林 洋，趙建新，王 天

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

山地城市指主要分布在山地區(qū)域的城市，形成與平原地區(qū)迥然不同的城市形態(tài)與生態(tài)環(huán)境。修建在大于50°的斜坡地之上的城市，也屬于山地城市。山地城市受地形、地貌、地質等影響，立交設計較為復雜。近年，山地城市立交研究主要聚焦于規(guī)劃和選型，但立交總體設計相關研究較少。結合山地城市立交案例，從立交的功能定位、規(guī)模選型、線形設計、匝道靈活性設計、擁堵防治等角度進行探討。

1 山地城市特性

1.1 城市空間布局

山地城市空間總體布局有中心組團模式、帶狀發(fā)展模式、分片擴張模式。中心組團模式有明顯的城市中心及若干組團，各部分之間為山脈、江湖、溝壑、礦產等天然屏障，不適宜成為建設用地。帶狀發(fā)展模式，城市沿山間谷地方向延伸，形成帶狀布局。分片擴張模式，在中心組團布局的基礎上，各組團逐漸擴張連片，形成靈活而不規(guī)則的空間布局形態(tài)。在城鎮(zhèn)化發(fā)展的高級階段，分片擴張模式是山地城市發(fā)展的必然趨勢，土地開發(fā)強度增大，出行需求激增，路網形態(tài)固化、級配失衡、容量面臨瓶頸，城市交通供需矛盾在立交節(jié)點更為突出。

1.2 交通出行特征

山地城市交通出行具有下列特征[1]：

（1）交通潮汐特征顯著，路段擁堵緩行多發(fā)；

（2）組團間長距離出行占比大，對道路斷面、立交節(jié)點通行能力提出較高要求；

（3）公交、軌道出行模式轉移在一定時期內效果有限，出行總量增加在很大程度上向私人小汽車模式傾斜。

1.3 路網及節(jié)點特征

山地城市路網系統(tǒng)級配失衡、均衡性差、可靠度較低。立交節(jié)點受到路網特性影響，存在節(jié)點規(guī)劃不合理、功能與選型不匹配、設計標準偏低等通病。

2 山地城市立交存在的問題

2.1 設計上的缺陷

以樞紐立交為例，山地城市立交一方面要滿足全互通功能，另一方面又受制于現場諸多限制條件，容易留下設計缺陷，成為運營階段擁堵和事故的內因。

山地城市立交設計缺陷通常有：

（1）立交功能定位與城市路網規(guī)劃不相適宜；

（2）立交選型與功能定位不相匹配；

（3）主線車道規(guī)模不一致；

（4）重要轉向匝道缺失，采用U 型匝道代償，干擾主線及其他轉向匝道；

（5）主線及匝道單一線形指標雖滿足規(guī)范要求，但未采用運營速度核驗，成為事故易發(fā)路段；

（6）匝道縱斷面設計和排水設計不相協(xié)調，匝道低洼段易積水；

（7）環(huán)形匝道停車視距不足；

（8）交織段設計欠妥；

（9）隧道口與立交距離過近，匝道設置突兀。

2.2 運營階段存在的問題

運營階段存在的問題主要包括安全和擁堵。山地城市立交運營安全問題主要源于主線及匝道線形指標偏低、幾何設計不合理、交通標志識讀性低等原因。交通事故易發(fā)段通常位于主線與匝道連接部、匝道平縱指標不利段、分合流端部。交通事故包含單車事故和多車事故，例如：車輛撞擊小半徑環(huán)形匝道護欄、車輛撞擊鼻端、車輛駛出主線時與直行車碰撞、匝道上多車追尾等。山地城市路網空間分布均衡性差，交通量過度集中于某些關鍵性走廊，尤其在立交轉換節(jié)點，轉換交通缺乏可替代路徑、集中度高，為城市交通擁堵高發(fā)點。

