城市道路互通立交优化设计研究

任健、乐玥

（上饶市宏优公路勘察设计院有限公司，江西上饶 334000）

0 引言

现代城市道路拥堵日益显著，交通污染多、车辆通行质量差。过去很长一段时间，主要采取平面交叉方式解决城市交通拥堵现象，但是从实际情况来看，平面交叉设计无法预测交通量功能，利用平面交叉口难以提升运输效率。而通过互通式立交可以将城市道路分层，进行分离通行，最大限度地利用城市空间，为了实现这一目的，要采取合理方式，科学设计互通立交，实现对各项资源的合理应用，保证车辆在行驶期间的稳定性与安全性，减少交通事故的发生。

1 城市互通立交设计中的各项要点

1.1 提供良好交通环境

城市道路设计期间需要遵循的一项基本原则就是满足城市交通需求，为人们提供一个良好交通环境，促进城市经济发展。对于城市交通道路来说，在进行互通立交设计时，要依据城市道路交通具体等级、周围环境、车流量等特点，综合分析各项内容，考虑各项影响因素，全面体现互通立交在公路网体系的节点作用和功能，改善城市交通环境。城市道路互通立交设计期间，作为设计人员要对城市道路情况进行全面分析，明确主次，以免由于某一个节点设计问题，导致整条高速公路的服务功能都达不到要求标准。要保证车辆行驶安全，减少交通事故发生。

1.2 充分考虑城市内混合交通具体需求

现代城市内人口与车辆不断增多，在进行城市道路互通立交设计时，要充分考虑人和车辆的实际通行情况，考虑混合交通运输需求，不得只注重机动车辆交通而忽视非机动车辆交通情况，或者由于过分注重城市中的机动车交通而导致行人在出行时面对较大安全风险。

1.3 城市道路要与周围环境保持协调

城市道路具体建设时，不仅会受到周围环境、施工技术等各项因素影响，而且在投入运营后，会对周围人们生活以及生产工作开展造成一定影响，也会对城市中建设的各项基础结构、公共交通、具体用地布局情况造成影响。可见，在城市道路互通交通设计时，要全面考虑各项内容，做好配合。

1.4 充分考虑管线造成的影响

在城市内部规划建设互通立交区域时，经常会遇到各种管线，这些管线的存在会提高城市道路互通立交整体设计难度，设计时需要考虑的因素较大，必须做好相应分析工作，保证最终设计合理性，改善城市交通环境。

例如，在具体规划期间，区域内存在排污、排水、供水管道，进行互通立交设计与施工时，会受铺设管道的影响，而如果移除铺设的管道，将会提高建设成本，增加工作量，导致工程无法在工期内竣工。可见，在进行城市道路互通立交设计过程中，要全面考虑铺设管线造成的不良影响，针对跨径组合要适当调整，做好墩柱布置设计，尽量不破坏城市中的管道设施，一方面能够降低施工难度，另一方面还能够降低建设成本，提高经济效益。

2 城市互通立交的几种常见方式

对于城市道路互通立交来说，在具体设计时，采取何种方式进行设计是整个设计作业的核心。在对互通立交形式进行确定前，设计人员需要对该区域具体情况进行分析，掌握不同形式在实际应用时的优缺点，要充分考虑城市交通地位、占地面积、道路登记等各项内容，对城市道路互通立交形式进行确定。城市道路互通立交主要有以下几种方式。

2.1 菱形立交

菱形立交在具体应用期间，具有占地面积小、结构形式简单等特点，而且几乎不会受匝道影响，主线在投入应用后，能够承受较大流量，交通相对安全，可以降低交通事故发生概率。菱形立交形式的立交匝道在城市道路的快速路，以及各个车道交叉口呈现出了良好设计效果，特别是在受地形因素影响，也不会对城市中的快速路上车辆的行驶造成不良影响，可以改善城市交通环境，促进经济发展。

2.2 苜蓿叶式立交

苜蓿叶式立交主要在左转弯车辆相对较少区域，因此适合应用在城市外围环线上。通过对其应用，能够使城市拥挤的交通环境得到一定程度改善。需要设计人员注意的是，采取这一交叉方式虽然只设置溢出跨线构造物，但是从具体情况来看，在相邻的两个环形匝道之间要设置交织区域，因此为了确保最终设计合理性，要设置集散车道。

