高速公路现状立交通行能力计算及枢纽化改造方案研究

胡顺峰

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司,广东 广州 510000）

0 引言

枢纽立交承担着高速公路间的交通转换功能，但其工程规模及占地一般相对较大。采取措施优化近郊高速枢纽立交方案，节约用地并控制规模成为当前研究的重点。

该文首先分析现状立交匝道的技术标准和通行能力，通过利用现状高速互通立交进行枢纽化改造，旨在减小枢纽立交的工程规模及减少新增用地。

1 概述

1.1 现状立交概述

现状机场立交为单车道出入口的Y型立交，是汕湛高速上下省道S544的服务型立交。现状立交C匝道实现城区车流下地去到空港经济区，E匝道实现空港经济区交通流上高速去到城区[1]。现状立交航拍影像图如图1所示。

图1 现状机场立交影像图

1.2 交通量预测

根据交通量预测结果：2043年机场立交总转向交通量为62 002 pcu/h， 主城区往返机场为主交通流方向，占总转向交通量的59.18%；连接省道S544的交通量最小，仅占6.91%，预测交通量如图2所示。

图2 机场立交2043年交通量预测图（单位：pcu/d）

2 现状立交主匝道技术标准及通行能力分析

2.1 主交通流匝道技术标准分析

要使现状匝道既能实现高速下地，又能实现高接高转换，则C、E匝道需满足枢纽立交匝道相关要求。其中，C匝道为直连式匝道，E匝道为半直连式匝道，根据《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014），E匝道可直接实现枢纽功能，而C匝道如要实现枢纽功能，设计速度建议提高至60~80 km/h[2]。

根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）对C匝道的相关技术指标进行提速分析[3]，分析结果如表1所示。

表1 C匝道技术指标提速分析表（公路标准）

《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）条文7.5.1中：“曲线超高与行车速度和路面横向摩阻力密切相关，横向摩阻力的存在对于行驶车辆的稳定、行车的舒适等均有不利影响。超高设计及超高率计算应考虑把横向摩阻力减至最低程度”[3]。

同时根据《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015）条文4.5.2中的公式（1）计算C匝道4%超高，在60 km/h运行速度下的横向力系数为0.137，小于表中运行速度60 km/h对应的横向力系数，故可以认为C匝道的最大超高可以满足60 km/h运行速度下的安全行车需求[4]，如表2所示。

表2 运行速度与横向力系数关系一览表

式中：R——路段运行速度要求的圆曲线半径（m）；

V85——运行速度（km/h）；

μ——横向力系数；

i——路拱横坡度（%）。

现状机场立交C匝道在一定程度上可以满足60 km/h的提速要求。

2.2 主匝道通行能力及服务水平分析

考虑到机场立交远期交通量的快速增长，下文将对主流方向C、E匝道的通行能力和服务水平进行分析。

2.2.1 匝道基本路段通行能力分析

C匝道：参考《互通式立体交叉设计原理与应用》中匝道基本路段双车道匝道设计通行能力的相关内容对C匝道基本路段的通行能力进行分析[5-6]。

根据交通量预测，机场立交C匝道各特征年的交通量如表3所示。

表3 C匝道各特征年交通量

在四级服务水平下，40 km/h设计速度的双车道匝道基本路段的设计通行能力为1 700 pcu/h，C匝道各特征年交通量均小于设计通行能力。

E匝道：根据上述方法对E匝道基本路段的通行能力进行分析。根据交通量预测，机场立交E匝道各特征年的交通量如表4所示。

表4 E匝道各特征年交通量

在四级服务水平下，40 km/h设计速度的双车道匝道基本路段的设计通行能力为1 700 pcu/h，E匝道各特征年交通量均小于设计通行能力。

综上所述，C、E匝道基本路段通行能力能够满足四级服务水平。

2.2.2 匝道出入口路段服务水平分析（v/C值）

匝道出入口路段的分、合流区如无法提供足够的通行能力，会造成交通阻塞。机场立交C、E匝道均为单车道出入口的双车道匝道，该情况更易发生，需重点对C、E匝道出入口路段服务水平进行分析。

在进行服务水平分析之前，应核查分、合流影响区内三处关键断面的交通量，包括：出入口匝道本身的交通量，进入分、合流影响区的交通量和分、合流影响区外主线下游的交通量[7]。当这三处交通量小于相应的基准通行能力时，交通流处于稳定状态，可计算其饱和度（v/C）判断其服务水平等级；当这三处有任何一处的交通量大于相应的通行能力时，则认为该分、合流区表现为不稳定状态，其服务水平等级为六级[7]。

据此，C、E匝道出入口路段的服务水平分析结果如表5、表6所示。

表5 C匝道出口路段服务水平

表6 E匝道入口路段服务水平

由于C、E匝道均为单车道出/入口的双车道匝道，故其出/入口路段的服务水平在2035年时，虽然v/C符合，但由于QR大于匝道单车道基准通行能力，故服务水平等级直接判定为六级。

综上所述，采用v/C指标进行服务水平评价时，在2030—2035年期间，C、E匝道出入口路段的交通量将达到饱和。

3 立交总体设计

根据通行能力计算成果，同时考虑到现状单车道出入口与机场高速主线双向六车道不匹配，须对现状立交C、E匝道进行局部改造。考虑到茂湛铁路的影响，汕湛高速一侧的C匝道出口与E匝道入口难以实现双车道出入口的改造，故该项目对C、E匝道的改造方案主要是将终点路段C匝道的出口与E匝道的入口由单车道改造为双车道，并将C、E匝道设计速度提至50 km/h。

利用现状立交进行局部改造实现高接高，并增加两条匝道连接省道S544，将机场高速与汕湛高速交通转换功能与省道S544的落地功能复合，改造设计方案如图3所示。

图3 机场立交改造方案

该设计方案可最大程度地利用现有立交，减小了工程规模及减少占地。

4 结论

（1）将现状服务型立交改造为枢纽立交，可减小工程规模及减少占地，但应首先分析现状立交匝道是否可满足枢纽立交匝道技术标准，特别是主交通流方向匝道。

（2）将现状服务型立交改造为枢纽立交，应将其原有功能恢复，与枢纽功能结合考虑，但需重点考虑交织长度。