基于識(shí)別視距控制的互通立交改擴(kuò)建線形設(shè)計(jì)方法

徐旺, 李鑫鑫

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 山東 濟(jì)南 250101)

為適應(yīng)交通量的日益增長(zhǎng),在役高速公路因通行能力不足相繼進(jìn)行改擴(kuò)建。高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目涉及內(nèi)容諸多,除基本車道數(shù)增加外,既有工程平、縱面線形指標(biāo)的評(píng)價(jià)及優(yōu)化調(diào)整至關(guān)重要。互通立交作為高速公路的重要節(jié)點(diǎn)性工程,對(duì)主線平、縱面線形指標(biāo)具有控制作用。相關(guān)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究,如屈強(qiáng)等通過(guò)對(duì)互通立交出口車輛行駛規(guī)律及交通事故機(jī)制的分析,提出了高速公路出口圓曲線最小半徑建議值[1];潘兵宏等從互通立交分流區(qū)交通流特點(diǎn)和需求出發(fā),提出了基于車道變換的高速公路出口識(shí)別視距計(jì)算模型[2];馬永杰提出了基于駕駛員視認(rèn)特性的匝道分流連接部平面線形指標(biāo)[3];李國(guó)春對(duì)基于運(yùn)行速度的互通立交分流區(qū)識(shí)別視距進(jìn)行了分析[4];陳瑾研究了高速公路互通立交出入口設(shè)置的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)[5];吳艷提出了合理確定互通立交出口識(shí)別視距的方法[6];田兆豐提出了山區(qū)互通立交視距檢查方法[7]。根據(jù)調(diào)研統(tǒng)計(jì),高速公路改擴(kuò)建工程中互通立交范圍內(nèi)因主線縱斷面凸形豎曲線半徑不滿足規(guī)范中互通立交出口識(shí)別視距要求的現(xiàn)象很常見,且設(shè)計(jì)人員對(duì)于不同工程項(xiàng)目出現(xiàn)的問(wèn)題難以靈活掌握設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致部分工程項(xiàng)目改造規(guī)模過(guò)大,造成資源浪費(fèi)。

1 識(shí)別視距

識(shí)別視距是指在行駛過(guò)程中駕駛?cè)藦陌l(fā)現(xiàn)并識(shí)別到前方道路上障礙物或行駛方向需要改變時(shí)到安全避讓障礙物或完成行車方向調(diào)整所需要的距離[8]。互通立交出口識(shí)別視距主要是指駕駛?cè)嗽诨ネ⒔怀隹谇胺娇梢宰R(shí)別互通立交出口分流鼻的距離,駕駛?cè)俗R(shí)別到分流鼻后,開始采取變換車道及減速措施駛?cè)牖ネ⒔怀隹凇ＷR(shí)別視距計(jì)算中,目高為1.2 m,物高為零。互通立交出口分流鼻端前應(yīng)滿足的識(shí)別視距見表1[8],當(dāng)條件受限時(shí),識(shí)別視距不應(yīng)小于1.25倍停車視距。停車視距的相關(guān)規(guī)定見表2[9]。

表1 互通立交出口分流鼻識(shí)別視距

表2 高速公路停車視距

互通立交范圍內(nèi)路段運(yùn)行條件比基本路段更復(fù)雜,車輛變換車道較頻繁,主線線形設(shè)計(jì)應(yīng)能使駕駛?cè)嗽谳^遠(yuǎn)位置就可以看清前方互通立交的出入口位置,提前采取一系列駕駛操作使車輛安全、順暢地駛出或駛?cè)敫咚俟穂10]。主線豎曲線最小半徑的控制范圍見圖1。基于保證足夠視距的考慮,互通立交范圍內(nèi)主線豎曲線最小半徑須滿足表3的要求[8]。凸形豎曲線最小半徑一般值、極限值分別按2倍、1.5倍停車視距確定,物高取0.1 m;互通立交出口分流鼻前識(shí)別視距范圍內(nèi)凸形豎曲線半徑按1.25倍停車視距對(duì)應(yīng)的識(shí)別視距計(jì)算確定。

圖1 主線豎曲線半徑控制范圍示意圖

表3 互通立交范圍內(nèi)主線豎曲線最小半徑

實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,對(duì)于新建高速公路,選擇互通立交范圍內(nèi)主線縱斷面凸形豎曲線半徑時(shí),除考慮滿足互通立交出口識(shí)別視距外,還須考慮路基填土高度、橋梁長(zhǎng)度等工程規(guī)模因素,絕大多數(shù)情況下難以滿足一般值的規(guī)定,因而按照不小于1.25倍停車視距即表3中括號(hào)內(nèi)的值進(jìn)行控制。對(duì)于改擴(kuò)建項(xiàng)目,因既有高速公路建設(shè)年份較早,執(zhí)行的設(shè)計(jì)規(guī)范老舊,或設(shè)計(jì)速度較低,互通立交范圍內(nèi)主線凸形豎曲線半徑常為表3中括號(hào)內(nèi)外值的中間值,給設(shè)計(jì)人員選擇改造方案及項(xiàng)目審查帶來(lái)諸多爭(zhēng)議。

