公路和城市道路互通式立体交叉设计的差别分析

布文超、薛李松

[远洲大道（北京）工程咨询有限公司西安分公司，陕西 西安 710000]

0 引言

公路和城市道路共同承担着区域交通运输职能，由于两者所处地理空间不同，在发挥运输基本功能的同时无法做到彼此取代。一般而言，公路以城市外围区域运输为主，而城市道路等级多，交通人流及车流在速度设定上有所差异。在城市化扩张的过程中，公路与城市道路交叉汇流及融合，两者联系趋于紧密。为使各自发挥运输优势，在设计上应着重分析及研究公路及城市道路的差别。

1 公路和城市道路互通式立体交叉设计差别概述

公路与城市道路从最初功能形态看，作为现代交通系统的两个主要的运输服务形式，其在社会交通日常分流及运转上起到重要作用。当前，城市化进程加快推进，公路及城市道路逐渐实现了联通和融合，对公路及城市道路设计及施工带来了观念、技术及模式上的转变更新[1]。但公路及城市道路天然具有不同属性，两者的互通式立体交叉设计需考虑公路和城市道路通行范围及服务内容上交换的差异性，在设计研发及施工技术缺陷弥补等方面进行调研及补强，如图1所示。

图1 公路和城市道路互通式立体交叉设计示意图

2 公路和城市道路互通式立体交叉设计差别的具体体现

2.1 交通服务对象差异性

公路和城市道路在日常运行中，人流及车流等服务对象有所差异，这一差异性体现较为明显。通常而言，公路设计等级适中，主要考虑大型车辆及中型机动车辆行驶需求，城市道路以市政服务为主要设计取向，多用于小型机动车、非机动车及行人等通行，基于这一差异性，在公路及城市道路设计施工环节要以两者各自功能发挥为出发点，采取相应的施工措施方法，确保公路及城市道路在使用周期寿命及整体质量稳定性上满足要求。交通服务对象的不同也带来了两者互通式立体交叉设计的差别[2]。在开展设计实践时，车辆类别、道路等级、外观参数等要素都需要考虑，以确保车辆安全通行，而在机动车辆及非机动车辆这两类服务对象的分流上，分行立体交叉设计及混行立体交叉设计两种设计方式应用较多，在确定合适的车辆服务类型时，划分依据涵盖车辆物理特征、道路硬性指标、横断面积宽度、弯道宽度等多个要素[3]。

2.2 通行设计速度差异性

公路及城市道路互通式立体交叉设计差别另一个体现是在道路通行设计速度方面。在对公路及城市道路开展设计施工时，需要考虑的设计要素众多，其中涉及设计速度的因素有道路本身的等级性质及功能特点，施工建设所处区域的地质状况，周边区域自然及人文规划，施工方案等。例如，公路需要跨越不同自然环境及地质地貌时，道路行车距离要保证安全性，必然要对前后行车间距进行控制，而车距的控制又需要借助通行设计速度来实现。在公路及城市道路互通式立体交叉设计时，在确定连接交叉方案时，设计人员主要以匝道方式贯通公路主线和城市立交，然后采用空间上下分隔的方式疏导车辆。一方面保证行车安全，另一方面通过分区及匝道控速降低堵车概率。在匝道这一关键的连接部位的设计速度控制上，要全面分析匝道地质条件及其与城市道路和立交的交叉及转弯角度，设定连续并且均衡的运行速度，满足主线行车速度要求，同时兼顾车辆驾驶及乘车者的舒适体验性。具体到设计速度的差异上，公路设计时速高于互通式立体交叉设计时速，城市道路设计时速考虑行车复杂性相对最低[4]。

2.3 道路建筑限界差异性

道路通行过程中要保证车辆及行人的安全性，需要确保道路全程顺畅，这就对道路建筑限制提出了要求。从定义上看，道路建筑限界是针对荷载流量大的道路，在某一高度或宽度区间内规定不应存在行车障碍物。具体到限界标准参数的选定，主要是参照《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)及相关制度规范。在道路建筑限界上，公路、城市道路及两者互通式立体交叉设计也存在差异性，公路根据自身的等级划分净高限制区间，如高速公路及一部分一二级公路，限界或限高数值为5m，三四级公路，限界或限高数值为4.5m[5]。然而，从《城市综合交通体系规划标准》（GB/T51328—2018)中可知，有轨及无轨电车的高度分别为＜5m 及＜4.5m，普通机动汽车则应在4m 高度之内。以上相应高度限界数值取最低值，在具体设计时应满足这一基本要求。公路与城市道路互通式立体交叉设计在道路建筑限界上，需要考虑道路的类型，尤其是行车车辆的类型，根据实际情况选择执行相关标准。

