彭曉光，向健，甘學(xué)軍

(1．中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖北 武漢 430040； 2．海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430040；3．湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

公路調(diào)頭區(qū)在中國(guó)JTG DF20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中稱U形轉(zhuǎn)彎設(shè)施[1]。同樣的表述在美國(guó)規(guī)范(AASHTO 2014)中稱為U-Turn。在中美洲的規(guī)范(SIECA 2011)中稱為Retorno[2]，但是Retorno包含平面路段調(diào)頭的含義。

公路調(diào)頭區(qū)已在美國(guó)的佛羅里達(dá)、新澤西、路易斯安、歐洲、中美洲廣泛應(yīng)用，在中國(guó)一般公路項(xiàng)目中U形調(diào)頭區(qū)設(shè)置并不多見。近年來(lái)中國(guó)設(shè)計(jì)者不斷在道路U形調(diào)頭設(shè)置方式上及設(shè)計(jì)方法上進(jìn)行深入研究以及實(shí)踐。在2018年1月1日實(shí)施的JTG DF20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)高速公路上的U形轉(zhuǎn)彎設(shè)施做了規(guī)范上的界定，其他等級(jí)道路調(diào)頭未做更加詳細(xì)的要求。

該文通過哥斯達(dá)黎加公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例闡述哥國(guó)干線公路調(diào)頭區(qū)相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 項(xiàng)目背景

哥斯達(dá)黎加作為一個(gè)實(shí)行立法、司法和行政三權(quán)分立的總統(tǒng)共和制國(guó)家，總統(tǒng)由全民直選產(chǎn)生，任期4年，國(guó)家政治局勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，治安情況相對(duì)于中美洲其他國(guó)家較好。

哥斯達(dá)黎加地理位置位于中美洲的狹長(zhǎng)地帶且位于美洲中心，有直通歐亞的海洋，便于進(jìn)入美洲。國(guó)道線32號(hào)公路為首都圣何塞至利蒙港的交通要道，承擔(dān)著該國(guó)80%的貨物進(jìn)出口運(yùn)輸任務(wù)?，F(xiàn)狀為雙向雙車道公路，存在道路窄、線形差、集裝箱車輛多等特點(diǎn)，造成近年來(lái)交通事故高發(fā)、運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)、運(yùn)輸成本增加。隨著哥斯達(dá)黎加經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，32號(hào)公路現(xiàn)有的狀態(tài)已經(jīng)不能滿足旅客和貨物高效流通的需要，對(duì)哥國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的阻礙。作為“一帶一路”的重要節(jié)點(diǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)促進(jìn)中國(guó)同中美洲國(guó)家合作有著示范和引領(lǐng)作用。

哥斯達(dá)黎加當(dāng)?shù)厥褂玫囊?guī)范種類較多，公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要采用的是中美洲經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體(SIECA)推薦的規(guī)范，其中路線幾何設(shè)計(jì)執(zhí)行《中美洲公路幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》，不足部分由歐美規(guī)范補(bǔ)充。哥斯達(dá)黎加是一個(gè)民權(quán)至上的國(guó)家，因此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)務(wù)必滿足當(dāng)?shù)孛裆囊螅袭?dāng)?shù)孛癖姷牧?xí)慣與期望。這些都給項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作提出了更高的目標(biāo)以及要求。

項(xiàng)目合同性質(zhì)為EPC(設(shè)計(jì)施工總承包)，合同金額為固定價(jià)格4.655億美元。改擴(kuò)建后的32號(hào)公路拓寬為四車道主干線公路，出入口部分控制，設(shè)計(jì)速度100 km/h，需要設(shè)置9處調(diào)頭區(qū)，13處簡(jiǎn)易立交，以及33座橋梁。該項(xiàng)目具有疏港公路的性質(zhì)，集裝箱車輛眾多，合同要求WB-20車型作為項(xiàng)目的控制以及校驗(yàn)車型。中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司承擔(dān)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)?？紤]項(xiàng)目所在地為美洲國(guó)家，采用AUTODESK公司的Civil 3D作為道路幾何設(shè)計(jì)軟件更容易為各方接受。

