基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究.pdf

江西建材规划设计与建筑1372023年6 月基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究金成华义乌市交通设计有限公司，浙江 义乌 322000摘 要：由于影响互通立交间距的因素较为复杂，故互通立交最小间距设计难以满足实际道路通行需求。为此，文中提出基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究，从绿色公路理念的角度出发，对互通立交间距影响因素展开全面分析，明确了不同道路状态因素对其影响，结合分析结果，根据不同主线出口预告标志的设置情况，实现对互通立交最小间距的设计。在测试结果中，设计互通立交最小间距下道路的交通冲突率始终稳定在0.645%以内，交通冲突密度始终稳定在0.345次/h以内（车流速度达到110 km/h时），能够有效满足道路通行需求。关键词：绿色公路理念；互通立交；最小间距；道路状态因素；交通冲突率；交通冲突密度 中图分类号：U491.1+12文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）06-0137-03Research on Minimum Spacing Design Method of Interchange Based on Green Highway Concept Jin ChenghuaYiwu Traffic Design Co.Ltd.,Yiwu,Zhejiang 322000Abstract:Research on the minimum spacing design method of interchange based on the concept of green highway is proposed.From the perspective of the concept of green highway,a comprehensive analysis of the influencing factors of interchange spacing is made,clarifying the influence of different road state factors on it.Combined with the analysis results,the design of the minimum spacing of interchange is realized according to the setting of the exit notice signs of different main lines.In the test results,the traffic conflict rate of the road under the minimum distance of the designed interchange is always stable within 0.645%,and the traffic conflict density is always stable within 0.345 times/h（when the traffic flow speed reaches 110 km/h）,which can effectively meet the road traffic demand.Key words:Green highway concept;Interchange;Minimum spacing;Road status factor;Traffic conflict rate;Traffic conflict density 作者简介：金成华（1977-），男，浙江义乌人，本科，高级工程师，主要研究方向为公路工程设计。0 引言从实际应用价值方面分析互立交通，一方面，互通立交结构能够在一定程度上消除道路交叉存在的冲突点1；另一方面，其可以减少不同方向上车辆之间的相互干扰。互通立交在建设过程中具有结构复杂、施工占地面积较大、施工成本较高的特点2。这就导致对互通立交最小间距的合理设计成了至关重要的环节之一。一般情况下，互通立交主要可以分为两种：一般互通立交和枢纽互通立交。其中，高速公路与地方公路的交叉多为一般互通立交，其主要作用是为区域交通流的接入和集散提供服务。干线公路之间的交叉多为枢纽互通立交，其主要作用是实现干线公路交通流的相互转换。本文以互通立交的功能需求为基础，以互通立交的连接条件为约束，提出一种基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究，并通过对比测试的方式，分析验证了其应用效果。1 互通立交最小间距设计方法研究1.1 基于绿色公路理念的互通立交间距影响因素分析互通立交，即互通式立体交叉，主要是指借助跨线构筑物，实现相交道路在空间层面的分离，上、下道路间通过匝道连接的结构。因此，在对其最小间距进行规划设计时，需要充分考虑不同因素的影响与作用3。为此，本文首先从绿色公路理念的角度出发，对互通立交间距影响因素展开全面分析。其具体可以表示为：（1）式中，X表示互通立交间距影响因素集合；x1表示道路交通量与服务水平，该因素也是确定互通最小间距的基础；x2表示道路交通流特性，公路主线交通流量越大，对应车辆交织行为的频繁程度也越高，车辆分合流的影响越明显；x3表示各车道管控策略及车道数，一般情况下，车道数量越多，公路主线交通流的交织频率越高，对应的车辆分合流越频繁；x4表示主线各车道运行速度，该参数主要取决于道路的建设要求与行驶管理要求；x5表示主线车道车头时距。