枢纽互通与服务互通复合方案设计

吴永得

（河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南 郑州 450052）

商登高速公路在K90+005.338处与大广高速相交，交叉角度79°42′12.3″，位于通许县东南殷岗村附近，设殷岗枢纽立交以完成高速公路与高速公路之间的交通流转换。大广高速为双向简易六车道，设计速度采用120km/h，路基宽28m，沥青混凝土路面。两高速交叉点南距大广高速上现有通许东互通约1.5km，该区域地形平坦，大广高速纵坡平缓，互通布设条件适宜。立交选型主要受大广高速上现有互通、交叉附近的村庄和现有道路及占用土地、工程规模等影响［1］。

根据交通量预测结果，本立交主交通流为周口-登封方向，该互通总转向交通量目标年12 775辆/日，周口-登封往返交通量占总转向交通量的45%。

1 立交方案选择

主线与大广高速交叉位置距大广高速上通许东互通约1.5km，相距较近，按照规范要求，首先考虑将两者合并为复合式互通式立体交叉。考虑设置为复合式互通式立交需改造大广高速上原有通许东互通，工程量大，保通困难，社会影响不好，另外，主线与大广高速转向交通量较小，故不详细研究增加集散车道复合互通方案［2］。采用辅助车道将两者加减速车道贯通。

方案一：混合型互通式立交。即商丘至周口、登封至濮阳两个左转方向采用半径为72m的环圈式匝道，周口至登封方向采用半定向式匝道，半定向式匝道最小半径240m。濮阳至商丘方向采用半定向式匝道，半定向式匝道最小半径240m。G、H匝道采用单车道出口的双车道，路基宽10.5m，其他匝道路基宽8.5m，为减少与主线的交织，加减速车道均采用单车道，减速车道均采用直接式，加速车道采用平行式。主线最大纵坡1.20%，匝道平曲线最小半径72m，最大纵坡3.95%，匝道全长7 427.752m。

图1 殷岗互通式立交平面图（方案一）

互通式立交设计应消除车辆交织或把交织移到主要行车道之外，处理交织可以采用辅助或集散车道，本互通十字交叉位置距离大广高速公路上通许东单喇叭互通较近，改造通许东互通匝道困难，采用辅助车道来满足交织需求［3］。C和H匝道变速车道起终点距通许东互通式立交变速车道起终点不足1km，采用辅助车道将两者贯通后，H匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为812.447m，C匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为1 314.4m，两者均满足规范规定的辅助车道长度。

优点：线形顺畅，左转半定向式匝道绕行距离短，互通占地较省。

缺点：桥梁长度长，造价高。

方案二：混合互通式立交。即周口至登封左转方向、濮阳至商丘左转方向采用半定向式匝道，匝道最小半径150m，其他两个方向左转匝道采用环形匝道，环形匝道最小半径72m，G、H匝道采用单车道出口的双车道，路基宽10.5m，其他匝道路基宽8.5m，加减速车道均采用单车道，所有匝道减速车道采用直接式，加速车道采用平行式。C和H匝道变速车道起终点距通许东互通式立交变速车道起终点不足1km，采用辅助车道将两者贯通。H匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为814.886m，C匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为1 190.772m，两者均满足规范规定的辅助车道长度。主线最大纵坡1.20%，匝道平曲线最小半径72m，最大纵坡3.95%，匝道全长8 806.159m。

图2 殷岗互通式立交平面图（方案二）

优点：桥长较短，造价较省。

缺点：左转半定向式匝道绕行距离较长，占地较大。

综上所述，考虑平原区节约占地的原则，将方案一作为推荐方案。该方案两条半定向式左转匝道绕行距离近，线形顺畅，互通占地少。

2 通行能力分析

由于殷岗枢纽互通与通许东互通之间存在交织，需进行通行能力分析计算。

方案一中H匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为812.447m，C匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为1 314.4m；方案二中H匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为814.886m，C匝道与通许东互通匝道分合流鼻间距为1 190.772m，根据《道路通行能力分析》，以交织长度为750m计，对交织通行能力进行计算。

表1 殷岗互通式立交方案比较

图3 交织区结构形式及主要参数

分析：

2.1 确定交织区交通运行参数：已知L=750m，N=4，VFF=120km/h

2.2 计算交通流率

交织段内总的交织流率

QW=QBC+QAD=259+273=532pcu/h

交织段内总的非交织流率

QnW=QAC+QBD=2967+117=3084pcu/h

总的交通流率

Q=QW+QnW=532+3084=3616pcu/h

流率比QR=QW/Q=532/3616=0.147

交织比R=QW2/QW=259/532=0.487

2.3 确定交织区运行状态

2.3.1 计算交织强度系数Ww和Wnw：假设该交织区为非约束运行，A型交织区在非约束运行状态下计算交织强度系数计算常数为：a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80，则交织强度系数为：