哥斯達(dá)黎加作為法治國(guó)家，強(qiáng)調(diào)道路權(quán)的觀念。因此超出道路權(quán)的土地利用將付出額外的時(shí)間成本以及經(jīng)濟(jì)成本。工程實(shí)施過程不可避免地需要額外征用土地，征地工作通常十分困難，一宗土地權(quán)益的取得時(shí)間基本上都超過6個(gè)月。目前項(xiàng)目已有路權(quán)為現(xiàn)有道路中線兩側(cè)各25 m，可以預(yù)見的是調(diào)頭區(qū)征地因素會(huì)成為設(shè)計(jì)方案選型的控制性因素。

2 公路調(diào)頭區(qū)分類

公路調(diào)頭區(qū)從交叉形式上分為立體U形轉(zhuǎn)彎以及平面路段調(diào)頭兩種。

立體U形轉(zhuǎn)彎通常利用現(xiàn)有的跨線橋或者通道設(shè)置。立體U形轉(zhuǎn)彎，在中國(guó)這種設(shè)置常稱為菱形互通；在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中稱為單交點(diǎn)城市互通式樣立交(SPUI)；立體U形轉(zhuǎn)彎在中美洲相關(guān)的表述中則進(jìn)一步區(qū)分支線上跨(PSV)、支線下穿(PIV)兩種。

平面路段調(diào)頭中美洲標(biāo)準(zhǔn)中稱為Retorno(西班牙語(yǔ))，在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中稱為U-turn。但是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中U-turn也包含有立體U形轉(zhuǎn)彎的含義。平面路段調(diào)頭(以下簡(jiǎn)稱：Retorno)在完全控制出入的公路中應(yīng)該成對(duì)布置，非完全控制出入的則不必如此。

Retorno從平面布置的形狀可分為水滴形、子彈形、紡錘形(圖1)[3]。

圖1 Retorno布置形狀分類

3 功能與類型選擇

Retorno結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常不設(shè)置信號(hào)控制，后續(xù)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉。通常設(shè)置在村鎮(zhèn)的進(jìn)出口附近，方便村鎮(zhèn)車輛實(shí)現(xiàn)交通流轉(zhuǎn)換，也為主線車輛提供左轉(zhuǎn)便利[4]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，Retorno交通設(shè)施在哥國(guó)廣泛應(yīng)用。

32號(hào)公路作為主干線公路，全長(zhǎng)107 km，港口集裝箱車輛、城市間日常出行車輛為干線交通量來(lái)源。道路沿線平均10 km左右有西班牙風(fēng)格小型村鎮(zhèn)，這部分轉(zhuǎn)彎需求的交通量，采用Retorno來(lái)達(dá)到。

水滴形結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，造價(jià)最為低廉，但是交通轉(zhuǎn)換效率不高。同時(shí)由于平面線形緊湊對(duì)主線車輛視線以及行車有影響。主要應(yīng)用在土地價(jià)值高、車輛調(diào)頭需求量不大的路段。

子彈形結(jié)構(gòu)為最標(biāo)準(zhǔn)的平面調(diào)頭形式，其具有轉(zhuǎn)彎半徑大、車速影響小、駕駛員容錯(cuò)性強(qiáng)的特點(diǎn)。但由于占地較大、造價(jià)較高，使用時(shí)具有局限性。主要應(yīng)用于土地成本低、舒適性要求高的旅游道路中。

紡錘形結(jié)構(gòu)主要設(shè)置在城鎮(zhèn)交通的出入口處，主要為了同時(shí)滿足附近居民左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)需求，減少調(diào)頭距離。因?yàn)榇诵问匠鋈肟谧筠D(zhuǎn)車輛需要在進(jìn)入調(diào)頭區(qū)后連續(xù)跨越2條車道，對(duì)主線車輛影響較大，不宜過多采用。主要應(yīng)用于村鎮(zhèn)規(guī)模較大，出行需求較多的路段，紡錘形的用地比水滴形要高70%。

由于成本原因，僅提供調(diào)頭服務(wù)的立交形式調(diào)頭區(qū)，在32號(hào)公路項(xiàng)目沒有被采用。在大型的城鎮(zhèn)出入口以及高等級(jí)道路與32號(hào)公路相交的地方通常設(shè)置互通式立交來(lái)滿足交通轉(zhuǎn)換的需求。