结合上述分析可以得出，在对互通立交最小间距进行设计时，结合车辆运行状态及微观交通流特性对其进行综合研究是极为必要的。当设置互通最小间距偏小时，会对车辆的安全行驶造成一定的威胁；当设置互通最小间距偏大时，会对转向交通量较大的区域造成一定的影响4。1.2 互通立交最小间距设计结合1.1 部分对于互通立交最小间距影响因素的分析结果，本文在对互通立交最小间距进行设计时，结合不同主线出口预告标志的设置情况，对其进行差异化设计。当主线出口预告标志设置在交叉道路外侧时，最小间距的计算方式可以表示为：江西建材规划设计与建筑1382023年6 月 （2）式中，L0表示在净距充足的条件下，互通立交的最小间距参数；Lm表示驾驶员明适应行驶距离参数，需要注意的是，受个体差异的影响，该指标参数可能存在不同程度的差异，针对此，为了最大限度地保障处道路行驶的安全性，设置最大明适应行驶距离作为具体的参数；表示在净距充足条件下的距离安全驾驶保障距离之和，其中包含的信息如表1 所示。表1 距离参数涵盖内容编号距离信息1交通标志认读及反应距离2等待可插入间隙过程中汽车行驶距离3调整车位和车速行驶距离4判断可插入间隙的反应距离5匝道出口确认的安全距离6车辆横移时的换道距离结合表1 所示的参数信息，实现对式（2）所示的，净距充足的条件下，互通立交的最小间距参数的计算。当主线出口预告标志设置在交叉道路内侧时，最小间距的计算方式可以表示为：（3）式中，L0表示在净距不充足的条件下，互通立交的最小间距参数；Ln表示驾驶员暗适应行驶距离参数；表示在净距不充足条件下的距离安全驾驶保障距离之和，具体涵盖的内容与表1 所示的信息一致，但是，具体的参数与之存在一定差异。按照这样的方式，实现对式（3）所示的主线出口预告标志设置在交叉道路内侧，净距不充足的条件下，互通立交的最小间距参数的计算。按照上述所示的方式，实现对互通立交最小间距的设计与规划，最大限度地保障设计的合理性，保障道路行驶的安全需求和畅通需求5，使得道路车辆的行驶需求能够得到满足。2 应用测试2.1 工程概况在对本文提出的互通立交最小间距设计方法实际应用效果进行分析时，本文以某实际的公路项目为基础，开展了对比测试。对项目的基本情况进行分析，其中，公路的起点位于西北侧03 省道与所在区域主干道路的平交口，对应的起点桩号为 K0+000，在西北方向上，线路在 K0+780 附近利用已有通道（313m）下穿 A高速公路，往北进入山间沟谷区，设长隧道穿越陡深岭山系进入 B市境内，两市在长隧道内分界，分界桩号为 K11+950；出隧道后展线下山,在下口坑西南侧设一短隧道、西侧设一高架桥，最后与47 省道相接为终点，终点桩号K16+334.721。路线全长16.335km。测试本项目的建设将完善A地区区域路网结构，实现 A、B两市快速、便捷连通，提高 A市对外交流、积聚和扩散能力，减少国省道交通压力，提高国省道服务水平，促进周边县市社会经济的共同发展等具有重要意义。在此基础上，对施工道路的基本设计情况进行分析，具体如表2 所示。表2 施工道路基本设计情况统计表项 目技术指标公路等级一级公路路线长度/km16.335设计速度/（km h-1）80路基宽度/m整体式路基24.5分离式路基12.25平曲线一般最小/极限半径/m400/250不设超高平曲线最小半径/m2500最大纵坡/%5%凸形竖曲线一般最小半径/m4500凹形竖曲线一般最小半径/m3000停车视距/m110设计荷载公路 I级地震烈度VI通道天桥净空汽车通道（宽 高）/m63.5机耕通道（宽 高）/m62.7人行通道（宽 高）/m42.2车行天桥（宽）/m7.0设计特大桥1/300洪水其他桥涵1/100频率路基1/100以上述设计要求为基础，对在下口坑西侧高架桥的最小间距进行设计。在从具体的测试过程中，为了能够更加直观地分析本文设计最小间距的合理性，采用不同的方法对互通立交最小间距设计方法进行对比测试，通过分析不同方法的测试结果，对本文设计互通立交最小间距的合理性作出判断。2.2 测试结果与分析在上述测试环境的基础上，对文献2城市道路互通立交优化设计方法（方法一）、文献3空间受限条件下的互通设计方法（方法二）和本文设计方法下的车辆通行情况进行分析，本文设置自变量为车流速度，对应的评价指标分别为交通冲突率和交通冲突密度，利用二者实现对道路交通通行状态的分析。在此基础上，不同设计方法下，对应的测试结果如表3 所示。表3 不同方法测试结果对比表车流速度/（km h-1）方法一方法二本文设计方法交通冲突率/%交通冲突密度/（次/h）交通冲突率/%交通冲突密度/（次/h）交通冲突率/%交通冲突密度/（次/h）600.6170.3450.6120.3170.6110.315700.6290.3620.6250.3320.6193.320800.6360.3800.6330.3650.6230.327900.6470.3930.6450.3890.6300.3321000.6560.4050.6500.4070.6370.3391100.6670.4160.6610.4200.6450.345结合表3 所示的测试结果可以看出，在三种不同测试方法的测试结果中，对应的车辆通行效果表现出了较为明显的差异。