基于交通污染评价的道路立体交叉分解方法＊

王晓宁 孟祥海 盛洪飞

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 哈尔滨 150090)

0 引 言

道路立体交叉是高速公路网和城市快速路网的重要节点,由于交通流密集、车辆行驶状态复杂,其交通污染问题显得尤为突出[1-4].如何定量评价其交通污染状况,是当前交叉口环境污染研究中的一个难点问题.道路立体交叉形式多样,分类方法有多种,不同形式的立体交叉,其主线、匝道的几何线形是不同的[5-8].因此,很难直接研究交通污染与不同形式立体交叉之间的定量关系.为此,需要提出一种能够将复杂的立交形式进行分解的方法.以此方法为基础,在研究道路立体交叉的交通污染时,就可以先单独研究各组成单元的污染情况,然后再组合成各种形式的立交,从总体上进行研究.

不同的直线单元、圆曲线单元、缓和曲线单元组成了左转和右转匝道,不同的左转和右转匝道又组成了各种形式的道路立体交叉[9-10].为此,要对常见的道路立体交叉形式及其匝道、线形单元组成情况进行研究,从中提取出典型的线形单元和匝道类型,这样就可以将道路立体交叉进行分解了.

1 左转匝道的分解

1.1 定向式匝道

见图1,为研究方便,定向式匝道用符号Z1表示.Z1通常由圆曲线单元、缓和曲线单元组合而成.在具体的道路立体交叉设计中,不同曲率半径的Z1构成了不同形式的立体交叉,为方便区别,用符号 Z11,Z12…来表示(以下表示方法同此).

图1 左出左入式左转匝道

1.2 半定向式匝道

半定向式匝道见图2和图3所示.左出右入式匝道用符号Z2表示.右出左入式匝道是指左转车辆从正线行车道右侧右转弯驶出,在匝道上左转弯,到另一正线后直接由行车道左侧驶入,用符号Z3表示.Z2,Z3通常由圆曲线单元、缓和曲线单元组合而成.不同曲率半径的Z2,Z3形成了各种各样的半定向式匝道.

图2 左出右入式左转匝道

图3 右出左入式左转匝道

1.3 非定向式匝道

非定向式匝道是指右出右入式匝道(包括环圈式匝道),它是左转车辆由正线行车道右侧驶出和驶入,在匝道上左转改变方向,右出右入式匝道分别用Z4和Z5表示,见图4和图5所示.

图4 右出右入式左转匝道

图5 环圈式左转匝道

2 右转匝道的分解

右转匝道是供车辆从一条主线转约90°到达另一主线的匝道.根据道路立体交叉的形式和用地限制,右转匝道通常有斜线式、单(或复)曲线式、反向曲线式、平行线式四种类型.为研究方便,将斜线式右转匝道用Y1表示,它是由直线单元和圆曲线单元构成的,见图6.将单(或复)曲线式右转匝道用Y2表示,它是由圆曲线单元构成的,见图7.将反向曲线式右转匝道用Y3表示,它是由圆曲线单元和缓和曲线单元构成的,见图8.将平行线式右转匝道用Y4表示,它是由直线单元和缓和曲线单元构成的,见图9.对于同一种类型的右转匝道,根据地形、线形设计的具体条件,又可细分为更多类型,则用符号Y11,Y12,…;Y21,表示.

图6 斜线式右转匝道

图7 单(或复)曲线式右转匝道

图8 反向曲线式右转匝道

图9 平行线式右转匝道

3 三路立交的分解

3.1 叶式立体交叉

叶式立体交叉是用两个环圈式匝道来实现车辆左转弯的全互通式立体交叉,它是由环圈式左转匝道Z51和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.根据2和3中左、右转匝道的线形单元组成情况,叶式立体交叉的线形单元组成见图10.

图10 叶式立体交叉

3.2 喇叭形立体交叉

喇叭形立体交叉是三路立体交叉的代表形式,可以分为A式和B式,经环圈式左转匝道驶入主线时为A式,驶出时为B式.A式喇叭形立体交叉是由环圈式左转匝道Z51、右出左入式左转匝道Z33和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的,见图11 a).B式喇叭形立体交叉是由环圈式左转匝道Z51、右出右入式左转匝道Z45和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的,见图11 b).

图11 喇叭形立体交叉

3.3 定向形立体交叉

图12 a)是由三处两层式跨越构造物形成的定向形立体交叉,它是由左出左入式左转匝道Z11和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.图12 b)是由一处三层式跨越构造物形成的定向形立体交叉,它是由左出左入式左转匝道Z12和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.

图12 定向形立体交叉

3.4 半定向形立体交叉

见图13,半定向形立体交叉a)是由左出右入式左转匝道Z22、右出左入式左转匝道Z32和单(复)曲线式右转匝道 Y2构成的;半定向形立体交叉b)是由左出右入式左转匝道Z21、右出左入式左转匝道Z32和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.

图13 半定向形立体交叉

4 四路立交的分解

4.1 普通苜蓿叶形立体交叉

见图14,普通苜蓿叶形立体交叉a)是由环圈式左转匝道Z51和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的;b)是由环圈式左转匝道Z55和平行线式右转匝道Y4构成的.

图14 普通苜蓿叶形立体交叉

4.2 X形立体交叉

见图15所示,X形立体交叉a)是由右出右入式左转匝道Z42和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的;b)是由左出左入式左转匝道Z11和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.

图15 X形立体交叉

4.3 定向形立体交叉

见图16,定向形立体交叉是由左出左入式左转匝道Z11和单(复)曲线式右转匝道Y2构成的.

图16 定向形立体交叉

4.4 菱形立体交叉

菱形立体交叉是由单(复)曲线式右转匝道Y2、左出右入式左转匝道Z2组成的,其线形单元组成见图17.

4.5 涡轮形立体交叉

见图18,涡轮形立体交叉a)是由右出右入式左转匝道Z45和单(复)曲线式右转匝道Y2组成的立体交叉;b)是由右出右入式左转匝道Z43和单(复)曲线式右转匝道Y2组成的立体交叉.

图17 常用的菱形立体交叉

图18 涡轮形立体交叉

5 实例分析

以位于黑龙江省依宝公路与鹤大公路交叉处的鹤大立体交叉为例进行实例分析.根据前面分析,该立交左转匝道由2个右出右入式左转匝道和2个环圈式左转匝道组成,右转匝道由复曲线式右转匝道组成,左右转匝道具体的分解情况见表1和图19.

图19 鹤大立体交叉方案一分解示意图

6 结束语

本文从交通污染定量研究的需要出发,对典型的道路立体交叉左转匝道、右匝道及其圆曲线单元、缓和曲线单元组成情况进行了研究,在此基础上提出了基于交通污染评价的常见三路、四路立体交叉分解方法,为进行道路立体交叉交通空气污染、交通噪声污染分析和评价奠定了基础[11].本文的基于交通污染评价的道路立体交叉左、右转匝道及线形单元分解方法主要是针对常见的三路、四路立体交叉进行的,对于形式特殊、复杂的道路立体交叉,该方法还需要进一步研究.

表1 鹤大立交方案一左、右转匝道分解情况

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