調(diào)頭區(qū)功能與選型比較見表1[5]。

表1 調(diào)頭區(qū)功能與類型比選

4 總體設(shè)計(jì)

Retorno通常被布置在地形起伏較為平緩的地方，沿設(shè)計(jì)軸線縱向展線。在100 km/h的主線設(shè)計(jì)速度下，水滴形展線長(zhǎng)度通常為700～1 000 m，子彈形的展線長(zhǎng)度通常為1 000～1 500 m，紡錘形則需要更長(zhǎng)的范圍展線，通常是1 200～2 000 m。

4.1 總體布置

以水滴形Retorno為例，從平面布置上可以把調(diào)頭區(qū)分為3個(gè)部分：調(diào)頭區(qū)識(shí)別區(qū)域、變速區(qū)域、調(diào)頭區(qū)域(圖2)。

圖2 水滴形Retorno平面布置

調(diào)頭車輛進(jìn)入調(diào)頭區(qū)后一直到變速區(qū)域前的范圍是一個(gè)識(shí)別以及確認(rèn)行車車道的過程。此范圍內(nèi)的車輛行駛速度會(huì)適當(dāng)降低，通常與正常路段速度差不大于20 km/h是可以接受的，調(diào)頭識(shí)別區(qū)長(zhǎng)度不應(yīng)小于200 m。

變速區(qū)域由車道漸變段、加(減)速段、排隊(duì)區(qū)域組成。調(diào)頭車輛在漸變段完成車輛的分(合)流過程。在加(減)段完成車輛速度變化，而在排隊(duì)區(qū)域排隊(duì)順序通過調(diào)頭區(qū)域。

加(減)速區(qū)域的長(zhǎng)度由車輛速度的變化范圍、設(shè)計(jì)縱坡以及車型的比例共同決定。以32號(hào)公路項(xiàng)目為例：干線公路設(shè)計(jì)速度100 km/h，變速車輛可被認(rèn)為是一個(gè)速度80 km/h—20 km/h—80 km/h的變速過程。如果道路變速段的設(shè)計(jì)縱坡大于3%，則需要額外乘以調(diào)整系數(shù)。在集裝箱以及大型車輛比例高的地區(qū)，則認(rèn)為轉(zhuǎn)向車輛的速度應(yīng)該更低(通常被要求取0～5 km/h的轉(zhuǎn)彎速度)，這樣變速車道的長(zhǎng)度也會(huì)增加。設(shè)計(jì)中采用SIECA 2011(6.6.2節(jié) 變速車道)推薦的取值，減速車道180(200) m，加速車道125(130) m。

排隊(duì)區(qū)域的長(zhǎng)度通常由需要調(diào)頭車輛的交通量預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算確定。但是實(shí)際工作中，調(diào)頭區(qū)的變速區(qū)域長(zhǎng)度的確定，通常是項(xiàng)目交通規(guī)劃整體協(xié)調(diào)的成果。以32號(hào)公路項(xiàng)目為例：由于調(diào)頭區(qū)的設(shè)置作用在于服務(wù)村鎮(zhèn)間交通，大的轉(zhuǎn)向交通則采用互通式立交解決。因此認(rèn)為需要排隊(duì)通過調(diào)頭區(qū)域的情況很少發(fā)生，出于節(jié)約工程造價(jià)以及減少項(xiàng)目用地的考慮，與各方協(xié)調(diào)的結(jié)果往往是不再設(shè)置額外的排隊(duì)區(qū)域。只有在調(diào)頭區(qū)附近有加油站、大型公交集散車站的情況需要額外考慮。

調(diào)頭區(qū)域是調(diào)頭區(qū)的核心部件。SIECA認(rèn)為車輛在調(diào)頭區(qū)域低速行駛，因而調(diào)頭區(qū)域要求采用不大于3%的縱坡設(shè)計(jì)，車道橫坡則以路面區(qū)域排水為主要的考慮因素。平面轉(zhuǎn)彎車道的幾何尺寸，是由設(shè)計(jì)車型的幾何形狀決定的。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)車型為WB-20型集裝箱卡車，其轉(zhuǎn)彎半徑要求不小于14.11 m，行駛軌跡如圖3所示。在進(jìn)行調(diào)頭區(qū)域平面設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)側(cè)車道線外緣的區(qū)域應(yīng)包絡(luò)右圖所示行駛軌跡。