2.3 定向式枢纽

采取该类型立交，对于匝道的要求十分严格，而且对城市道路中的交通集散功能也提出了高要求。对于出入口，需要采取统一模式，从而改善交通环境，保证车辆能够安全行驶，减少交通事故以及交通拥堵情况的发生。需要注意的是，定向式枢纽在具体应用时具有很好的导向性，但是涉及多个立交层次，因此从实际情况来看，具体结构跨度情况十分复杂，后续施工开展时难度较大，为了保证整个施工作业顺利进行，要投入大量资金、人力。一般来说，定向式枢纽立交适合应用到城市道路的两条公路交叉，以及不同方面车流量都相对较大情况下。

2.4 定向Y 形立交

定向Y 形立交无论是对于匝道，还是对于交通主线来说，在标准上的要求都较高，但是其在占地上优势十分明显，而且在承载较大的左转车流量时，具有显著优越性；其缺点是要设计大量跨梁结构，工程量较大。因此，定向Y 形立交经常会被作为城市立交枢纽，特别是主线车流量占据主要部分情况，占地面积小优势能够得到充分发挥，可以适应不同规模城市在交通建设时的具体需求。

3 优化互通式立交设计的合理方案

3.1 优化互通式立交需要遵循的原则

第一，保证城市交通顺畅通行，保证车辆行驶安全，满足城市交通对于车辆的需求量，在这一基础上确保车辆行驶时能始终保持良好间距，特别是提高对城市道路中人行道设立内容的重视，以免由于整体设计不合理，引发交通事故，造成人员伤亡。

第二，尽量对已有工程进行利用。对于城市中存在的互通立交要进行合理应用，以免拆除大量现有工程，浪费资源，提高施工量，导致城市道路无法在工期内竣工。

第三，降低建设成本，提高经济效益。在城市道路互通立交设计期间，作为设计人员需要从道路工程的实际占地面积、拆除建设、施工开展等多个方面入手，综合分析各项影响因素，降低道路工程整体造价。

第四，加强对周围环境的分析，合理应用，坚持因地制宜，具体设计时应以不会对周围环境造成不良影响作为目标。

3.2 优化立交匝道设计

匝道设计是城市道路互通立交设计中的一项重要内容。实际设计期间，要加强对匝道设计的探讨，做好相应优化作业。

3.2.1 分析车辆运行特点

在没有收费站立交上行驶的车辆，由某一道路经过匝道行驶到另一道路期间，车辆在行驶速度上，速度是连续改变的一个过程，主要被划分为分流、减速、匀减速、加速、合流五个不同阶段，而在设置收费站行驶的车辆，可以划分为分流、减速、匀减速、减速、加速、匀加速、加速、合流八个阶段。进行互通匝道设计时，常用的类型主要有半直连匝道和环形匝道两种不同类型，对于车辆在环形匝道和半直连匝道两种类型的左转弯匝道，需要对车辆在行驶期间的具体速度进行全面分析。通过对比分析环形匝道与半直连匝道，前者技术指标更差，可见在具体设计时，采取半直连匝道，车辆行驶速度更好。通过分析匝道的运行特点能够使设计人员更加了解车辆在匝道中行驶时的特性，将最终分析结果合理应用到城市道路互通立交优化中，科学应用在不同匝道内，提高匝道性能，改善城市道路交通环境。

3.2.2 匝道设计速度

对于城市道路互通立交来说，匝道设计速度通常都较为相近，但是在具体投入应用后，实际速度会存在较大差别。针对线形良好的匝道来说，如果具体设计速度低于实际运行速度，匝道超高难以满足具体需求，这对于车辆在行驶过程中的稳定性、安全性造成不良影响。针对地形路段较差情况下，若设计速度偏高，不仅会浪费大量资源，还会提高投资成本，降低经济效益。由此可见，在对匝道设计进行优化期间，可以打破常规，对于不同地质条件、交通量，可以单独设计匝道，同时要全面结合车辆具体速度、地形条件情况，对匝道设计速度以及平纵线形进行明确。

