环形交叉口设计理论及其应用

盛 萍 鱼 童

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司 西安 710063）

环形平面交叉口利用车辆绕环岛交织行驶在“空间”上，解决了道路相交车辆的冲突问题。这种交叉口形式同一般平面交叉相比。一方面没有冲突点，提高了车辆行驶的安全性；另一方面，进入环道的车辆可以不用信号管制，以一定速度连续通过环形交叉口，在一定条件下可以提高交叉口的运行效率，同时中心岛还可以用来绿化，起到美化和装饰的作用。但环形平面交叉口也有一定的不足之处，如中心岛占地面积大，城区改建比较困难，增加车辆绕行距离，造价较其他平面交叉高等。

但在城市市区，环道作为互通立交的一个组成部分则仍有很大优势，其用地省，较一般多匝道互通立交投资小。然而因其环道通行能力有限，采用环形互通式立交时，要特别慎重分析交叉口转弯交通的特点及交通量。

1 环形交叉口的适用条件及设计控制参数

1.1 环形交叉口适用条件及行车速度确定

环形交叉口对相交道路、交通量、地形都有一定的条件限制。环形交叉口的相交道路宜为大城市的支路、中等城市的次干路和支路、小城市的各级道路。交叉口相交道路有4 条以上，且相邻道路中心线的交角宜大致相等。另外与相邻的信号灯交叉口应具有足够的间距，不致于因信号灯交叉口的排队造成环道的阻塞。环形交叉口常适用于左转交通量比例较大（接近于直行交通量的50%）；各进口道的直、左交通量之和比较均匀，且进入环道运行的直、左交通总量不超过环形交叉口的设计通行能力以及人流和非机动车交通量不太大的情况。在地形上环道的纵坡度不大于2%，平面上能满足环形交叉口的布置等。

从交通组织形式上讲，环形交叉口对多道路交叉（4～6 条）和畸形交叉尤其适用，因采用信号灯控制时4路交叉冲突点为16个，5路交叉为50个，6路交叉为120 个；可见5，6 路交叉增加的冲突点太多，其对交通的干扰和发生交通事故的可能性就大大增加。此时环形交叉口相对于红绿灯管制交叉口不仅避免了发生周期性的交通阻滞，而且消灭了交叉口的冲突点，所有直行、左、右转弯车辆均沿同一方向顺序行驶，仅存在车辆进出路口的交织点，从而保证了交通安全，节约了时间，提高了通行能力。故环交对4路以上的道路交叉比采用信号灯管制具有明显优势。当然，相交道路的条数不宜超过6 条，要保证一定的交织长度，否则环岛半径就太大，不仅占地而且车辆绕行太长，既不经济也不合理。

环形交叉口的计算行车速度，通常可取路段计算行车速度的0.5～0.7倍。在工程条件允许的情况下宜取高限，特别是对于环道和出口道，车速的提高有利于增加环道的通行能力及满足车辆快速驶离环道的要求［1］。

在市区环道设计车速考虑控制在25～40 km／h（高架环道）。

1.2 环道中心岛的形状和尺寸

中心岛形状应根据地形和交通流特性，采用圆形、长圆形、椭圆形等，其尺寸应满足最小交织长度和环道计算行车速度要求。《城市道路交叉口设计规程》［2］规定环形交叉口最小交织长度和中心岛半径见表1。

表1 环形交叉口最小交织段长度和中心岛最小半径R

完全意义上的环形平面交叉由于其中心岛占地面积大，城区改建比较困难，增加车辆绕行距离，造价较其他平面交叉高等原因，在用地日益紧张的时代应用得也越来越少，但环形立交则采用得越来越多。

环形立交形式一般为主线主要执行交通流设置直行车道，次要直行交通和左右转交通在环道中行驶。并根据左右转交通大小，也可设置2条独立的直行车道，环道仅供左、右转车辆行驶。

目前由于我国城市还存在大量的非机动车交通，立交层次布置一般地面层为非机动车通道，二层为环道，三、四层为直行交通行驶的跨线桥。

1.3 环道车道数、交织段长度及交织角的确定

当环形交叉口不采用信号灯控制时，环道的车道数也不宜过多，否则不仅难以充分利用，而且还会产生多列车流交织的情况，造成交通混乱，反而有碍交通安全。因此，环道上常设置3 条机动车道：内侧车道（靠中心岛的车道）为环行车道，供需通过2个或2个以上路口的车流运行；交织车道（中间车道）供相邻两路口进环和出环的直左车流交织运行；右转车道（外侧车道）供右转车流通行。实践证明，此运行形式的环道其通行能力能达到比较理想的状态。通常交织段长度以不小于4s的运行距离为控制。

道路平面交叉口中环形交叉交织角是指进入环道的直左车流轮迹线和驶出环道的直左车流轮迹线（平均）之间的交角，是检验车辆在环道上交织行使的安全和难易程度的依据，其大小取决于环道的宽度和交织长度。交织角越小，交通越安全。根据经验，交织角一般应在20°～30°。

