譚衛(wèi)平

(武漢綜合交通研究院有限公司， 湖北 武漢 430015)

在高速公路互通立交設(shè)計中，單喇叭互通立交具有集中設(shè)置收費車道，便于管理，規(guī)模較小、投資較少等諸多優(yōu)點，在中國高速公路為收費公路的體制下，是高速公路與其他普通道路交通轉(zhuǎn)換方式中最優(yōu)先選擇的互通式立體交叉形式。盡管單喇叭形互通應(yīng)用廣泛，匝道少，結(jié)構(gòu)形式簡單，但在實際使用中，交通安全問題十分突出，主要集中在內(nèi)環(huán)匝道、匝道分合流出入口連接處及變速車道上[1-2]。因此，把握好單喇叭形互通立交匝道線形及出入口的連接設(shè)計至關(guān)重要。

該文以平原微丘區(qū)高速公路單喇叭形互通立交設(shè)計為例，對幾個較為突出的技術(shù)細節(jié)，如出口匝道平面線形、匝道橫斷面布置、變速車道的橫坡設(shè)計等進行討論，為單喇叭形互通立交優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 單喇叭互通布置的基本原則

(1) 單喇叭互通立交的地理位置布局應(yīng)根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)現(xiàn)狀和遠期規(guī)劃，結(jié)合城鎮(zhèn)規(guī)劃，滿足沿線地方交通流轉(zhuǎn)換的交通功能需求，促進地方經(jīng)濟發(fā)展。

(2) 單喇叭互通立交應(yīng)注重整體布局，采用緊湊的結(jié)構(gòu)形式，立交幾何布線盡可能簡單，線形流暢，交通流向清晰，以提升互通服務(wù)水平。

(3) 單喇叭互通立交匝道線形布設(shè)應(yīng)與地形、地物相協(xié)調(diào)，互通內(nèi)的景觀設(shè)計應(yīng)有美學效果。

(4) 根據(jù)遠景年設(shè)計交通量、被交路等級等選取合理的匝道形式、匝道設(shè)計速度、匝道車道數(shù)和匝道半徑及坡度。

(5) 在滿足行業(yè)標準、設(shè)計規(guī)范的前提下，選取合理的設(shè)計技術(shù)指標，控制互通立交的工程規(guī)模，從而減少投資。

(6) 互通立交的形式選擇應(yīng)便于管理，采用集中設(shè)置匝道收費站的收費方式。

2 設(shè)計要素

為滿足其使用功能，達到交通安全行駛目的，針對單喇叭互通布置的基本原則及設(shè)計要求，在匝道線形設(shè)計、匝道的橫斷面布置及變速車道的橫坡設(shè)計等方面，做一些有益探討[3-5]。

2.1 出口匝道平面線形設(shè)計

國內(nèi)外研究成果表明：從公路運行安全分析角度看，互通式立體交叉中出口匝道的交通事故率最高，其次是變速車道，入口匝道的事故率最低。當出口匝道平面控制曲線半徑為60～90 m時，安全度最高；當控制曲線半徑為90～180 m時，安全度最低；當控制曲線半徑大于180 m時，隨著半徑的增加，交通事故率呈下降趨勢。這是因為小半徑曲線轉(zhuǎn)角變化較快，駕駛員獲取的轉(zhuǎn)向信息更為明顯，便能提前采取減速等應(yīng)對措施，而變速車道越長，越有利于駕駛員變速操作，從而提高安全性。

單喇叭形互通直接式出口匝道平面線形一般要滿足8個具體設(shè)計指標(圖1)：① 漸變段長度L1；② 減速車道長度L2；③ 出口匝道流出角漸變率；④ 控制曲線圓曲線半徑R2；⑤ 分流鼻端點處平曲線最小曲率半徑R3；⑥ 分流鼻端附近出口匝道回旋線參數(shù)A；⑦ 運行速度過渡段上任一點L的平曲線曲率半徑R4；⑧ 當分流點位于緩和曲線上，則分流鼻端點后的緩和曲線長度L3需滿足超高過渡需要。