3.2.3 确定匝道交通量，明确实际布置方式

车辆行驶在越顺畅的匝道上，通过能力也就越强，但是从实际情况来看，越顺畅的匝道最终造价也就越高。可见，实际设计期间，要全面集合预测匝道交通量情况，选择符合需求的匝道形式。优化设计城市道路互通立交时，要结合整体造价与设计指标平衡，选取适合城市交通量长远发展的互通立交形式与设计指标，降低最终造价。

3.2.4 优化匝道出入口设计

通常来说，匝道出入口都会设置在车辆分合流相对频繁，且车流量速度变化较大区域，这也就导致该区域交通事故发生频率较高，因此作为设计人员要提高对匝道具体位置设计的分析。我国采取右侧通行方式，车辆在行驶时要靠右，在匝道设计时，要避免在匝道左侧设置驶离，以免由于设计不合理，提高交通事故发生概率，降低车辆通行效率。优化城市道路互通立交设计时，对于主侧线路应当避免在采取连续出入口。驾驶人员驾驶车辆时，会由于存在连续出入口而发生误判，这将会对车辆在行驶安全性造成不良影响。如果受城市道路具体情况影响，要设置多个出入口，应当在主线侧设置集散车道或者辅助车道，通过这一设置方式，可以避免发生交织情况，或者将多个出入口设计为一个，然后在匝道出口处进行合流。优化设计匝道出入口时，进行匝道或主线分流时，要将分流壁设置在梁柱或桥墩前，以免驾驶视线遭受遮挡；全线相邻相交出入口，具体布置要采取一致方式。

3.2.5 分析匝道具体通行能力

计算匝道通行能力时，要对匝道未来一段时间交通量以及具体通行情况进行全面验算，从而完成对匝道具体服务水平的分析，对匝道设计是否符合规定进行明确。目前，主要采用匝道饱和度对匝道的整体服务水平进行全面衡量，具体等级划分如下：

第一，Ⅰ级服务水平，匝道对应不高于0.4 的饱和度，而且匝道基本没有出现顺延现象；

第二，Ⅱ级别服务等级匝道，对应饱和度为0.4～0.6，只有少数道路出现了延误情况；

第三，Ⅲ级别服务等级匝道，其服务水平饱和度为0.6～0.75，道路出现能够可接受延误；

第四，Ⅳ级服务等级匝道，其饱和度为0.75～0.9，部分道路可以出现较大延误；

第五，Ⅴ级服务等级匝道，其所对应的饱和度在1.0 以上，车辆在实际行驶期间需要进行停车。

优化设计匝道时，要依据具体交通量、匝道整体服务水平、匝道具体通行能力进行全面分析，对匝道的纵、平、横等各设计进行适当指导。完成设计作业后，需要重新评估匝道情况，准确反馈设计指标，对于通行能力无法满足需求的匝道，需要对其进行适当优化，动态调整优化过程中，直到最终设计的匝道能够满足通行能力为止。

3.2.6 优化匝道设计超高现象

一般来说，互通立交最大超高应当控制在6% 以内，如果小半径弯道较多时，可以采取8% 最大超高值。在收费站路段，或者运行速度相对较低的路段，可以不设置超高，依据正常路拱设置横断面横坡。考虑到后续施工的难易程度，匝道桥要设置在限高的6%以内，要以1.5%或2%作为横坡最小值，保证最终建设路面的排水性能可以达到要求标准。

3.3 评价设计方案

进行可行性研究时，要做好设计方案评价作业，通常来说，针对交通立交设计主要分为以下几点：

第一，做好交通安全性评价，考虑匝道标准与线形，要分析整个方案，对有碍交通点进行明确，从而进行适当调整；

第二，做好建设经济评价，建设一个建设方案，不仅需要满足安全性要求，还要提高经济效益，方案具有的经济效益越高，其获取得到的认可度就越高；

第三，做好环境影响评价，最终设计的城市道路交通立交协调性、美观性都要达到要求标准。

4 结语

综上所述，城市道路互通立交工程应在明确设计方法的情况下，对互通式立交设计进行优化控制，即在明确互通立交设计原则基础上进行立交匝道设计。此外，还要着手对方案设计效果进行评价。如此就能从源头上出发，优化城市道路互通立交工程的建设质量，以推动所处地区的现代化经济建设进程。