城市快速路立体交叉出入口及变速车道的研究

付慧宇 孙继豪 曹 冰

（黑龙江科技大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨150000）

随着经济的快速发展，我国城市快速路系统的建设也取得了长足的发展，互通式立体交叉大量的在城市快速路中出现。目前针对城市快速路立交设计规划方面存在的主要问题: 立交出入口设计、加减速车道设计。本文主要从这两个方面进行研究和分析，并根据目前立交设计时存在的情况指出了存在的相应问题，对最大化发挥城市快速路系统的整体效益，指导城市快速路系统规划建设起到积极的作用。

1 立体交叉出入口设计

立体交叉出入口是快速路系统与其他道路交汇的主要部位，出入口不仅能连接城市的快速路网系统和其他城市道路系统,实现交通路网等级过渡,而且立交出入口是否设置合理则直接影响城市快速系统效益的发挥。立体交叉出入口除正常的直行道，还有变换车道、加减速行驶和分合流等复杂的驾驶员行为。科学合理的规划布置立体交叉出人口是提高城市快速路系统和保证周边区域路网运行效率的重要保证。

1.1 立体交叉出入口交通流分析

进出车辆一般在快速道路出入口的主线与辅助道路之间的进行转换交通。这两种道路系统之间存在着明显的速度变化。主线道路拥有行车速度较快，通行能力强等特点，其对安全的要求较高；辅道道路车辆行驶速度相对较慢，主要功能是集散沿线交通。因此，立交出入口不存在直接冲突的交通流线，将两种不同运行速度的车流在出入口进行合流与分流，形成了一个紊流区。

1.2 出入口匝道超高设计

匝道超高过渡段的长度计算：Lc=B×△i/P。

式中:Lc 表示匝道超高过渡段长度、B 表示其旋转轴到行车道外侧边缘线的宽度、△i 表示路拱坡度和超高坡度的代数差、P 表示超高渐变率。1.2.1 设置匝道缓和曲线时，如果超高渐变率小于其最大值时，超高过渡段在缓和曲线的全长范围内进行。但如果超高渐变率小于其最小值时，则此过渡段超高会引起部分路段的排水不畅，在此情况下，在缓和曲线的范围内过渡超高。1.2.2 当不设缓和曲线时，可将超高过渡段所需长度的1/3-1/2 插入圆曲线中，其余部分设置在直线上。1.2.3当两条圆曲线相连接时，可将超高过渡段分别设置在两个圆曲线上。当两条圆曲线半径相差较大时，可将大半径圆曲线上可适当多插入一些。

1.3 出入口设计要点

在快速路立体交叉的设计时一定要有全局观, 要尽量遵循先出后入和量出为入的基本原则, 进而保证快速路系统交通车流处于平稳运行的状态。在立交设计时，需要考虑出入口通行能力与分合流要求，当辅助道路交通流量较大时，与匝道入口相连接的辅助道路应该增加布设一条车道。这样，在出口处尽可能增加变速车道的长度，从而有利于车辆的交通排队，避免主道车流缓慢。为避免出入口的间距过小，对快速路系统中主线交通车流的影响, 需要增加集散车道和变速车道来调整出入口,使其增加间距。

2 加减速车道设计

2.1 变速车道分类及特点

变速车道是保证不同行车速度的两条道路之间衔接顺畅，通常会设置变速车道，用来车速过渡。变速车道包括加速车道、减速车道和渐变段车道，其车道长度是两条车道长度之和。变速车道通常分为直接式和平行式，其减速车道示意图如图1、图2 所示。平行式变速车道的设置平行于主线，保证车辆在主线行驶与匝道间的行驶速度的变换提供空间。平行式变速车道具有以下特点：（1）车道划分较明确，驾驶员容易辨认；(2)便于提高加速车道的车辆汇入主线；（3）对于驶出主线的车辆而言，车辆在平行式减速车道上为S 型行驶轨迹，车辆需要在短时间内转动两次方向盘，对行车安全不利。以下几种情况适合采用平行式变速车道：（1）当主线车流量较大时，为了方便加速车道的车辆汇入主线，加速车道应采用平行式；（2）当立体交叉位于山凹处且主线跨匝道时，由于主线道路上分流车辆驾驶员视线受阻，不能看到立交的整体，只能从减速车道的交通标志来确认分流位置，这种情况下减速车道应采用平行式；（3）当主线道路向左偏且近似圆曲线最小半径的一般值时，在其右方宜为平行式的减速车道，且适当缩短渐变段长度；（4）当减速车道距离过长时或主线不宜设置直接式，应采用平行式减速车道。