其中，在方法一的测试结果中，当车流速度低于100 km/h时，对应的交通冲突率和交通冲突密度分别稳定在0.65%和0.40次/h以内，但是当车流速度达到100 km/h以上时，对应的交通冲突率和交通冲突密度均出现了较大幅度的提升，当车流速度达到110 km/h时，交通冲突率达到了0.667%，交通冲突密度也达到了0.416 次/h。在方法二的测试结果中，交通冲突率和交通冲突密度表现出了与方法一相似的发展趋势，整体均呈现随着车流速度增加而逐渐增长的特点，并且当车流速度达到100 km/h以上时，交通冲突率和交通冲突密度上升程度加剧，（下转第143页）江西建材规划设计与建筑1432023年6 月单根立杆承受的荷载为58.8 kN。立杆压强计算公式如下：（5）式中，为立杆压强（kPa）；Nw为立杆承受的荷载（kN）；Mwk为风荷载对立杆产生弯矩（kN m）；W为立杆截面模量（mm）；A为立杆的横截面积（mm2）；为立杆轴心受压稳定系数。根据（5）式求得：kPa。因为181022.3 kPa f=300 MPa，所以，组合风荷载时，立杆稳定性满足要求。4 结语通过上述对现浇梁盘扣支架的承载力计算分析，得到以下结论。（1）根据支架实际受力工况，充分考虑水平荷载和竖向荷载，以及两者的组合作用效果，确保在最不利工况下，支架承载力能够满足安全使用要求。（2）根据混凝土箱梁截面结构，其翼缘板下立杆、底板下立杆、腹板下立杆、墩顶实腹段下立杆，设计时应做受力分析，通过调整支架立杆间距，保证支架强度、刚度及稳定性满足规范要求。参考文献 1 班晓军.桥梁现浇箱梁盘扣式满堂支架安全设计与验算分析 J.北方交通，2019（1）：14-18，22.2 余孟军，朱跃球.盘扣支架在现浇箱梁施工中的应用J 西部交通科技，2018（4）：140-143 3 黎祥.盘扣式脚手架在长沙磁浮工程中的应用J.公路与汽运，2017（1）：161-162，182 4 尹德智.现浇箱梁施工用盘扣支架布置优化及结构计算分析 J.低温建筑技术，2021（8）：11-17.5 徐鑫哲，宁亚瑜.盘扣式与碗扣式支架性能对比及应用探讨J.广东建材，2021（2）：70-71.6 张裕超，李健宁，李军.现浇连续梁满堂支架模板设计与验算 J.土工基础，2012（6）：59-61，95.分别达到了0.661%和0.420次/h。相比之下，在本文设计方法的测试结果中，交通冲突率和交通冲突密度受车流速度的影响程度与方法一和方法二的测试结果相比明显偏小，其中，交通冲突率始终稳定在0.645%以内（车流速度达到110 km/h时），分别低于方法一和方法二0.022%和0.016%，交通冲突密度始终稳定在0.345次/h以内（车流速度达到110 km/h时），分别低于方法一和方法二0.071次/h和0.075次/h。综合上述测试结果可以得出结论，本文提出基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法，可以有效保障道路的通行需求。3 结语为了最大限度地发挥互通立交在道路交通运行期间的作用价值，合理规划设计互通立交的间距极为必要。为此，本文提出基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究，在分析了影响互通立交间距的因素构成基础上，实现对互通立交最小间距的设计。在本文设计方法下，互通立交的交通冲突率和交通冲突密度得到了有效控制，有效保障了道路的通行需求。本文的设计与研究，希望能够为实际的互通立交间距规划提供参考借鉴。参考文献 1 梅本胜，杨丽珍.双层立体复合式高速公路互通立交改扩建方案设计：以常虎、莞深高速公路改扩建工程为例J.工程技术研究，2022，7（19）：154-156.2 尹少飞.城市道路互通立交优化设计研究：以广州市某城市道路工程为例J.工程技术研究，2022，7（15）：176-178.3 周明刚.空间受限条件下的互通设计研究：以南京机场高速九龙湖互通工程为例J.工程技术研究，2023，8（4）：161-164.4 袁泽华.高速公路改扩建中互通式立体交叉方案设计分析：以道滘互通立交为例J.工程技术研究，2023，8（2）：167-169.5 易凌云，殷红光.高速公路互通立交方案的设计：以 G5 京昆高速成绵复线二绕复合互通为例J.福建建材，2022（11）：83-85.6 贾胜勇.绿色公路理念在高速公路设计中的实践J.交通世界，2021，（12）：21-23.了设计的效率6。（4）模拟分析。BIM模型不仅可以用于设计，还能与各种工程分析软件进行联动，进行结构分析、热环境分析、能耗分析等，从而优化设计方案。4 结语尽管建筑结构设计中存在着各种问题，但通过明确计算参数的含义，做好建模前处理，以及借助信息模型技术，可帮助设计师有效地解决这些问题。在实际的设计过程中，还需探索新的设计理念和技术，以应对日益复杂的建筑设计需求。参考文献 1 钱晨，张婷.整合表现主义与相对便宜主义：日本大跨体育建筑结构设计的两种批判性转向J.建筑学报，2022（4）：51-55.2 刘加平，谢静超.广义建筑围护结构热工设计原理与方法J.建筑科学，2022，38（8）：1-8.3 于恒兵，徐诗童，糜斌，等.重庆某山地掉层建筑边坡支挡及结构设计J.建筑结构，2022，52（14）：50-58，97.4 金振奋，戎子涵，吴强，等.温州凯迪中心超限高层建筑结构设计J.建筑结构，2022，52（17）：59-65，91.5 罗远明.房屋建筑结构设计中的常见问题与解决措施探究J.居舍，2021（3）：92-93.6 周正海.房屋建筑结构设计中常见问题及解决措施J.工程技术研究，2019，4（2）：171-172.（上接第140 页）（上接第138 页）