计算非交织强度系数计算常数为：a=0.0035，b=4.0，c=1.3，d=0.75，所以，非交织强度系数为：

2.3.2 计算交织车辆运行速度VW和非交织车辆运行速度VnW：已知高速公路自由流速度VFF=120km/h，则

交织车辆平均车速：

非交织车辆平均车速：

2.3.3 确定运行状态：由于所分析的交织区为A型交织区，首先计算非约束运行所需的车道数Nw：

NW=1.21（N）QR0.571L0.234/VW0.438=，A型交织区所能提供的最大交织宽度Nwmax=1.4。而NW=1.0＜Nwmax，所以该交织区确实处于非约束型运行状态。

2.4 计算交织区状况评价指标

2.4.1 计算交织区速度

2.4.2 计算交织段车流密度

2.5 确定服务水平

一级服务水平，交通流处于自由流状态。交通量小，速度高，行车密度小，驾驶员能自由或较自由地按照自己的意愿选择所需速度，行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响。超车需求远小于超车能力，被动延误少。在交通流内驾驶的自由度很大，为驾驶员、乘客或行人提供的舒适度和方便性非常优越。

二级服务水平，交通流状态处于稳定流的中间范围，驾驶员基本上按照自己的意愿选择行驶速度，但是开始要注意到交通流内有其他使用者，并可能影响到行驶速度的选择。相对于一级服务水平而言，交通流中驾驶的自由度略有下降。但只需略微调整车速即可平稳地完成。根据《公路路线设计规范》规定，高速公路、一级公路应按二级服务水平设计。

一级服务水平的临界密度为7.0pcu/km/车道，二级服务水平的临界最大密度为18.0pcu/km/车道，因此该交织区为二级服务水平，无须设置集散车道解决车流交织。

2.6 确定通行能力

由于该交织区为A型，4车道，自由流速度为120km/h，流量比为0.147，QR为0.1时，通行能力为8 000pcu/h，QR为0.2时，通行能力为8 000pcu/h，该交织段在高峰小时内将运行二级服务水平，交织段内的车流密度为7.88pcu/km/车道，估算通行能力为8 000pcu/h。

4 道路保通方案

道路保通设计也是原来高速新增互通设计的重要组成部分，保通设计应遵循安全原则，工程施工期间，必须保障运营车辆的行驶安全，同时也必须保障施工车辆和施工人员的安全；畅通原则，工程施工期间，确保现有高速公路道路畅通，避免因施工带来的高速公路运营损失；保证质量原则，一般施工期间交通不断行，须防止行驶车辆震动和车辆荷载对工程质量造成的不利影响；确保施工进度原则，工程是在原有高速公路的基础上进行的，施工必然带来原有高速公路的运营损失，同时对高速公路通行能力有很大的阻碍，因此确保施工进度，尽量减短施工周期是非常必要的；效益最佳原则，工程作为一项经济活动，合理利润的追求必然要求工程在达到工程质量、进度等各项要求的基础上，付出最小的经济代价，因此在施工中对各项设施的要求是在保证工程质量的前提下选择最经济的方案；协调、统一的原则，工程保通方案的实施，涉及跨区域、多部门联合的协调和统一，在领导小组统一指挥下，各部门应职责明确、落实责任，做到奖惩分明。

项目所在区域的大广高速为国家高速公路网及河南省公路网主骨架的重要组成部分，在国家路网中的地位非常突出，因此，制定科学严谨的道路保通实施方案，是确保本枢纽互通式立交工程能否顺利实施的关键。根据本工程实施的特点，重点做好主线及匝道上跨大广高速桥梁施工阶段的保通方案，以及匝道与大广高速公路衔接路段的保通措施［4］。另外应利用项目区内完善的道路网络，制定完善的分流应急预案，避免因项目施工影响区域内的道路正常通行。

5 结语

殷岗枢纽立交由于距大广高速上通许东互通较近，殷岗枢纽互通和通许东互通出入口之间采用辅助车道贯通，并且经通行能力分析满足交通量需求。该互通通过设置辅助车道避免了复合互通的设计，节约了工程造价，避免了对原有高速公路上服务互通的改造，较好地解决了复合互通立交中设计的难点。但在互通设计的过程中应注意验算通行能力，确保通行能力满足要求，达到二级服务水平标准。

［1］JTG B01-2003.公路工程技术标准［S］.

［2］JTG D20-2006.公路路线设计规范［S］.

［3］陈宽民.道路通行能力分析［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［4］刘景生，胡明霞，刘开健.高速公路复合式互通设计研究［J］.中外公路，2011（8）：42-43.