图1 平行式车道示意图

图2 直接式车道示意图

直接式变速车道是匝道直接与主线相接，为车辆提供速度变换的行驶空间。直接式变速车道特点是：线形与主线衔接顺畅，利于行车，尤其是驶离主线的车辆驾驶员更喜欢走直接式减速车道；但是直接式变速车道不易识别起点位置，驾驶员容易误打方向盘。以下几种情况适合采用直接式变速车道：（1）加速车道长度较短且主线交通流量不大时，适合采用直接式加速车道；（2）双车道的变速车道设计，宜采用直接式；（3）当主线线形与直接式变速车道线形相似时，宜采用直接式变速车道。综上所述，为了确保车辆行驶安全并减少驾驶人员的操作难度，当变速车道为单向车道时，宜采用平行式的加速车道和直接式的减速车道。当变速车道为双向车道时，宜采用直接式加、减速车道，利于车辆进出。

2.2 变速车道的长度

在计算变速车道的长度时应注意相关参数设计，综合考虑以下因素有匝道、纵坡、主要车辆类型等要素。同时注意匝道线形指标，线形指标不应太低。我国道路的加减速车道普遍较短。较短的减速车道长度，容易造成分流车辆提前在主线车道上就开始减速，从而增加了排队现象的发生概率，造成局部交通拥堵，严重情况会导致车辆追尾事故的发生或者撞毁护栏驶出路外的事故发生；加速车道的长度较短则会导致车辆从匝道进入主线时，不能及时提速到主线规定速度，当合流车辆未按要求强行汇入时，容易造成主线上交通流紊乱，从而降低运输效率，严重还会导致交通事故。

2.3 加速车道计算方法

目前阶段国内外对于立体交叉加速车道的长度研究模型基本一致，都是假设车辆在驶入加速车道后保持一定的加速度，一直到速度达到主干道最外侧的平均速度，计算公式如下：

2.4 减速车道计算方法

国内外关于立交减速车道长度的研究基本都是基于美国的AASHTO 两阶段减速模型。第一阶段是驾驶人员松开油门踏板后车辆进行自动减速的过程，大约续3s；第二阶段是驾驶人员踩下制动踏板进行减速，使车速满足匝道速度要求。减速车道的长度计算方法如下：

L 是指减速车道长度，单位：m；Vh是指车辆在主线分流时的速度，单位：km/h；Va是指第一阶段后踩下制动踏板前车辆速度，单位：km/h；Vt是指进入匝道时车辆速度，单位：km/h；tn是指第一阶段车辆进行自动减速持续时间，大约是3 秒；dn是指第一阶段的加速度，单位：m/S2；dwb是指第二阶段的加速度，单位：m/S2。

3 结论

提高城市快速路系统的交通能力，城市立体交叉的设置必不可少，以保证交通干线交汇。城市快速路立交的设计是一个较为复杂的工程，牵涉到方方面面，在设计中还要进行完善的地下管线、绿化景观和环境保护等设计。设计师不仅是需要认真学习，而且还要熟练掌握所涉及的相关规范、规定，还要对道路的规划、交通流量及项目环境等因素进行综合性分析，在提高城市路网的通行能力与保障安全性的基础上，降低成本投入，并且注重整体的美观性，将交通工程与自然景观相融合，进而提高交通建设的经济效益与社会效益。