环道的每条机动车道宽度包括基本宽度和加宽宽度两部分。归纳见表2。

表2 环道的机动车道宽度及机动车道路面宽度

1.4 进口、出口道的车道宽及车道数的确定

车辆在环形交叉口是以适当车速进行连续、有序地行驶。这与信号灯交叉口车辆在进口道渠化、停车等候、通行的运行状态有很大的不同。通常，环形交叉口进口道的车道宽以3.25～3.5 m为宜，为保证出环的车辆行驶通畅，出口道的宽度应不小于3.5 m。在进口道和出口道，还应设置不小于0.25m 的路缘带。环形交叉口进口道车流组织有分行、混行两种形式，相应进口道的车道数为2 条和1 条，其进口道一般不采用3 条或3条以上，特殊的情况除外。当进口道采用2 条车道的分行形式时，其左侧的1 条车道为直左车道接环道的交织车道，右侧1 条车道为右转车道接环道的右转车道。这样可排除右转车流的干扰，提高交织段的通行能力。当进口道总交通量较小，且工程条件受到限制的情况下，可以采用混行车道的形式。环形交叉口交通组织以“及时清环”，避免在环道上堵车为原则，故对其出口道的要求高于进口道。出口道的车道数应不少于2条，这样可保证经交织后出环的直左车流能不受右转车流的干扰。

1.5 环道外缘线形

根据《城市道路设计与实例》［3］，从满足交通需要和降低工程造价角度考虑，环道外缘平面线形不宜设计成反向曲线形状，见图1。据实际观测，这种形状在环道的外侧约有20%的路（图中阴影部分）无车辆行驶，既不合理也不经济。实践证明，环道外缘平面线形宜采用直线圆角形或三心复曲线形状。

图1 环道外缘线形

1.6 环道的横断面

环道的横断面形状与行车平稳和路面排水有很大关系，而横断面的形状又取决于路脊线的选择。通常，一般将横断面的路拱脊线设在交织段车道的中间，在进出环道处横坡的变化应缓和，并在中心岛的四周设置雨水口，以保证环道上积水的排除。为了满足交通渠化的需要，通常可在环交进出口之间无车辆交通的死点上设置长条式方向岛。

1.7 环形交叉口的通行能力

环形交叉口的通行能力包括2部分：①为直左车流通行能力，其取决于环道的交织能力，在小于2倍最小交织段长度的情况下，无论环道设置多少条车道交织时只能1 条车道起作用；②为右转车流通行能力，当环道上具有3条车道及进口、出口道设有右转车道的情况下，其通行能力仅仅受行人和非机动车的影响，而与环道的交织情况关系不大，故可进行单独计算。目前规范给出的环形交叉口总通行能力值是按15%的右转车比例计算。一般情况下，右转车流通行能力值比较高，能满足右转交通量的要求。真正对环形交叉口运行状态起控制作用的是直左车流的通行能力，因此对直左车流通行能力的计算实际上是对环道交织能力的计算。根据《公路与城市道路设计手册》［4］，当环形交叉口各向车流不均匀时，交叉口的通行能力受其中一个交通量最大的交织段控制。当此交织段的交通量达到饱和状态时，环道上的交通即开始受阻。

2 设计中应用

2.1 次直行交通流与环道平交

在广东省从莞高速公路设计中，清溪立交在高速公路连接线与被交路之间就布置过环形平交的方案。通过对交通量的分析，同时考虑到造价占地规模控制，为保证清溪大道直行交通不受影响，未来规划路接线实施便利，满足地方政府意见，将清溪大道侧布置为清溪大道高架＋环形平交。直行交通采用高架桥型式通过环形交叉，转向交通通过两侧辅道得以实现。经计算，采用半径R＝50m 的类圆形环形交叉。经过验算，相邻交叉口之间满足交织长度的要求。设计见图2。

图2 清溪立交环形交叉方案

2.2 直行交通流与环道分离

在广东省广佛江快速通道设计中，对新南路枢纽立交选型，笔者综合路网交通规划、现场控制因素，结合交叉口交通特点、现状和交通流量预测，概括总结出该交叉口的功能定位和选型应考虑的要素，确定立交选型设计原则，并据此进行多方案经济技术比选，最后择优确定采用3层环岛全互通立交形式。

新南路设计为I级城市主干道，位于滨江新区启动区内，西起现状江沙路，向东跨桐井河后与规划天沙河路相接。新南路正在建设中，目前修筑到基层，尚未完成路面的铺设，设计为水泥混凝土路面。

此立交布设主要受立交西北象限规划的棠下污水处理厂，西南象限规划的滨江医院、桐井河，东北象限的双社村、石头村建筑物，立交南侧的江沙路、立交东侧的石头路等的限制。

通过对该节点的分析，由于周边规划路网完善，该节点远期交通量适中，且周边规划用地大多为商业用地，商业价值较高，宜选用占地较为紧凑的立交形式。

另外，在环道的设置上，考虑到若将环岛设置在最下层，则需将新南路跨桐井河的在建桥梁拆除，同时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。经综合考虑，将环岛设置在中间一层。该方案已通过广东省交通厅专家评审确认为推荐方案，目前为施工图设计阶段。结合周边用地控制及环道设计速度等因素，最终采用最小半径R＝85m 的椭圆形环形交叉。经过验算，相邻交叉口之间满足交织长度的要求。设计见图3。

图3 新南路立交环形交叉方案

3 结语

环形平面交叉口不仅具有美化城市且不需设置交通信号灯控制，车辆能连续不断地通行的优点，还因其交织角较小，避免了交叉冲突点，从而减少了交通事故，一定程度上节约了时间，提高了通行能力。而环形立体交叉则除了具备环形平面交叉的一系列优点外，由于从空间上解决交织，更改善了平面交叉时用地较大的缺点，但环道的通行能力毕竟有限，故采用环形互通式立交时要特别慎重分析交叉口转弯交通的特点及交通量。

［1］周 钱，陆化普，徐 薇.城市道路交叉口设计系统的研究与开发［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006，30（2）：187－190.

［2］CJJ152－2010城市道路交叉口设计规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］李继业.城市道路设计与实例［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［4］黄兴安.公路与城市道路设计手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005.