3 山地城市立交設計探討

3.1 功能定位——機動性與可達性平衡

機動性和可達性是城市道路兩種功能屬性。機動性強調道路的通過功能，快速、無側向干擾是機動性的基本要求?？蛇_性是道路提供的出入兩側地塊的功能，直接、就近是可達性的基本要求[2]。機動性出行需求通過立交主線和匝道實現；可達性出行需求通過輔道和出入口實現。機動性和可達性表現為互斥關系，強化立交的機動性則會弱化其可達性。例如，互通式立交增設輔道連接，增加了子系統(tǒng)數量，使得整個系統(tǒng)復雜程度增加。平原城市路網規(guī)劃空間布局均衡、級配合理，能夠支持有序合理的出行路徑：主出行、轉換、集散和終達。山地城市因其特殊的地形地貌、路網形態(tài)，其立交在某些情況下需要承擔部分可達性，導致山地城市立交復雜程度增加。某立交為解決西北側居住用地出行，在北向西右轉匝道上增設小區(qū)出入口，以降低機動性為代價提升其可達性（見圖1）。同時，也可通過設置輔道系統(tǒng)，改善立交可達性。上述兩種方式均較為常見，山地城市立交宜與周邊用地規(guī)劃條件相協(xié)調，從區(qū)域路網規(guī)劃、城市設計、交通影響評價等多角度、多層次分析其功能定位，均衡立交機動性與可達性。

圖1 山地城市立交機動性和可達性示例圖

3.2 規(guī)模標準——樞紐立交與一般立交選擇

《城市道路交叉口設計規(guī)程》（CJJ 152—2010）根據相交道路等級、直行及轉向車流特征、機非干擾等因素，將立交分為樞紐立交、一般立交和分離式立交三類，立交類型選擇根據節(jié)點所在路網地位、作用、相交道路等級、城市性質、規(guī)模、交通需求以及區(qū)域用地條件選定[3]。其中，立交分類最核心的因素為轉向（主要是左轉）車流行駛特征，立交選型最重要的因素為相交道路等級、路網地位和交通量。平原城市立交選型因素（需求條件）基本能夠與立交分類(技術指標)相匹配，而山地城市立交選型因素（需求條件）可能會與立交分類（技術指標）錯位。例如，某快速路-快速路交叉節(jié)點，交通轉換需求明確，應按樞紐立交選定，但因其相對高差過大，最終采用分離式立交。在山地城市立交選型過程中，除相對高差過大因素外，制約因素還包括隧道口距離交叉過短、特大橋梁距離交叉過短、周邊山體及滑坡等。在這種情形下，立交選型可能由樞紐立交降低為一般立交，甚至分離式立交，局部節(jié)點的交通轉換需求則需要通過整體路網系統(tǒng)實現。因此，山地城市立交選型需要兼顧需求條件和限制條件，需求條件支持樞紐立交選型而限制條件難以實現樞紐立交時，可選用一般立交。選型流程見圖2。

圖2 山地城市立交選型流程圖

3.3 飽和狀態(tài)下避免反堵

《城市道路交叉口設計規(guī)程》（CJJ 152—2010）規(guī)定，樞紐立交和一般立交設計服務水平采用Ⅱ1 和Ⅱ2 服務水平，交通流特征為接近自由流和行車自由度受限，均屬非飽和狀態(tài)。實際上，多數城市立交在運營數年內即達到飽和狀態(tài)。立交平縱線形指標方面，非飽和狀態(tài)設計參數能夠覆蓋飽和流狀態(tài)要求。交通運行角度，基于非飽和狀態(tài)的幾何設計不一定能適應飽和狀態(tài)運行要求。飽和狀態(tài)顯著特征為車流在局部節(jié)點或區(qū)段超過設施通行能力，產生擁堵排隊。擁堵排隊一方面降低自身流向的服務水平，另一方面導致其關聯流向的擁堵排隊，即反堵。受反堵影響的轉向本身是暢通的，因其他轉向擁堵牽連所致，給駕駛者帶來不好的體驗感。

山地城市立交不利因素較多，反堵凸顯，以下情形均屬于反堵：一是匝道存在瓶頸點或其下游方向疏解能力受限，駛出車輛擁堵于減速車道并蔓延至主線行車道，影響主線正常通行；二是兩條匝道之間設計X 型并線段，其中某條匝道轉向流量飽和，排隊溢出并線段，不具備穿越所需的最小車輛間距，使得另一匝道也發(fā)生擁堵。

避免飽和狀態(tài)反堵，山地城市立交設計考慮以下兩點：一是各流向疏解能力驗算，主線—減速段—端部—匝道—分/合流點—端部—加速段—主線，檢查各點各段線形要素、幾何設計，避免指標突降，消除指標瓶頸；二是立交匝道敷設盡量不采用X 型并線段，保持匝道之間分合流簡潔清晰。

