环形互通式立交的应用及通行能力计算

【摘要】 介绍了新南路互通式立交的方案设计和比选，并结合项目实际，总结了环形互通式立交的设计要点和交织区通行能力分析计算，供类似项目参考。

【关键词】 环形立交；设计要点；通行能力计算

引言

环形平面交叉，因其所能适应的交通量小于经过交叉口渠化设计并信号控制的平面交叉，故为了保持车辆行驶状态为连续流，除在郊区中心岛为大半径以及多岔路口外，一般已不太采用。但在城市市区，环道作为互通立交的一个组成部分仍有一定优势，其用地省，较一般多匝道互通立交总投资相对较小[1]。本文结合广佛江快速通道江门段工程（以下简称“江门大道”）新南路互通式立交的方案比选，详细介绍环形互通式立交的设计方法和交织段通行能力的分析计算。

1.项目背景[2]

1.1 立交位置

新南路互通位于滨江新区启动区内，

主线为新区内的过境一级公路，被交路为新区内城市主干道。交叉象限内控制因素较多，有规划滨江医院、棠下污水处理厂、桐井河、规划居住用地等。

（1）规划棠下污水处理厂和滨江医院

污水厂红线用地已经国土、水务等相关部门批复，且于2012年3月份进场施工，目前正在进行地基处理，经与规划、国土部门沟通，其用地红线范围内不允许立交侵入。滨江医院用地同样已经批复，无法进行用地调整。

（2）桐井河

桐井河属于西江下游珠江三角洲的中小河流，航道等级为Ⅸ级。在该路段河面宽度约24～70m，立交布设于桐井河由北转东的河湾位置，主线与匝道多次跨越该河道，受污水处理厂规划用地控制，桐井河改移困难。

（3）东北象限的石头村、联厚村、双社村建筑物：各村内房屋密集且多为三层楼房，拆迁协调非常困难。

1.2交通量预测

根据远景年交通量预测结果，新南路立交各转向交通量均不大，主要转向交通流为滨江大道往返新会方向的车流，年平均日交通量双向为10059pcu/d。

2.方案比选

2.1方案设计原则

（1）减少立交用地，释放周边土地

本互通地处滨江新区启动区内，未来片区内土地开发价值较大，互通布设应紧凑、简捷、流畅，满足主交通流向快速通行的同时，尽量节约用地。

（2）降低工程实施难度、减小工程规模，保证项目顺利实施

互通范围内控制因素较多，除规划滨江医院、棠下污水处理厂外，还分布大量民房，协调难度较大，选用经济合理的方案使互通布局紧凑，简捷，同时应尽量避免或减少拆迁，减小工程规模、降低工程造价。

2.2 方案比选

结合上述控制因素，新南互通共布设了三个方案进行比选。

方案一（对角象限双环式变形苜蓿叶方案）：将滨江大道往新会方向和鹤山往顺德方向设置为环形匝道，其余方向采用定向、半定向匝道，以减少对滨江医院和周边村庄的影响。

方案二（双Y型方案）：由于方案一主流通过内环匝道绕行，指标稍低，且与河道多次干扰，为提高匝道指标，减少对河道的干扰，布设双Y立交与方案一比较。

方案三（三层环岛方案）：方案一和方案二占地规模较大，与滨江新区规划都有冲突，因此布设一处占地规模较小的三层环岛立交进行比较。

环岛的设置：新南路目前已接近完工，若不改造现状新南路，需将环岛设置在第二层，环岛全部为桥梁，设置8条匝道与其相接，桥梁规模较大；若将环岛设置在最下层，需将新南路跨桐井河的桥梁拆除，新建一座新南路跨线桥，社会影响较大，同时新南路抬高后不利于周围土地的开发利用。综合考虑，将环岛设置在第二层。

方案一布置紧凑，工程规模适中；匝道指标略低，对河道干扰较大，占地较大，对滨江新区规划有影响；方案二指标较高，工程规模稍大，与滨江新区规划冲突较大，地方持反对意见；方案三占地最小，对滨江新区规划影响最小，且通行能力能满通量需要。综合考虑工程规模和周边土地开发价值，推荐占地最小、地方支持的方案三。

3.环形立交设计要点

3.1适用范围

环道因其所能适应的交通量有限，在平面交叉、立体交叉中已不多采用，主要应考虑以下两个方面：

①匝道之间或匝道与被交叉公路之间采用交织形式满足设计通行能力要求时，四岔或多岔交叉可采用环形；

②环形立交占地小，为妥善处理好建设项目与周边土地本身价值和地上附着物之间的关系时，可考虑采用环形。

3.2中心岛的形状和尺寸

中心岛的形状和尺寸主要受地形、道路夹角、环岛设计速度和交织长度影响，形状可选择圆形、椭圆形、圆角菱形、卵形等。

①四岔交叉中，当主路、被交路夹角呈直角时，建议采用圆形；呈锐角时，建议采用椭圆形、卵形，以获取均匀、协调的交织长度和景观效果。新南立交受主路、被交路夹角影响采用卵形。

②环道的中心岛最小半径与设计速度有关。建议环道的设计速度不宜大于40km/h。同时较大的设计半径可以获得较长的交织长度，需根据交通量进行验算，确定合适的中心岛半径。规范中给出了最小半径值可参照执行[3]。

3.3环道车道数和横断面

①车道数：环形立交中一般路段即非交织段建议采用3车道，即内侧两个车道保证正常交通量通行或者因匝道过长所产生的超车需求，最外侧车道供交织交通流转换车道之用；交织段建议采用4车道，即内侧两个车道保证正常交通量通行或者因匝道过长所产生的超车需求，内侧向外第三个车道供交织车流使用，最外侧车道专供右转交通流通行。同时，从江门大道主线接出的匝道采用单车道出口双车道的形式，为日后交通量增长，为避免环道拥堵优化成信号灯管制的需求。