圖3 WB-20行駛軌跡圖(單位：m)

4.2 交通標(biāo)識(shí)

交通標(biāo)識(shí)作為向駕駛員傳達(dá)交通管控措施的重要手段，在SIECA中被廣泛采用。在調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，利用交通標(biāo)志和標(biāo)線引導(dǎo)駕駛員按最優(yōu)方式完成調(diào)頭過程，提高駕駛員舒適性、安全性。進(jìn)入調(diào)頭區(qū)車輛需要在進(jìn)入變速區(qū)域前完成車道轉(zhuǎn)換，所以在漸變點(diǎn)前150 m和50 m的位置重復(fù)設(shè)置兩次指路標(biāo)志，以提醒駕駛員提前轉(zhuǎn)換車道。進(jìn)入變速區(qū)域之后，在減速車道上連續(xù)設(shè)置限速60 km/h和30 km/h兩組限速標(biāo)志牌和地面標(biāo)線，迫使調(diào)頭車輛在進(jìn)入調(diào)頭區(qū)域前將車速降至30 km/h的可控范圍以內(nèi)。并在減速車道范圍采用“禁止跨越同向車道分界線”，禁止駛過漸變段的主線車輛臨時(shí)進(jìn)入減速車道。

完成調(diào)頭進(jìn)入加速車道之后，在加速車道采用“可跨越同向車道分界線”，允許車輛在加速車道全段范圍選擇合適的時(shí)機(jī)匯入主線，并在加速車道終點(diǎn)設(shè)置減速讓行標(biāo)志標(biāo)線，劃分道路優(yōu)先級(jí)別，迫使未找到合適時(shí)機(jī)的車輛強(qiáng)行減速、停車，等候主線車輛優(yōu)先通行，避免沖突。

5 調(diào)頭區(qū)服務(wù)水平評(píng)價(jià)原理

通過分析調(diào)頭車輛的行駛路徑，車輛完成調(diào)頭的過程可以分為以下5個(gè)步驟：從主線分流駛?cè)霚p速車道—減速車道減速—進(jìn)入彎道—加速車道加速—合流匯入主線。

而彎道在功能上可視為設(shè)計(jì)速度較低的普通路段，由此可以等效作為匝道看待。即：U-turn調(diào)頭可等效看做車輛先從主線分流進(jìn)入匝道、再?gòu)脑训篮狭黢側(cè)雽?duì)向主線的過程。

在進(jìn)行調(diào)頭區(qū)服務(wù)水平評(píng)價(jià)時(shí)，可以借鑒HCM中立交匝道分(合)流區(qū)服務(wù)水平評(píng)價(jià)方法和公式，根據(jù)計(jì)算出的分(合)流區(qū)車流密度，對(duì)照表2可得出分合流區(qū)的服務(wù)水平。調(diào)頭區(qū)服務(wù)水平評(píng)價(jià)時(shí)需分別計(jì)算出減速車道分流區(qū)和加速車道合流區(qū)的服務(wù)水平，取低值作為該調(diào)頭區(qū)的服務(wù)水平等級(jí)。

表2 匝道分合流區(qū)服務(wù)水平對(duì)照

6 改建道路調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)

哥斯達(dá)黎加土地采用資本主義土地所有制，因而私人對(duì)土地有完全永久的占有和使用權(quán)。如果需要變更私人土地成為公共道路用地，友好協(xié)商、合理補(bǔ)償是項(xiàng)目實(shí)施的最佳方案，即使這樣在該國(guó)也需要最少3個(gè)月的法律流程。