2.4 道路行车停车视距差异性

公路与城市道路互通式立体交叉设计差别的相关内容中，行车停车视距方面的差异性也体现得较为明显。道路行车停车视距的含义是在某类道路车道中行驶时，发现行车前方存在障碍物急需紧急停车状况时车辆制动需要的距离。考虑行车速度，停车视距需要尽量缩短，在具体界定这一距离参数时，主要参考安全距离、车辆制动距离及车辆驾驶人员反应距离。从差异性上看，公路及城市道路都具备基本的行车通行保障功能，在停车视距的界定上基本保持统一区间，但如车辆行驶速度加快并保持较高的时速时，公路及城市道路停车视距参数存在一定差别。高速公路及一级公路应采用停车视距；二、三、四级公路采用会车视距，如采取分道行驶措施则采用停车视距；二、三、四级双车道公路应间隔设置路段，该路段能够满足超车视距；公路在互通立交出入口路段要满足识别视距，同时存在受限路段时，停车视距增加1.25 倍；城市道路停车视距通常情况下只需考虑停车视距及会车视距，立交时停车视距增加1.25 倍。在停车视距反应时间上，城市道路以1.2s 为参照，公路则以2.5s为依据，同时城市道路视距计算应预留5m 安全距离[6]。此外，在道路弧度路面设计上，多以最小直径作为计算参数值，通过路面弧度设计，进一步保障道路车辆驾驶员行车、停车、超车、识别、会车视距，确保道路安全性。在道路弧度路面最小半径方面，公路、城市道路及立交因具备不同的停车视距，相应的标准及参数指标也存在差别，如图2所示。

图2 道路十字形交叉口视距示意图

2.5 道路变速车道长度差异性

公路及城市道路交通互通式立体交叉设计中，不管是公路还是城市道路或两者连接的匝道，都需要设置变速车道。从类型上看，变速车道主要由加速车道及减速车道两类组成，这两类车道通过对车辆行驶速度的调控，起到调节道路荷载流量的作用[7]。加速车道主要是车辆逐步由开始阶段的匝道速度快速提高到公路正常行驶速度，减速车道主要是车辆逐步由公路正常行驶速度减速到匝道行驶速度。加速车道是安全加速直至与主线汇合，减速车道是由主线位置安全纳入匝道。变速车道在长度及适用范围上因公路及城市道路不通而需采取不同设计标准。从实际情况看，在公路设计中进行变速车道设计时，多采用西方较为成熟的标准，在变速车道的设计长度上主要参考道路实际状况这一要素，进而根据道路而确定行车速度。从数值指标看，变速车道设计速度之间的差距范围一般小于3 倍，由此也给我国公路及城市道路设置变速车道长度时提供了较大的区间选择范围。城市交通变速车道设计主要参考的要素是主线设计车速及匝道设计车速，将变速车道起点及车速形成区间作为设计对象，而互通式立体交叉设计中，取设计长度标准值时，则相对选取参数较高，以满足不同类型车辆匀速及变速需求。此外，如道路行车车速稳定，达到汇流车辆的平均范围，则互通式立体交叉等级相应就更低，匝道设计车速也更低，公路及城市互通式交叉设计加速长度差距就愈加明显。

2.6 匝道及道路纵平面结合差异性

公路与城市道路互通式立体交叉设计除在以上几个方面显示出差异性外，同时还能够借助划分公路及城市道路空间分布的方式，达到匝道及道路纵面平面结合的效果，进而大大节约道路车辆行驶过程中的能源消耗成本及通行时间成本，使道路通行效率得到极大提高。匝道纵断面线形在设计中应保持均衡连续，线形形式不能出现生硬或急剧变化的情况。匝道端部的应采用大竖曲线直径，匝道汇入主线处纵断面线形应设置一段与道路主线纵断面线形一致的路段，对主线通视条件进行分析，便于及时识别汇入车辆[8]。匝道以缓坡为主，以缓纵坡作为匝道上坡加速及下坡减速的缓冲区。在匝道及道路纵平面结合上，公路与城市道路及城市立交存在数据取值上的差异性，设计人员需要考虑设计的安全性及合理性，采用现代化的设备及手段对设计及施工过程进行跟踪监督，发现并及时修正设计施工中的问题，提高匝道的使用寿命，同时使互通式立体交叉设计能够充分结合匝道与道路纵面平面。

2.7 公路与城市道路互通式立体交叉设计的要点及注意事项

公路与城市道路互通式立体交叉设计方式逐渐成为现代城市交通体系架构及运转的主要设计手段。从其应用范围上，在众多城市道路交通网络规划中都能够发现公路及城市道路的互通融合。这一交叉设计模式在我国交通经济中起到重要促进作用。但基于不同公路形式及功能范围的差异性，在采取此设计方式时应注意把握几个要点和注意事项。

首先，互通式立体交叉设计在具体方向选择上，主要有普通型互通式立体交叉方案及枢纽型互通式立体交叉方案。其中，前者主要是根据普通公路的不同而与高速公路进行连接的方式，这一设计方法常见常用；后者则是围绕极为重要的道路干线而与高速公路及城市道路进行连接。在选择两种设计方案时，应因地制宜并做好道路周边调研。常见的集中互通式立体交叉设计形式有喇叭形、苜蓿叶及局部苜蓿叶形、直连式及半直连式形。其次，公路与城市道路互通式立体交叉设计涉及诸多领域，其中的技术要点及措施多而杂，在具体进行设计时要在对不同道路类型功能属性了解分析的基础上进行，确保设计的深度及质量。例如，在匝道及互通式立交形式选择上，要全面考虑功能、转换交通量主流向、车流冲突、空间分层等要素，不能追求过高的指标及里程，确保功能及服务适中。

3 结语

城市化进程的加快，对交通设计规划提出了更高的要求。公路与城市道路互通式立体交叉设计作为较为有效的方案，在城市交通的融合及区域经济的活跃上发挥重要作用。基于不同等级规格道路的差异性，在进行互通式立体交叉设计时应对相应的差异性表现进行分析，然后在设计手法及参数标准上严格要求，确保设计方案的安全、成熟、可持续性。