圖1 單車道出口匝道運行速度過渡及曲線要素示意圖

其中，規(guī)定的漸變段、減速車道長度均為最小長度；出口漸變率為最大漸變率；控制曲線圓曲線半徑、分流鼻端處平曲線曲率半徑和回旋線參數(shù)均為最小值。在設(shè)計中，通常理解錯誤或被忽視的有兩點：

(1) 分流鼻端點處平曲線最小曲率半徑R3是指鼻端點處的曲率半徑，并不要求一定是圓曲線，也可為直線。當為直線時，相接的回旋線應(yīng)滿足最小參數(shù)值、運行速度過渡和超高過渡需要。

(2) 由于分流鼻端點至控制曲線之間的路段存在較大的運行速度差，且此路段的減速度、路面橫坡等均在變化，為使運行速度過渡連續(xù)、平穩(wěn)，應(yīng)適當保證運行速度過渡段的長度。因此，細則中規(guī)定運行速度過渡段上任一點L的平曲線曲率半徑R4不小于圖2查取的曲率半徑值。這一點在設(shè)計中經(jīng)常被忽視，特別是在B形單喇叭互通中，環(huán)形匝道出口的控制曲線平面半徑取值一般較小，運行速度過渡段較短，則會導致車輛減速不充分，以較高的運行速度進入控制曲線，而控制曲線是以設(shè)計速度為依據(jù)設(shè)置的平面線形和超高橫坡，運行速度超過設(shè)計速度較多、車輛離心力大于橫向摩阻力時，會出現(xiàn)車輛側(cè)滑、側(cè)翻等安全事故，因此，應(yīng)設(shè)置較長的回旋線來滿足運行速度過渡，以保證運行安全。

2.2 匝道的橫斷面

匝道車道數(shù)及橫斷面類型應(yīng)根據(jù)匝道設(shè)計小時交通量、交通組成、設(shè)計速度、服務(wù)水平及超車需要等確定[4-5]。在單喇叭形互通設(shè)計中，通常出現(xiàn)兩個橫斷面布置錯誤：① 單喇叭形互通中對向分隔式匝道車道數(shù)；② 匝道收費站廣場出口至匝道端部平面交叉路段的路基標準橫斷面。

在互通式立體交叉設(shè)計中，單喇叭形互通立交匝道通常情況下采用單向單車道匝道和對向分隔式雙車道匝道，如圖3所示。

圖2 匝道運行速度過渡段上任一點的平曲線最小曲率半徑

圖3 單喇叭互通匝道橫斷面基本類型(單位：cm)

單喇叭形互通式立體交叉的半直連式匝道長度(從鼻端至匝道收費廣場)一般均超過500 m，根據(jù)規(guī)范要求，當單車道匝道長度大于500 m時，應(yīng)采用不設(shè)緊急停車帶的單向雙車道匝道，即使設(shè)計交通量未超過單車道匝道的設(shè)計通行能力，也應(yīng)增加一個車道供超車使用。若單喇叭形互通式立體交叉的半直連式匝道采用對向分隔式雙車道匝道則不滿足規(guī)范要求，且在單車道匝道上，慢速行駛的車輛將導致匝道全路段通行能力下降，不能滿足設(shè)計服務(wù)水平，因此，單喇叭形互通中的半直連式匝道橫斷面應(yīng)進行調(diào)整。

半直連式匝道應(yīng)采用不設(shè)緊急停車帶的單向雙車道匝道，當環(huán)形匝道仍采用單向單車道時，則對向分隔式匝道應(yīng)調(diào)整為對向分隔式三車道匝道，如圖4所示，可供超車之需，在工程造價增加不多的情況下，滿足設(shè)計服務(wù)水平。

當采用對向分隔式三車道匝道時，半直連式匝道應(yīng)采用單車道變速車道，單車道與雙車道之間的過渡應(yīng)在分流鼻端點后的匝道范圍內(nèi)完成，如圖5所示。

