山地城市立交设计理念探讨

林 洋，赵建新，王 天

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

0 引言

山地城市指主要分布在山地区域的城市，形成与平原地区迥然不同的城市形态与生态环境。修建在大于50°的斜坡地之上的城市，也属于山地城市。山地城市受地形、地貌、地质等影响，立交设计较为复杂。近年，山地城市立交研究主要聚焦于规划和选型，但立交总体设计相关研究较少。结合山地城市立交案例，从立交的功能定位、规模选型、线形设计、匝道灵活性设计、拥堵防治等角度进行探讨。

1 山地城市特性

1.1 城市空间布局

山地城市空间总体布局有中心组团模式、带状发展模式、分片扩张模式。中心组团模式有明显的城市中心及若干组团，各部分之间为山脉、江湖、沟壑、矿产等天然屏障，不适宜成为建设用地。带状发展模式，城市沿山间谷地方向延伸，形成带状布局。分片扩张模式，在中心组团布局的基础上，各组团逐渐扩张连片，形成灵活而不规则的空间布局形态。在城镇化发展的高级阶段，分片扩张模式是山地城市发展的必然趋势，土地开发强度增大，出行需求激增，路网形态固化、级配失衡、容量面临瓶颈，城市交通供需矛盾在立交节点更为突出。

1.2 交通出行特征

山地城市交通出行具有下列特征[1]：

（1）交通潮汐特征显著，路段拥堵缓行多发；

（2）组团间长距离出行占比大，对道路断面、立交节点通行能力提出较高要求；

（3）公交、轨道出行模式转移在一定时期内效果有限，出行总量增加在很大程度上向私人小汽车模式倾斜。

1.3 路网及节点特征

山地城市路网系统级配失衡、均衡性差、可靠度较低。立交节点受到路网特性影响，存在节点规划不合理、功能与选型不匹配、设计标准偏低等通病。

2 山地城市立交存在的问题

2.1 设计上的缺陷

以枢纽立交为例，山地城市立交一方面要满足全互通功能，另一方面又受制于现场诸多限制条件，容易留下设计缺陷，成为运营阶段拥堵和事故的内因。

山地城市立交设计缺陷通常有：

（1）立交功能定位与城市路网规划不相适宜；

（2）立交选型与功能定位不相匹配；

（3）主线车道规模不一致；

（4）重要转向匝道缺失，采用U 型匝道代偿，干扰主线及其他转向匝道；

（5）主线及匝道单一线形指标虽满足规范要求，但未采用运营速度核验，成为事故易发路段；

（6）匝道纵断面设计和排水设计不相协调，匝道低洼段易积水；

（7）环形匝道停车视距不足；

（8）交织段设计欠妥；

（9）隧道口与立交距离过近，匝道设置突兀。

2.2 运营阶段存在的问题

运营阶段存在的问题主要包括安全和拥堵。山地城市立交运营安全问题主要源于主线及匝道线形指标偏低、几何设计不合理、交通标志识读性低等原因。交通事故易发段通常位于主线与匝道连接部、匝道平纵指标不利段、分合流端部。交通事故包含单车事故和多车事故，例如：车辆撞击小半径环形匝道护栏、车辆撞击鼻端、车辆驶出主线时与直行车碰撞、匝道上多车追尾等。山地城市路网空间分布均衡性差，交通量过度集中于某些关键性走廊，尤其在立交转换节点，转换交通缺乏可替代路径、集中度高，为城市交通拥堵高发点。