②横断面：在上述车道数基础上，非交织段建议设置硬路肩，供事故车辆紧急停车，以解决环道发生交通事故造成通行能力大大降低的问题；注意按规范要求设置车道加宽值；同时环岛的横坡设计，环岛的横坡宜采用两面坡，避免绕岛及进出岛车辆在反向超高上行驶，一般将横断面的路拱脊线设置在环道中间行车道中线位置。

3.4环道交织长度

最小交织长度应根据交织交通量进行通行能力计算确定（计算方法见下节）。缺少交通量资料时，可以不应小于环道设计速度行驶4S的距离进行控制。有铰接车辆通行时，不应小于30m[3]。

3.5环道外缘线形

环道外缘宜设计成直线，主要是从满足车辆使用需求和减少工程浪费的角度考虑。新南立交右转车道根据环道切线进行直线接线，保证右转车道顺利通行的同时，又避免环道外缘设计成反向曲线造成的工程浪费问题。

3.6环道设计中关于纵坡的要求

环道行驶中因存在交织问题，因此对环道纵坡要求较高，一般不宜大于2%。

4.交织区通行能力分析计算[4]

4.1 交织区的定义

两个或更多交通流沿道路路段运行的总方向相同且在没有交通控制设施的情况下，相交而过的运行称交织运行。

4.2交织区长度

交织区长度一般是指从流入一侧的小鼻端端部到流出侧小鼻端端部的距离。

4.3交织区的构造形式

由于交织运行受到车道变换的不利影响，因此车道变化成了交织区的重大运行特征，故又有一个极大地影响运行的几何特征，即交织区构造形式。交织区构造涉及交织区段的入口车道及出口车道的数目和相对位置，它对交织区段中所发生的车道转换数目能产生重大影响。

交织区的构造形式由交织车辆在通过交织区段中所必须进行的最少车道变换来区分。根据中国公路学会编制的交通工程手册，交织区构造形式由交织车辆在通过交织区段时所必须进行的最少车道变换数来区分。交织区构造分A、B、C三种形式。构造形式与所需最少车道变换数的关系见下表。

根据交织区构造形式与车道变换数关系，可以确定本互通交织区构造形式为B型，即交织车流a、b所需车道变换数均为0。

4.4交织运行形式

交织运行分约束及非约束运行两种形式。在交织区中所有车辆一般总是企图在使所有交通流达到同样的平均行驶速度方式下来利用可使用的车道。但有些情况下交织构造形式会限制交织车辆充分利用车道来达到上述平衡运行。此时交织车辆只利用了可使用的车道中比期望使用的为少的一部分，而非交织车辆则利用了比期望为多的部分。在此情况下交织区的运行为约束运行。当交织构造不限制交织车辆去利用所期望使用的那部分时，交织运行就是非约束运行。

4.5交织区段参数

交织区段参数见下表：

4.6交织运行形式的确定

3.6.1交织车辆平均行驶速度（ ）和非交织车辆运行速度（ ）的计算

平均行驶速度 和 的计算见下式：

3.6.2运行形式的确定

在确定以交织区是约束运行还是非约束运行时，可对 和 进行比较。当 ≤ 时是非约束运行，当 > 时为约束运行。其中：

-交织车辆为达到平衡（或非约束）运行所必须使用的车道数（不一定为整数）。

-对于一指定的交织构造形式，可被交织车辆使用的最大车道数（不一定为整数）。

4.7服务水平的标准

交织区衡量服务水平及划分服务水平级别的关键性参数是交织车辆的平均行驶速度和非交织车辆的行驶速度。其服务水平标准见表。

5.算例

新南路互通式立交采用三层四路交叉环形立交，在环岛的交织路段有4处，其中西北和东南象限的交织长度较短，且两交织长度基本相当，但东南象限交织区段中的总交通量较大。因此，本互通交织区通行能力的计算以东南象限的交织区段为例。本交织区段各参数见下表。

新南路互通东南象限，交织区段中的总交通量为1766pcu/h，小于1805 pcu/h，故能满足通行能力要求。

6.结语

通过对江门大道新南路互通的设计，笔者对环形互通式立交的设计进行了研究和总结。

首先环形互通式立交的适用范围必须在满足设计通行能力要求的前提下，可考虑采用；其次对环形立交的相关设计理论，如中心岛的形状和尺寸、环道车道数和横断面、环道外缘线形等，结合项目实际进行了总结；第三通过本互通实例，介绍了交织区通行能力分析计算的方法和过程。

总之，环形互通式立体交叉因存在多个交织段，在立体交叉形式选择中已不多采用。但受土地征用、开发限制时，在通行能力计算的前提下，通过直行交通与环道分离、增加信号灯管制等多种优化手段，环形立交还是存在一定优势和较强适应性的。

参考文献

[1] 公路与城市道路设计手册[M].黄兴安主编.北京：中国建筑工业出版社.2004

[2] 广佛江快速通道江门段工程初步设计文件[M].西安.中交第一公路勘察设计研究院.2013

[3] CJJ152-2010，城市道路交叉口设计规程[S]

[4] 交通工程手册[M].中国公路学会《交通工程手册》编委会.北京：人民交通出版社.2001

作者简介：李星（1984-），男（汉族），江苏徐州人，2005年毕业于重庆交通大学公路与城市道路专业，本科，工程师，主要从事总体、路线、立交设计方面的工作。