匝道收費站廣場出口至匝道端部平面交叉路段的路基標準橫斷面可根據(jù)交通量大小及組成適當確定。當按照四岔交叉的單喇叭形設(shè)計時，與被交叉公路的連接即按匝道設(shè)計，采用對向雙車道匝道橫斷面；當匝道收費站廣場至匝道端部平面交叉相距較遠時，從交通組織和交通運行的角度考慮，單喇叭形可視為獨立的三岔交叉互通式立體交叉，此時，匝道收費站廣場出口至匝道端部平面交叉路段可按照連接線設(shè)計，采用相應(yīng)等級公路的橫斷面布置，如圖6所示。

圖4 對向分隔式三車道匝道橫斷面(單位：cm)

圖5 雙車道匝道與單車道變速車道之間的過渡

圖6 四岔單喇叭形與三岔單喇叭形

2.3 變速車道的橫坡設(shè)計

變速車道橫坡設(shè)計的難點在于主線為曲線超高路段的設(shè)置及過渡。此時，變速車道的橫坡設(shè)計主要有3個技術(shù)要點[6-8]：① 當變速車道位于主線平曲線內(nèi)側(cè)時，變速車道應(yīng)采用與主線相同的橫坡；② 當變速車道位于主線平曲線外側(cè)時，鼻端點處的匝道橫坡應(yīng)向外傾斜，在一個車道寬度處至鼻端點之間的三角區(qū)設(shè)置附加路拱進行反向過渡；③ 鼻端點處的匝道橫坡與主線橫坡的代數(shù)差不應(yīng)大于6%。

當變速車道位于主線平曲線外側(cè)時，關(guān)于鼻端處外傾橫坡取值及變速車道的高程計算方式，規(guī)范并未作規(guī)定，導致很多設(shè)計人員把握不準。

根據(jù)互通區(qū)主線線形條件要求，通過主線平曲線最小半徑和極限半徑計算得知，互通區(qū)主線的橫斷面最大超高一般值為3%，極限值為4%，而規(guī)范規(guī)定鼻端點處的匝道橫坡與主線橫坡的代數(shù)差不大于6%，那么，若鼻端點處的匝道橫坡采用向外傾斜0%～1%，則變速車道上橫坡為0%的路段較長，會導致排水困難；若主線超高橫坡為2%時，鼻端點處的匝道橫坡可采用向外傾斜3%～4%，但此處的曲率半徑一般較大，采用較大橫坡會導致車輛側(cè)滑、行車舒適性降低等情況，因此，鼻端點處的匝道橫坡一般采用向外傾斜2%較為適宜，如圖7所示。

圖7 變速車道橫坡過渡示意圖

附加路拱線一般采用三點法，即取鼻端點處圓弧的圓心、未作偏寬的路緣帶交點、變速車道起點處的主線路緣帶中點作一段圓弧或樣條曲線。

一個車道寬度處至鼻端之間的變速車道段的橫坡則由ik變化至-2%，可采用線性漸變或三次拋物線漸變。變速車道的各點高程應(yīng)根據(jù)主線設(shè)計高程及橫坡推算至附加路拱線，再根據(jù)變速車道的橫坡推算至匝道各點。實際上，附加路拱線就是主線與變速車道的分水嶺，路面在該三角區(qū)會出現(xiàn)扭曲，但因其位于導流線區(qū)域，不允許車輛通行，且橫坡代數(shù)差不大，故不影響安全。

3 結(jié)語

影響互通立交設(shè)計的因素較多，需結(jié)合地形、地物，從交通安全、工程經(jīng)濟等方面綜合考慮，該文以單喇叭形互通立交設(shè)計為例，對互通立交設(shè)計中出口匝道平面線形、匝道橫斷面布置、變速車道的橫坡設(shè)計等幾個較為突出的技術(shù)細節(jié)進行探討，可為互通立交安全設(shè)計提供參考。