一种立交匝道线形优化方法

2020-09-14谢伟强

山西建筑 2020年18期

谢伟强

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州 510517)

1 概述

经过多年的高速公路建设，随着设计与工程经验的不断积累，立交工程设计变得越来越规范和成熟。2014年交通运输部颁布了JTG/T D21—2014公路立体交叉设计细则,对立交的选址、布局、选型、线形乃至分合流鼻端细节设计提出规范的要求，很大程度上丰富了《路线设计规范》关于交叉工程的内容和深度。但是立交设计者往往都是根据交通量、拟定的设计车速、套规范，按路线设计的一般做法，简单地把线段与线段作满足标准连接来进行立交基本单元——匝道的线形设计，对于其是否满足汽车的实际运行要求则不予关注，目前也没有通用的方法去评价匝道线形的优劣进而改进。这样的设计，由于线段速度的不均匀甚至相差较大，事实上会由于设计平纵面指标过高导致“诱导”车辆提速没必要而造成能耗，又或者满足标准规范的基本要求但车速事实上是低的导致局部通行能力下降不能达到期望速度造成了拥堵甚至交通事故。本文结合某高速公路工程匝道线形设计案例，利用简单计算及查表法对匝道线段速度进行检查，分析匝道线形存在不足并加以改进，以得到较优的匝道线形，为立交总体设计打下基础。

2 匝道线形分析与优化

2.1 速度分析的必要性

为改进汽车在匝道内的交通行驶性能与通行能力，避免线形指标不足带来的不利影响，进行速度的检验是公认的设计方法。设计成果如与运行速度不相符，很有可能出现拥堵或者追尾等交通事故。因此对匝道线段速度计算并进行分析加以改进很有必要。

2.2 匝道线段计算速度与运行速度的计算

2.2.1圆曲线段计算车速

回旋线线段计算车速:

V计算=(6.83×A)2/3。

其中，q为匝道的(超高)横向坡；f为舒适度系数，一般取f=0.15；A为匝道平曲线回旋线参数。

理论证明，通过增大平曲线半径、加大回旋线参数以及加长匝道长度可增加线段的计算速度。

2.2.2匝道运行速度的计算

参考外国专家意见，匝道运行速度V运行=0.9×V计算。

由于篇幅所限，本文仅列出某立交两条匝道(也是立交设计的两种典型匝道),其中一条进口匝道(由匝道收费站逐渐加速驶入主线的匝道)及一条出口匝道(由主线驶出逐渐减速进入匝道收费站的匝道)速度计算并进行分析加以改进案例。

工程案例：某平原微丘区地形高速公路主线设计车速为100 km/h(根据JTG B05—2015公路项目安全评价规范B.2.8条立交范围主线交织区的运行速度小汽车最大折减值-8 km/h,V运行=92 km/h)，与某二级公路相交需设置一般性互通立交，设计采用A型单喇叭立交方案，匝道设计车速40 km/h(根据JTG/T D21—2014公路立体交叉设计细则，圆曲线一般最小半径R=60 m,缓和曲线最小参数A=35,分流鼻附近匝道缓和曲线极限最小参数A=80)，设置匝道收费站。现设计主线纵坡为i=+1.4%的进口匝道及主线纵坡为i=-1.1%的出口匝道。

1)进口匝道：设计要求速度应逐渐增加。

分析表1：回旋线线段A1=75.58时V运行明显偏大(大于紧跟连接的圆曲线R2=120 m的V运行)，发挥不了作用，可适当降低回旋线参数，调整为A1新=57.76(大于40 km/h设计时速对应的回旋线最小参数要求)，此时的V计算新=53.79 km/h(V运行=48.41 km/h)与后续R=120 m平曲线连接起来速度逐渐增加有利于汽车加速。查表2当运行速度V运行=0 km/h～48.41 km/h～63.39 km/h需要的理论逐渐增速长度L理论=3+8+15+22+53×80%(均查+2.5%值)+37×20%+45+77×30%(均查-0.5%值)=166 m(小于设计匝道累计长度的285.69 m)设计满足逐渐增速的要求，匝道逐渐增速长度有富余。与进口匝道连接的主线纵坡i=+1.4%时查表2(查i=+1.5%的值)，回旋线A2与主线连接V运行=63.39 km/h～92 km/h的加速长度L加速=111×70%+128+259+290×20%=523 m，需要在主线加宽而设置的加速车道长度长、工程费用高。考虑加大该段回旋线参数提高接入段车速，调整为A2新=120.53此时的V计算=87.84 km/h(V运行=79.05 km/h)查表2需要的加速长度L加速新=128×10%+259+290×20%=330 m，加速车道的长度缩短。同时根据分段速度分析，原匝道收费站位置可以利用富余的匝道逐渐增速长度适当向主线方向前移，增加收费站中心到被交道路的距离，有利提高与被交道路平交口的通行能力。

表2 出口匝道分段长度和车速计算

2)出口匝道：设计要求速度应逐渐降低。

分析表3：回旋线线段A2=73.11时V运行明显偏大(大于紧跟连接的圆曲线R2=95 m的V运行)，发挥不了作用，可适当降低缓和曲线参数，调整为A2新=48.57(大于40 km/h设计时速对应的缓和曲线最小参数要求，A2新回旋线段长度24.83 m),此时的V运行新=47.92 km/h(V运行=43.1 km/h)与前一段R=95 m平曲线连接起来速度逐渐减少有利于汽车行驶。与出口匝道连接的主线纵坡i=-1.1%时查表4(查-1.0%的值)，V运行=92 km/h～65.88 km/h需要的减速长度L减速1=39×20%+35+30+26×40%=83 m,i=+0.47%时查表4(查+0.5%的值)，V运行=65.88 km/h～43.10 km/h需要的减速长度L减速2=25×60%+21+17×70%=48 m；i=-1.3%时查表4(查-1.0%的值)，V运行=43.1 km/h～0 km/h需要的减速长度L减速3=18×30%+14+10+6+2=38 m,V运行=92 km/h～0 km/h逐渐减速理论长度合计L减速=83+48+38=169 m，出口匝道逐渐减速(V运行=92 km/h～0 km/h)实际总长度L减速新=33.75+88.51+58.54+24.83+37.36=243 m(大于169 m理论值)比原设计长274.42 m短，优化后匝道线形更合理。根据分段速度分析，原匝道收费站位置还可以向主线方向适当前移，可增加收费站中心到被交道路的距离，有利于提高与被交道路平交口的通行能力。