3.4 駕駛習慣友好設計

快速路靠中央分隔帶的車流為直行快速車流，匝道出入口布置于主線最右側。駕駛者通常默認這種交通組織方式，并形成駕駛習慣。左出左進匝道設計會造成駕駛者對車速、車流特征誤判，誘發(fā)交通事故。山地城市立交處于橋梁、隧道、路塹、長坡等復雜路段環(huán)境，駕駛者被動接受信息量大、操作復雜，疊加左出左進匝道會放大交通事故誘因，因此山地城市立交設計應嚴格遵循右進右出匝道設置。目前手機導航功能應用廣泛，山地城市立交設計空間層次不宜過于復雜，匝道交叉、分合流、并線宜清晰明確，易于人機識別，避免多條匝道在空間上重疊敷設，以免導航定位功能失效。

3.5 匝道靈活性設計

立交匝道分為全定向匝道、半定向匝道、迂回匝道、環(huán)形匝道。山地城市立交匝道靈活性設計主要形式有：

（1）270°迂回右轉匝道，適用于主線之間高差過大、受橋隧限制需調整匝道接入點位置的情況；

（2）螺旋式右轉匝道，適用于主線之間高差過大的情況；

（3）多次迂回左轉匝道，適用于主線之間高差大，難以直接敷設左轉匝道的情況。

某立交，下層主線距離隧道洞口僅50 m，西向南轉向無法布置常規(guī)右轉匝道，利用橋下迂回掉頭后接主線，實現右轉功能，保證匝道接入主線鼻端與隧道口的距離（見圖3）。

圖3 匝道靈活性設計案例1 示意圖

某立交下層主線縱坡度達5%，與上層主線高差15 m，南向東匝道螺旋迂回450°后接入上層主線，縱坡4%，且匝道長度僅380 m，保證匝道行車安全性（見圖4）。

圖4 匝道靈活性設計案例2 示意圖

某立交，主線高差16 m，周邊控制性建筑較多，南向西匝道采用多次迂回左轉匝道（見圖5）。

圖5 匝道靈活性設計案例3 示意圖

3.6 線形設計

山地城市立交平縱線形設計，受地形地貌、橋隧結構、坡地臺地、周邊建筑等因素限制，設計指標的選取關系到工程的可行性和經濟性。設計要點如下：

（1）匝道設計速度取用

匝道設計速度取用依據主要為立交等級、類型、轉彎交通量大小等條件，取用原則要保證行車安全、工程經濟和車速差合理，針對不同匝道形式，按照規(guī)范取值要求取值。

（2）山地立交平面設計

在出口匝道端部，車輛易與護欄碰撞，出口匝道應盡量采用直接式出口，且線形應與主線保持3 s 行程一致，若受橋梁、隧道等結構物限制，減速車道較短，應采取提前預告及降速措施，保證立交轉向辨識性及行車安全性。入口匝道需保證加速段長度，若受橋隧等結構物限制，可變換匝道形式，調整匝道接入點，保證變速車道長度。

（3）立交縱斷面設計

立交縱斷面設計需要結合周邊地塊及凈空要求，合理選取縱坡值。主線與匝道行車流線上縱斷坡度柔性過渡，在匝道范圍內增設縱坡緩和段，下坡匝道應考慮大車行車安全，避免過大縱坡。若條件受限縱坡采用或接近極限值，應采取相應減速措施及降速預告措施。立交匝道出口不宜設置在主線凸曲線頂部，容易造成出口識別不及時。

（4）平縱組合

立交匝道應避免在小半徑曲線段設置過大縱坡，控制最大超高橫坡，驗算合成縱坡。某立交主線設計速度60 km/h，北向西右轉匝道（見圖6），NW匝道）為下坡匝道，高差達44 m，受鐵路、110 kV 變電站限制，不具備迂回展線條件，需要采用直接右轉匝道，設計縱坡6.8%，規(guī)范最大值為8%，設置2.5%緩坡過渡，同時增設震蕩減速標線，運營階段安全性和可靠性均較優(yōu)，如圖6 所示。

圖6 線形設計案例示意圖（單位：m）

4 結論

山地城市立交是路網系統(tǒng)中的重要組成節(jié)點，是支撐城市交通的關鍵設施。山地城市立交設計技術和經驗是建立在平原城市立交基礎上的，并結合山地城市道路設計建造、交通管理的經驗總結完善。技術路線仍然是遵循城市總體規(guī)劃、綜合交通體系規(guī)劃、干線道路網規(guī)劃及區(qū)域詳細規(guī)劃，綜合路網容量匹配、交通組織流暢及城市風貌協(xié)調等因素，對立交功能定位、規(guī)模選型、線形指標、靈活性設計及擁堵防治等方面進行精細化設計論證，提出技術、經濟、社會合理的總體方案。