但是無(wú)論是政府還是其他組織均不能完全保證項(xiàng)目用地的可行性。作為設(shè)計(jì)方需充分說明額外征用土地的技術(shù)必要性、合理性、經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)資料，以方便政府部門對(duì)民眾進(jìn)行說明解釋。同時(shí)設(shè)計(jì)方還需要準(zhǔn)備在無(wú)法取得土地時(shí)的替代設(shè)計(jì)方案。這種方案通常需要增加支擋結(jié)構(gòu)物、犧牲道路的線形指標(biāo)、增加投資為代價(jià)。這些技術(shù)工作應(yīng)與征地并行實(shí)施，實(shí)施過程中隨時(shí)做方案分析比較。

為了說明需征用土地技術(shù)上的最小面積，通常采用設(shè)計(jì)車型在轉(zhuǎn)彎車道上180°轉(zhuǎn)彎的行車軌跡作為最小的車道寬度控制。習(xí)慣上轉(zhuǎn)彎均應(yīng)在轉(zhuǎn)彎車道內(nèi)完成，如圖4所示。哥國(guó)也有部分道路采用外側(cè)車道轉(zhuǎn)彎的情況，但是基于這種情況下的設(shè)計(jì)在實(shí)際中難于被咨詢工程師認(rèn)同。

圖4 常規(guī)的改建道路調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)

如果在土地征用困難的情況下，承包商就會(huì)上報(bào)設(shè)計(jì)的備用方案，相關(guān)商務(wù)索賠工作也會(huì)同步跟進(jìn)。如圖5所示，通過降低現(xiàn)有道路線形指標(biāo)，把道路設(shè)施控制在路權(quán)范圍內(nèi)。同時(shí)需要在部分地方設(shè)置節(jié)約用地的支擋結(jié)構(gòu)。如該項(xiàng)目中通常采用設(shè)置波形護(hù)欄、石籠擋墻支擋、矩形排水溝等措施實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地的目的(圖6)。

圖5 節(jié)約用地下的調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)

圖6 支擋結(jié)構(gòu)用以節(jié)約用地(單位：cm)

7 方案的設(shè)計(jì)與審批

在32號(hào)公路項(xiàng)目中，調(diào)頭區(qū)的設(shè)計(jì)通常由承包商發(fā)起和實(shí)施。審批工作以咨詢工程師為核心，利益相關(guān)各方共同參與完成，最終的審批函件以咨詢工程師的信函為準(zhǔn)。

在實(shí)際操作中并不能一次就把調(diào)頭區(qū)的設(shè)計(jì)確定，也無(wú)法遵循線形的審批流程?；诤贤蟆⒌胤秸囊庖?、沿線居民意見，確定調(diào)頭區(qū)的設(shè)計(jì)方案是承包商的基本職責(zé)。因此設(shè)計(jì)方案的溝通修改往往需要幾次循環(huán)?；竟ぷ髁鞒倘鐖D7所示。

圖7 調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)審批流程圖

8 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，車輛保有率逐年提高，自駕已成為村鎮(zhèn)間日常的出行主要方式。但隨著道路沿線衛(wèi)星小型區(qū)鎮(zhèn)逐步成長(zhǎng)，左轉(zhuǎn)交通沖突將會(huì)越來(lái)越突出。調(diào)頭區(qū)作為解決左轉(zhuǎn)沖突的精細(xì)化設(shè)計(jì)方法，有適用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)。

該文基于中美洲項(xiàng)目公路調(diào)頭區(qū)設(shè)計(jì)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，介紹了各類調(diào)頭區(qū)形式的優(yōu)缺點(diǎn)，并以水滴形調(diào)頭區(qū)為例分析了調(diào)頭區(qū)的結(jié)構(gòu)劃分、服務(wù)水平評(píng)價(jià)方法以及設(shè)計(jì)和審批流程。以上經(jīng)驗(yàn)可以應(yīng)用到各類公路調(diào)頭區(qū)的方案研究和設(shè)計(jì)過程中，希望能對(duì)基于歐美規(guī)范設(shè)計(jì)的其他國(guó)外項(xiàng)目提供一定的指導(dǎo)。同時(shí)結(jié)合中國(guó)目前發(fā)展情況，公路調(diào)頭區(qū)在中國(guó)城市郊區(qū)、中西部地區(qū)有廣泛的應(yīng)用空間，可為中國(guó)國(guó)內(nèi)相關(guān)交叉設(shè)計(jì)提供一定的參考。