進入隧道不滿足規范要求），不僅增加了工程規模和施工難度，同時也增加了工程造價，對主線的線形結構產生較大影響，因此如何解決互通與隧道間凈距的技術方案，互通方案應深入優化研究。

3 隧道與前方主線出口凈距不足優化方案的研究

3.1 距離計算

隧道出口與互通匝道入口的間距對交通安全有著較大影響，因此設計時應優先保證外側車道的識別距離。結合相關論證材料，外側車道隧道出口與互通匝道入口間距應保證車輛至少有3s 明暗適應距離和規范規定的識別視距要求，而識別視距取停車視距的1.25 倍，即最小視距長度為：

式（1）中：v為行駛速度（km/h），此次計算分別取80km/h（按100km/h 降一檔最不利來核查）、90km/h（作為驗算）進行計算；g為重力加速度，取9.8m/s；f1為縱向摩阻系數，依車速及路面狀況而定，取值0.3；t1為明適應駕駛員反應時間，取值3s（根據通常行車習慣計取）；t2為駕駛員反應時間，取值2.5s（判斷時間1.5s、運行時間1.0s）。

當行駛速度為80km/h，外側車道所需間距S識≥67m+1.25×110m=205m；當行駛速度為100km/h，外側車道所需間距S識≥84m+1.25×160m=284m。

其他內側車道車輛行駛所需的距離為：

式（2）中：L0 為明適應的距離，取值3s 行駛距離；L1為交通標志反應的距離，取值3s 行駛距離；L2 為可插入間隙的反應距離，取值3s 行駛距離，每變換一次車道，即計取一次；L3 為變換車道所需的距離，取值3s行駛距離，每變換一次車道，即計取一次；L4 為駛入匝道前的安全距離，取值3s 行駛距離,當計算內側車道時，可不考慮。

當行駛速度為80km/h，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=67×8=536m；當行駛速度為90km/h，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=75×8=600m；當行駛速度為90km/h，時間均取2.5s 時，主線第4 車道隧道口與互通立交出口之間的最小距離L=62.5×8=500m。

3.2 優化方案研究

結合視距計算出來的最小間距及工程條件，盡可能增大隧道與主線互通匝道出口的間距，優化互通匝道出口的距離。研究優化方案一：采用變異對角象限雙環式變形苜蓿葉增大隧道出口距主線互通出口的凈距，調整后凈距達到了547m（見圖3）。

圖3 優化方案一

由于第三象限（廈門←→翔安機場）交通量為828pcu/h，未達到設置定向匝道的交通流，因此優化方案一相對于“單環式變形苜蓿葉形（方案一）”將第三象限左轉匝道調整為環形匝道，根據通行能力該單向單車道即可滿足通行需求，因此將第二象限（翔安機場←→晉江）的右轉匝道調整至第三象限左轉匝道統一出口，盡可能避免在主車道進行連續分合流，選擇在匝道上進行分合流，減少在主車道連續分流的交通隱患，而調整后使隧道出口距主線互通出口（泉州向）的凈距達到547m。該方案不僅結合地形高差，合理布設內外層匝道，盡可能地減少挖方，降低工程量，并最大程度地增大了隧道出口與主線互通出口的凈距，提高了車輛的行駛安全；該優化方案一的第二象限主線出口與巷東隧道間距仍無法滿足規范800m 的要求，但可滿足運行速度為80km/h 實際計算所需的凈距需求，同時翔安機場→晉江需多繞行800m。

同時，還研究了另一種變形方案優化方案二：采用“喇叭+T 型互通”增大隧道出口距主線互通出口的凈距使其滿足800m（見圖4）。

圖4 優化方案二

優化方案二為使巷東隧道與主線出口間距滿足規范要求，將巷東互通向北移，采用“T 形+喇叭形”互通與海翔大道銜接。該方案常用于匝道集中設置收費站的情況，與翔安機場高速收費站設置方案存在出入；由于“T 形+喇叭形”放于第四象限，致使其他三個象限交通均有較長的繞行距離；而“T 形+喇叭形”互通與機場高速主線、海翔大道合圍成一塊未利用地，造成內頭村出行較為不便，若將內頭村整體拆遷，征遷大。

綜上所述，根據表2 對比分析可知，從規范的符合性、通行能力、交通組織等多方面考量，結合計算結果，優化方案一和優化方案二基本滿足要求，綜合技術、環境考慮分析，優化方案一更能符合各方要求。

表2 互通立交方案對比情況

4 互通與隧道凈距不足其他改善措施

一般高速公路隧道內行車速度比一般路段的行車速度降低一級，在基本滿足交通凈距的情況下，為確保該工程交通安全，還可以適當采取一些交通提醒措施，如：第一，在上行車流進隧道前和隧道內設置提示“洞口即接互通”警示標志；第二，設置速度限速標志。增加交通安全警示措施，確保運營期間的交通安全。

5 結語

通過對現狀工程條件的分析，優化高速公路交通樞紐與主線隧道凈距困難的工程案例，通過計算、優化方案和采取必要的工程措施，從而使建設方案滿足高速公路建設及交通安全的要求。