基于安全性的互通立交线形设计

摘要：现代互通式立体交叉强调的是“以人为本”，不但要满通需求，还要提供安全与舒适的运行条件，追求与自然环境和社会环境的和谐一致。体现在设计中则是对包括安全、环境、功能、用地和成本等多因素的综合考虑和更为灵活的设计手法[1]。

关键词：道路工程；速度；几何线形；工程实例

中图分类号： U41文献标识码： A 文章编号：

互通式立交具有交通转换功能和多层空间结构形态两大特征。受投资、现场条件及环境限制、在有限的空间内要完成各方向的交通转换，加剧了其运行方向的复杂性，这些复杂的因素是导致互通式立交的安全性降低的主要原因[1]。本文以运行安全为主线，体现多方面的因素考虑，融入现代设计新理念，探讨互通的设计。

设计速度和运行速度

1.1运行速度的理念

曾由美国国家公路与运输协会提出的设计速度理念被视为公路线形设计的里程碑。许多的设计规范也是基于这个理念产生的。但是随着社会的发展和道路交通日趋现代化，互通的设计理念产生了根本性的变化。在设计中越来越多的采用运行速度这一概念。运行速度是指在单元路段上车辆的实际行驶速度。因为驾驶人通常会根据自己对车辆性能的了解、对前方路线线形的判断等以自己感觉“安全”的速度行驶，所以运行速度没有一个固定值，研究表明，运行车速是一个随机变量，一般呈正态分布，通常以自由交通状态下，以各类汽车在车速累计分布曲线第85个百分点V85为对应的车辆行驶速度作为运行车速。

模型结构：V85=alnr+bt2，式中：V85为运行速度，lnr为平曲线对V85模型影响的结构部分，r为平曲线半径对V85影响；t2为竖曲线对V85影响的结构部分；a、b为模型lnr部分与t2部分在整个模型中所起的作用关系。

结合路线设计，车辆从主线进入互通立交，车速是一个“被动”的变化过程（图1）。运行速度的突变，超出驾驶人所期待和所能接受的程度时，就可能引发交通事故，造成安全隐患。

图1：设计速度与运行速度运行示意图

1.2运行速度的计算及评价

根据以上分析，消除这些安全隐患，就应该制定合理的运行速度，让驾驶人能正确判断并进行相应的操作。

运行速度建立的模型主要有以下几种：实测法，理论法，模型法，图表法。模型法通过我国多条高速公路实际运行速度回归分析出来的，相较其他方法更有基础数据支撑。在《公路项目安全性评价指南》中给出了两种运行速度计算的方法：一，采用交通运输部公路科学研究所“公路运行速度研究”的课题成果进行计算；二，采用澳大利亚运行速度计算方法得出。在实际的设计工作中，出口匝道在流出端部附近的运行速度可根据主线的设计速度参考（表1）取值，然后通过运行速度去检验设计的合理性。

表1：出口匝道流出端运行速度

对于运行速度的评价，采用相邻路段运行速度差值ΔV85为评价指标，当|ΔV85 |＜10km/h时表明运行速度协调性好，事故率低，基本不存在事故多发点；当10km/h＜|ΔV85 |＜20km/h时表明运行速度协调性较好，事故率有所增加，事故多发点比较少；当|ΔV85 |＞20km/h时表明运行速度协调性不好，事故率高，事故多发点比较密。此时需要重新调整相邻路段平、纵面。

基于安全性的几何线形

2.1符合驾驶行为和车辆行驶力学的良好线形

互通立交设计中除了要遵循标准要求以外，还要针对互通式立交的安全特点，灵活运用互通立交的各要素，设计良好的线形，符合驾驶人行为和车辆行驶力学的要求，引导驾驶人员在高速行驶状态下较易识别前方路线走向，保持运行速度的连续性。尤其是出口匝道，来自高速公路的车辆在到达出口端部时往往未完全降低到匝道的设计速度，减速过程会延续到出口端部以后[1]。因此，对减速过程的考虑应该是从减速车道起点到受设计速度控制的匝道平曲线起点的全路段，且应以实际可能的运行速度控制匝道线形（图2）。尤其从主线分流鼻端至匝道控制半径圆曲线起点，应按运行速度过渡段设计（图3）。当然，匝道的几何线形应该是平、纵组合后的合理、安全、舒适。在满足安全的基础上，从美学的角度出发，线形流畅、优美，纵坡均衡，方向清晰。从安全的角度，流出匝道最好采用上坡，以利于减速和保证出口视距；流入匝道则应该采用下坡，以利于流入车辆在较高的位置观察高速公路上的来车，寻找插车间隙。