3 山地城市立交设计探讨

3.1 功能定位——机动性与可达性平衡

机动性和可达性是城市道路两种功能属性。机动性强调道路的通过功能，快速、无侧向干扰是机动性的基本要求。可达性是道路提供的出入两侧地块的功能，直接、就近是可达性的基本要求[2]。机动性出行需求通过立交主线和匝道实现；可达性出行需求通过辅道和出入口实现。机动性和可达性表现为互斥关系，强化立交的机动性则会弱化其可达性。例如，互通式立交增设辅道连接，增加了子系统数量，使得整个系统复杂程度增加。平原城市路网规划空间布局均衡、级配合理，能够支持有序合理的出行路径：主出行、转换、集散和终达。山地城市因其特殊的地形地貌、路网形态，其立交在某些情况下需要承担部分可达性，导致山地城市立交复杂程度增加。某立交为解决西北侧居住用地出行，在北向西右转匝道上增设小区出入口，以降低机动性为代价提升其可达性（见图1）。同时，也可通过设置辅道系统，改善立交可达性。上述两种方式均较为常见，山地城市立交宜与周边用地规划条件相协调，从区域路网规划、城市设计、交通影响评价等多角度、多层次分析其功能定位，均衡立交机动性与可达性。

图1 山地城市立交机动性和可达性示例图

3.2 规模标准——枢纽立交与一般立交选择

《城市道路交叉口设计规程》（CJJ 152—2010）根据相交道路等级、直行及转向车流特征、机非干扰等因素，将立交分为枢纽立交、一般立交和分离式立交三类，立交类型选择根据节点所在路网地位、作用、相交道路等级、城市性质、规模、交通需求以及区域用地条件选定[3]。其中，立交分类最核心的因素为转向（主要是左转）车流行驶特征，立交选型最重要的因素为相交道路等级、路网地位和交通量。平原城市立交选型因素（需求条件）基本能够与立交分类(技术指标)相匹配，而山地城市立交选型因素（需求条件）可能会与立交分类（技术指标）错位。例如，某快速路-快速路交叉节点，交通转换需求明确，应按枢纽立交选定，但因其相对高差过大，最终采用分离式立交。在山地城市立交选型过程中，除相对高差过大因素外，制约因素还包括隧道口距离交叉过短、特大桥梁距离交叉过短、周边山体及滑坡等。在这种情形下，立交选型可能由枢纽立交降低为一般立交，甚至分离式立交，局部节点的交通转换需求则需要通过整体路网系统实现。因此，山地城市立交选型需要兼顾需求条件和限制条件，需求条件支持枢纽立交选型而限制条件难以实现枢纽立交时，可选用一般立交。选型流程见图2。

图2 山地城市立交选型流程图

3.3 饱和状态下避免反堵

《城市道路交叉口设计规程》（CJJ 152—2010）规定，枢纽立交和一般立交设计服务水平采用Ⅱ1 和Ⅱ2 服务水平，交通流特征为接近自由流和行车自由度受限，均属非饱和状态。实际上，多数城市立交在运营数年内即达到饱和状态。立交平纵线形指标方面，非饱和状态设计参数能够覆盖饱和流状态要求。交通运行角度，基于非饱和状态的几何设计不一定能适应饱和状态运行要求。饱和状态显著特征为车流在局部节点或区段超过设施通行能力，产生拥堵排队。拥堵排队一方面降低自身流向的服务水平，另一方面导致其关联流向的拥堵排队，即反堵。受反堵影响的转向本身是畅通的，因其他转向拥堵牵连所致，给驾驶者带来不好的体验感。

山地城市立交不利因素较多，反堵凸显，以下情形均属于反堵：一是匝道存在瓶颈点或其下游方向疏解能力受限，驶出车辆拥堵于减速车道并蔓延至主线行车道，影响主线正常通行；二是两条匝道之间设计X 型并线段，其中某条匝道转向流量饱和，排队溢出并线段，不具备穿越所需的最小车辆间距，使得另一匝道也发生拥堵。

避免饱和状态反堵，山地城市立交设计考虑以下两点：一是各流向疏解能力验算，主线—减速段—端部—匝道—分/合流点—端部—加速段—主线，检查各点各段线形要素、几何设计，避免指标突降，消除指标瓶颈；二是立交匝道敷设尽量不采用X 型并线段，保持匝道之间分合流简洁清晰。

