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山区高速公路单喇叭型互通立交设计浅析
李军发 山西省交通科学研究院
摘要：重点阐述了山区高速公路单喇叭型互通立交匝道平面、纵面线形及横断面设计要点，结合本人的体会，对于山区单喇叭型互通立交的布设在满足互通功能的情况下应扩展思路，根据地形灵活布置立交线形。
关键词：山区高速公路 单喇叭型互通立交 设计浅析

1．山区高速公路互通立交的特点
a)在山区设置一般出入口互通立交的目的是为了服务于当地乡镇及县域经济发展，交通量往往都不大。
b)山区地形复杂、场地狭小、走廊内常常伴随河流、地方道路，使互通立交布设的位置和形式受到一定的限制。
c)山区高速公路主线构造物较多，互通布设范围常常受到前后大桥、隧道等构造物的限制，互通立交与隧道的间距在地形受限制的山区是很难达到标准、规范的要求，互通的布设还需特别注意行车安全性方面的要求。
d)山区高速公路主线平纵指标往往偏低，互通立交有时不可避免的处于主线长下坡或主线小半径平曲线上，同样也需要注意安全性方面的问题。
2．设计交通量
公路的交通量是随着社会经济的发展而变化，其远景设计年限交通量应包括正常的交通量以及诱增交通量。设计交通量应根据交通工程学原理，进行切实的调查、统计，通过科学的分析、预测，建立相关的数学模型，求得设计年限内平均日交通量（AADT）作为设计依据。设计过程中采用设计小时交通量对匝道的通行能力及横断面采用的车道数等进行验算，匝道设计小时交通量按(1)式计算：
DDHV=AADT×D×K (1)
式中：
DDHV——单向设计小时交通量，veh/h；AADT为预测年度的年平均日交通量，veh/d；
D——方向不均匀系数，%；K为设计小时交通量系数，%，为第30个高峰小时交通量与AADT的比值。
3．匝道平面设计
匝道的平面线形设计应与匝道类型、等级相适应，考虑互通式立体交叉的重要程度、地形、地质、地物、用地条件及交叉角度等因素综合确定，并适应匝道上行驶车辆的速度变化，保证车辆能够连续、安全的行驶，体现“安全、环保、舒适、和谐”。A、B型单喇叭型式比较见如表1。
表1 A、B型单喇叭型式比较
比较项目
A型
B型
交通量影响
适用于互通立交两侧交通量有一定差异而需要采用A型的情况；用互通立交总进出交通量较小的情况；两侧交通量差别不大的情况下优先推荐A型
适用于互通立交总进出交通量较小的情况；适用于互通立交两侧交通量有一定差异而需要采用B型的情况
行使条件影响
出口匝道为外环S型曲线，入口匝道为环型，行使条件较好。行使条件较好
入口匝道为外环S型曲线，出口匝道为环型曲线，必须注意出口匝道的行使安全。对应主线下穿匝道时的方案B型出口应设置在立交桥两前面，如果出口位置设在立交桥梁后面，则应有至少150 m的出口行使判断距离
地形及工程造价
平坦地形情况下，A、B型喇叭方案造价一般差别不大，对于山区地形往往造价差别较大，甚至有些地形决定了工程可行性
主线上跨匝道
主线上跨，高速公路上的行车视野开阔，视距较好。对于山区高速公路应以实际地形决定上、下跨方案
匝道上跨主线
设置匝道上跨越主线的情况，高速公路上的行车出口一般为上坡，可以自然减速；入口一般为下坡，可以自然加速。对于平原区高速公路，从互通立交总工程量考虑，将路基宽度较大的主线置于下层，可以有效降低填方数量，降低总造价
3.1 圆曲线半径
匝道圆曲线半径的大小，根据最大横向力系数fmax和最大超高imax值，结合立交形式、用地规模、拆迁数量和工程造价等条件下应与设计速度、超高横坡以及行车安全和舒适性相适应等综合来确定。对于山区高速公路来说往往是受到地形的影响因素比较大，主要是为小乡镇提供进出口的互通立交，单喇叭型互通立交内环匝道设计速度建议Vmin=30km/h,分流鼻末端参数A不宜过小。单喇叭外环匝道尽量避免一条缓和曲线与一段卵形曲线直接构成类似“凸型”线形。
3.1.1 A型单喇叭
当流入匝道采用环形匝道时，原则上采用单圆曲线，当受到地形及其它条件限制时，可采用多圆曲线，但小大圆半径之比不应小于R2/R1=1:1.5，最好为1:1.2.
由于用地条件或其他因素的限制，单圆半径采用一般值或接近一般值时，则与内环相接的S形外环流出匝道将遇到小半径的急反转弯，于行车安全极为不利。该情况下应将内环匝道设计为卵形线，保证与外环匝道搭接的R1较大，而且为保证内环车辆加速行驶的安全，R2与R1之比应限定在上述范围内，且S形曲线两圆半径之比宜控制在1：3以内，如图1(a)。
3.1.2 B型单喇叭
当流出匝道采用环形匝道时，原则上应设计为小、大圆半径之比应小于R2/R1=1:2，但最好要大于1：5的卵形曲线。由于在流出匝道上行驶的车辆是减速中进入内环，因此内环车辆行驶的安全性较高，要求采用上述标准的原因一方面是为改善外环行车条件，另一方面是为了获得较为顺滑的匝道线形,环形匝道R2的最小半径尽量采用Ｒ2＝45～50m，如图1(b)。
3.2 缓和曲线
为满足汽车行驶力学及线形顺畅的
要求，在匝道及其端部反曲率变化较大出均应设置缓和曲线，缓和曲线一般采用回旋曲线，其参数及长度应满足规范要求。反向曲线间的两个回旋线其参数宜相等，不相等时其比值应小于2，有条件时以小于1.5为宜，两圆曲线半径之比不宜过大，以R1/R2=1～1/3为宜，卵形曲线回旋线参数宜符合R2/2≤A≤R2的规定，两圆曲线半径之比以R1/R2=0.2～0.8为宜；回旋曲线长度同时应满足超高过渡及加宽过渡的长度。
3.3 平曲线加宽
匝道平曲线的加宽过渡方式与主线相同。设置缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段应在缓和曲线或超高缓和段内进行；不设缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段应按渐变率1：15且长度不小于10 m要求设置。
加宽过渡方法一般采用线性加宽或抛物线加宽。加宽缓和段上任一点的加宽值WX按如下公式(2)、(3)计算。
a）线性加宽过渡
WX=(LX/L0)×W0 (2)
式中:
W0——圆曲线部分路面加宽值。
b）高次抛物线过渡
WX=[4×(LX/L0)3-3×(LX/L0)4]×W0 (3)
式中:
W0——圆曲线部分路面加宽值。
3.4 平曲线超高
匝道超高的设计应充分考虑车辆在匝道上行驶速度经常变化的实际情况。收费站附近的超高值应小于匝道计算车速所对应的值；相反，接近分流、合流处应大一些。
超高缓和段长度应根据设计速度、横断面类型、旋转轴的位置及渐变率等因素确定。计算公式为：
LC=B×△i×p (4)
式中：
LC——超高缓和段长度,m;B为旋转轴至行车道外侧边缘的宽度,m;△i为超高坡度与路拱坡度代数差,%;P为超高间变率。
超高缓和段设置方法应视匝道平面线形而定。有缓和曲线时，超高过渡在缓和曲线的全长或部分范围内进行；没有缓和曲线时，可将所需过渡段长度的1/3～1/2插入圆曲线，其余部分设置在直线上；当两个圆曲线径相连接时，可将过渡段的各半分别置于两圆曲线内。
3.5 单喇叭互通立交平面布置形式的几点体会
对于山区高速公路具有交通量较少，设计速度相对较低的特点，单喇叭型互通立交方案设计在满足互通功能的情况下应扩展思路，不拘泥于固定的布置形式，根据地形灵活布置立交线形。
如图2，通过A匝道采用较小的转弯半径，以避免匝道受河流的影响，从而降低了造价，且为设置评交口、收费站等设施提供平面空间。
如图3通过改移连接道路，可以有效地缩短了互通匝道桥梁的长度，降低了工程造价，同时A匝道通过跨越连接道路而达到展线拉坡的目的，并为设置平交口、收费站等设施提供了平面空间。
如图4，根据地形条件，通过改移连接道路使其穿越主线桥梁，A匝道下穿主线可以减少匝道的土方量，以降低造价，并且为设置平交口、收费站等设施提供了平面空间。
图 3