图2：运行速度过渡段长度与匝道设计速度的关系

图3：分流鼻端运行速度过渡段示意图

2.2满足视距要求

做为交通流的转换节点，互通立交首先应满足良好的方向识别性和交通流的平稳流畅性。所谓“易感知前方”就是需要保证足够的视距，因此互通立交段范围内的主线视距要求比其他路段更高。互通立交主要采取识别视距（表2）和停车视距（表3）。识别视距的能见范围，应保证驾驶人能在出口前清楚的看见匝道第一个曲线的起点及曲率趋势。对于合流点，应保证匝道与主线间有足够的通视范围，以便匝道的车能看清主线的车流状况，从而能从容的寻找可插车的间隙[1]。

表2：识别视距

停车视距是从路面上小客车1.2m（驾驶员眼睛的高度）看到前方路面0.1米高的对象物上端的距离。停车视距是考虑湿润状态的摩擦系数f（积雪冰冻区，结冰状态的摩擦系数为0.1~0.2），采取充分安全的数值，设计车速80的85%；60km/h车速的90%；50~30km/h时即该数值[2]，作为行驶速度计算的。计算公式为：

通过上述表述，计算可得出表3

表3：停车视距

对于按照规范规定的最小技术指标进行的互通设计，主线和匝道线形一般能满足相应的设计速度下的视距要求，但对某些情况还应引起重视，必要时应按运行速度检查。以下举某互通立交的实例进行分析（图4）（图5）。

互通结合实际地形及交通量主流方向，立交型式采用B型单喇叭，互通A匝道上跨主线。主线下穿A匝道，出口位于主线桥梁之后不远处，桥墩对出口的识别视距形成了遮挡。由于视距不良，情况之一：驾驶人不能提早看见匝道走向，很可能错过出口；情况之二：驾驶人接近桥墩时发现了出口，此时减速就不能有效利用减速车道长度和有效控制方向，从而易引发交通事故。因此，基于安全性考虑，对方案进行调整，保证了桥墩和出口之间的视距，为驾驶人提供了足够的能见距离和反应时间，使驾驶人能够正确判断出口和正在分流的交通状况，从而达到交通安全的目的。

图4：原方案设计图图5：优化方案设计图

运行速度与匝道几何线形的适应性

匝道的安全性也就是运行速度变化进程和匝道线形指标的相适应。通常，互通立交的形式被确定以后，匝道的设计速度也基本被确定下来，但车辆在出、入口及收费站前后灯路段，运行速度需要在有限的距离内完成较大的变化，因此匝道的线形设计应根据实际运行速度控制。概括的说，运行速度和几何线形设计的一致性、速度差异最小化、对驾驶员要求的最小化和满足驾驶人期望等，都是以运行安全出发在互通式立交设计时必须要建立的设计思想。

结束语

总之，互通式立交是复杂运行集中地，某些指标从单个来讲是安全的，但组合不当，所构成的线形可能造成运行条件更为复杂。因此，匝道的线形设计不仅仅满足于规范所规定的指标，应该从安全出发，采取灵活的设计手法，根据可能的运行速度设计与之相适应的匝道线形。

参考文献:

[1]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2]交通部工程管理司译制组.日本高速公路设计要领[M].陕西: 陕西旅游出版社,1991.

作者简介：岳伟俊（1978- ），男，上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，工程师，山西潞城人，2001年毕业于长沙交通学院道路与交通工程专业,本科，工学学士 。