3.4 驾驶习惯友好设计

快速路靠中央分隔带的车流为直行快速车流，匝道出入口布置于主线最右侧。驾驶者通常默认这种交通组织方式，并形成驾驶习惯。左出左进匝道设计会造成驾驶者对车速、车流特征误判，诱发交通事故。山地城市立交处于桥梁、隧道、路堑、长坡等复杂路段环境，驾驶者被动接受信息量大、操作复杂，叠加左出左进匝道会放大交通事故诱因，因此山地城市立交设计应严格遵循右进右出匝道设置。目前手机导航功能应用广泛，山地城市立交设计空间层次不宜过于复杂，匝道交叉、分合流、并线宜清晰明确，易于人机识别，避免多条匝道在空间上重叠敷设，以免导航定位功能失效。

3.5 匝道灵活性设计

立交匝道分为全定向匝道、半定向匝道、迂回匝道、环形匝道。山地城市立交匝道灵活性设计主要形式有：

（1）270°迂回右转匝道，适用于主线之间高差过大、受桥隧限制需调整匝道接入点位置的情况；

（2）螺旋式右转匝道，适用于主线之间高差过大的情况；

（3）多次迂回左转匝道，适用于主线之间高差大，难以直接敷设左转匝道的情况。

某立交，下层主线距离隧道洞口仅50 m，西向南转向无法布置常规右转匝道，利用桥下迂回掉头后接主线，实现右转功能，保证匝道接入主线鼻端与隧道口的距离（见图3）。

图3 匝道灵活性设计案例1 示意图

某立交下层主线纵坡度达5%，与上层主线高差15 m，南向东匝道螺旋迂回450°后接入上层主线，纵坡4%，且匝道长度仅380 m，保证匝道行车安全性（见图4）。

图4 匝道灵活性设计案例2 示意图

某立交，主线高差16 m，周边控制性建筑较多，南向西匝道采用多次迂回左转匝道（见图5）。

图5 匝道灵活性设计案例3 示意图

3.6 线形设计

山地城市立交平纵线形设计，受地形地貌、桥隧结构、坡地台地、周边建筑等因素限制，设计指标的选取关系到工程的可行性和经济性。设计要点如下：

（1）匝道设计速度取用

匝道设计速度取用依据主要为立交等级、类型、转弯交通量大小等条件，取用原则要保证行车安全、工程经济和车速差合理，针对不同匝道形式，按照规范取值要求取值。

（2）山地立交平面设计

在出口匝道端部，车辆易与护栏碰撞，出口匝道应尽量采用直接式出口，且线形应与主线保持3 s 行程一致，若受桥梁、隧道等结构物限制，减速车道较短，应采取提前预告及降速措施，保证立交转向辨识性及行车安全性。入口匝道需保证加速段长度，若受桥隧等结构物限制，可变换匝道形式，调整匝道接入点，保证变速车道长度。

（3）立交纵断面设计

立交纵断面设计需要结合周边地块及净空要求，合理选取纵坡值。主线与匝道行车流线上纵断坡度柔性过渡，在匝道范围内增设纵坡缓和段，下坡匝道应考虑大车行车安全，避免过大纵坡。若条件受限纵坡采用或接近极限值，应采取相应减速措施及降速预告措施。立交匝道出口不宜设置在主线凸曲线顶部，容易造成出口识别不及时。

（4）平纵组合

立交匝道应避免在小半径曲线段设置过大纵坡，控制最大超高横坡，验算合成纵坡。某立交主线设计速度60 km/h，北向西右转匝道（见图6），NW匝道）为下坡匝道，高差达44 m，受铁路、110 kV 变电站限制，不具备迂回展线条件，需要采用直接右转匝道，设计纵坡6.8%，规范最大值为8%，设置2.5%缓坡过渡，同时增设震荡减速标线，运营阶段安全性和可靠性均较优，如图6 所示。

图6 线形设计案例示意图（单位：m）

4 结论

山地城市立交是路网系统中的重要组成节点，是支撑城市交通的关键设施。山地城市立交设计技术和经验是建立在平原城市立交基础上的，并结合山地城市道路设计建造、交通管理的经验总结完善。技术路线仍然是遵循城市总体规划、综合交通体系规划、干线道路网规划及区域详细规划，综合路网容量匹配、交通组织流畅及城市风貌协调等因素，对立交功能定位、规模选型、线形指标、灵活性设计及拥堵防治等方面进行精细化设计论证，提出技术、经济、社会合理的总体方案。