图 4
4．纵面线形设计
4.1 纵坡
纵面线形要与平面线形、横断面相适应，平纵组合得当。纵坡设计应尽量平缓，避免采用极限最大纵坡。严寒积雪冰冻地区应尽量采用较缓的纵坡，匝道最小纵坡应满足纵向排水要求，一般不应小于0.5%，特殊困难情况下应不小于0.3%。笔者认为互通匝道的纵断线形设计重点应考虑以下两方面问题：
4.1.1 变速车道纵坡接坡点设计
匝道的纵坡设计起终点一般在分流点和汇流点处。以减速车道为例见图5，匝道的纵坡是从Ｃ点开始， AC段的设计高程由主线设计高与横坡决定。C点的纵坡可通过计算B、C两点的平均纵坡近似求得，B、C两点的距离为5～10m，匝道纵坡的竖曲线不能超过C点。
4.1.2 匝道与被交道的接坡设计
匝道与被交道以平面交叉形式相接，应注意匝道接点处纵坡满足被交道路拱横坡的要求，见图6。如不是正交，则其值应是被交道横坡、纵坡及匝道的斜交角度通过计算的综合值。匝道纵坡的竖曲线不能伸入被交道的路基断面内，如匝道与被交道以被交道路拱横坡相连困难较大时，该处纵坡可取0～i之间的值。
4.2 竖曲线
匝道纵坡变化处必须设置竖曲线，其竖曲线半径及长度根据匝道设计速度应符合相应的规范要求。出口处竖曲线半径应尽可能大一些，保证有足够的视距；入口附近
的纵断面线形必须有同主线一致的平行区段，以看清主线上的交通情况，便于安全驶入。
5．横断面设计
匝道横断面由车道、路緣带、硬路肩和土路肩组成，对向分离双车道匝道还包括中央分隔带。匝道横断面分为四种类型，一般根据设计年限内平均日交通量（AADT）、 设计车速、立交等级等作为设计的依据，并考虑车辆组成，尽量做到平、纵、横协调一致。
6．结语
根据山区高速公路自身的特点，结合公路建设的新理念，山区单喇叭型互通立交的布设在满足互通功能的情况下应扩展思路，不拘泥于固定的布置形式，根据地形灵活布置立交线形，重视环境保护与自然相协调，尽量减少占地，减少工程量，降低造价。

参考文献：
[1] 中交第一公路勘察设计研究院.JTG D20—2006 公路路线设计规范[M].北京:人民交通出版社，2006。
[2] 李嘉．公路设计百问[M].北京:人民交通出版社，2004。
[3] 交通部公路司，降低造价—公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005。