以設(shè)計(jì)速度為120 km/h的高速公路改擴(kuò)建為例,根據(jù)表3,互通立交出口分流鼻端識(shí)別視距控制路段主線凸形豎曲線半徑最小值為29 000 m。根據(jù)理論計(jì)算分析,29 000 m滿足的是互通立交出口識(shí)別視距長(zhǎng)度區(qū)間均位于凸形豎曲線范圍內(nèi)1.25倍停車視距對(duì)應(yīng)的262.5 m識(shí)別視距的要求,當(dāng)互通立交出口分流鼻位于凸形豎曲線銜接的直坡段時(shí),即使主線凸形縱斷面豎曲線半徑小于29 000 m,也可能滿足1.25倍停車視距對(duì)應(yīng)的識(shí)別視距的要求,從而避免對(duì)互通立交范圍內(nèi)主線縱斷面進(jìn)行調(diào)整,降低改擴(kuò)建項(xiàng)目的工程規(guī)模及實(shí)施難度,有利于施工期交通組織。

2 模型構(gòu)建與分析

如圖2所示,AC段為縱斷面凸形豎曲線,前后分別銜接直坡段,凸形豎曲線半徑為R;行車方向?yàn)锳至D方向;D點(diǎn)為互通立交出口分流鼻位置,C點(diǎn)為直坡與豎曲線銜接的圓直點(diǎn),B點(diǎn)為車輛位置,E點(diǎn)為駕駛?cè)艘朁c(diǎn)位置;DE段長(zhǎng)度S為互通立交出口識(shí)別視距控制距離;CD段位于直坡段;BC段位于凸形豎曲線段。按照滿足互通立交出口識(shí)別視距的臨界條件(即CD與ED共線),根據(jù)各線元間的幾何關(guān)系,構(gòu)建如下計(jì)算模型:

(1)

式中:S為互通立交出口識(shí)別視距(m),取1.25倍停車視距;R為主線縱斷面凸形豎曲線半徑(m);L為互通立交出口分流鼻與圓直點(diǎn)的距離(m)。

圖2 互通立交出口位于直坡路段時(shí)識(shí)別視距構(gòu)造分析示意圖(單位:m)

對(duì)式(1)進(jìn)行換算,得:

(2)

根據(jù)式(2),高速公路設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí),停車視距為210 m,1.25倍停車視距對(duì)應(yīng)的識(shí)別視距S為262.5 m。根據(jù)分流鼻端距離圓直點(diǎn)的不同直坡段長(zhǎng)度L,分別計(jì)算滿足互通立交出口識(shí)別視距要求時(shí)凸形豎曲線半徑。同理,分別計(jì)算設(shè)計(jì)速度100 km/h、80 km/h對(duì)應(yīng)的凸形豎曲線半徑,結(jié)果見表4。互通立交范圍內(nèi)主線凸形豎曲線半徑極限最小值按照不小于1.5倍停車視距計(jì)算確定,應(yīng)作為控制性指標(biāo),不容許降低。因此,分析時(shí)以規(guī)范規(guī)定的互通立交范圍內(nèi)主線凸形豎曲線半徑極限最小值作為下限進(jìn)行控制。

3 工程實(shí)例

某互通立交現(xiàn)狀為B+B形雙喇叭互通立交,主線設(shè)計(jì)速度為120 km/h,雙向四車道,路基寬度為26 m,擬改擴(kuò)建為雙向八車道。該互通立交預(yù)測(cè)末年交通量為5.9萬(wàn)pcu/d,既有互通立交范圍內(nèi)主線平面圓曲線最小半徑為2 500 m,縱斷面最大縱坡為1.467%,凸形豎曲線半徑最小值為25 500 m。

表4 分流鼻端位于不同長(zhǎng)度直坡段時(shí)滿足識(shí)別視距要求的凸形豎曲線最小半徑

主線側(cè)既有B形喇叭互通立交形式與預(yù)測(cè)交通量不符,須調(diào)整為T形(見圖3)。主線側(cè)互通立交形式調(diào)整后,互通立交出口位置相應(yīng)調(diào)整,調(diào)整后分流鼻端識(shí)別視距長(zhǎng)度區(qū)間進(jìn)入半徑25 500 m的凸形豎曲線范圍,但互通立交出口分流鼻位于半徑25 500 m凸形豎曲線后接的直坡段,分流鼻端距離半徑25 500 m凸形豎曲線終點(diǎn)的長(zhǎng)度為31 m,經(jīng)計(jì)算,互通立交出口實(shí)際識(shí)別視距為278.4 m,大于規(guī)范要求(262.5 m)。因此,提出主線平、縱斷面線形維持原狀,僅路基兩側(cè)拼寬改造,結(jié)合互通立交形式調(diào)整相應(yīng)進(jìn)行匝道設(shè)計(jì)的改擴(kuò)建方案。該方案可避免互通立交范圍內(nèi)主線縱斷面線形調(diào)整,減小改擴(kuò)建工程規(guī)模,降低改擴(kuò)建實(shí)施期間路段的交通組織難度,節(jié)約資源。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路改擴(kuò)建中主線線形指標(biāo)調(diào)整對(duì)改擴(kuò)建方案及工程規(guī)模具有重要影響。互通立交作為高速公路的重要節(jié)點(diǎn),對(duì)高速公路平、縱面線形指標(biāo)起控制作用。受互通立交出口識(shí)別視距限制,主線縱斷面凸形豎曲線半徑不應(yīng)偏小。本文針對(duì)實(shí)際工程中互通立交出口分流鼻位于凸形豎曲線銜接直坡段的特殊情況,通過(guò)模型計(jì)算分析,提出滿足互通立交出口識(shí)別視距要求的主線凸形豎曲線半徑值,為改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)中靈活掌握設(shè)計(jì)指標(biāo)提供依據(jù)。