公路工程中互通式立体交叉设计研究

2022-11-15郭章明

科技与创新 2022年14期

郭章明

（甘肃华美工程咨询服务有限公司，甘肃兰州 730000）

开展互通式立体交叉设计时，需要做好相应的准备工作，通过勘测地形地貌、确定公路距离、考虑交叉位置以及分析连接条件，为设计工作提供有力的支持。在设计过程中，基于公路分合流设计、公路匝道半径设计、公路匝道环圈设计以及公路匝道断面设计，确保立体交叉结构合理，更好地满足各方向交通量需求。

1 公路工程中互通式立体交叉设计准备工作

1.1 勘测地形地貌

公路工程是国家重要的交通基础建设项目，在公路工程建设中，互通式立体交叉能够更好地缓解交通压力，提高公路使用效率，是现代交通领域非常重要的形式。在互通式立体交叉设计中，需要做好地形地貌的勘察工作，为公路工程实施做好准备[1]。互通式立体交叉较之普通公路更为复杂，尤其是对公路建设区域的情况有着较高的要求，在勘测时要注重对整体地质地貌情况的掌握，通过准确科学的测量和分析，有效判断公路区域，从而规避那些对公路工程建设施工不利的条件，并基于勘测可以为公路设计提供有力的依据，利用自然地形地貌，降低工程建设难度、提高工程建设效率、减少工程建设成本。

1.2 确定公路距离

公路工程设计准备阶段，需全面了解整个区域的交通体系，这样在设计时可注意各种交通工程之间的距离。随着公路工程规模的不断扩大，公路体系所包括的各类公路类型也更为复杂，除了互通式立体交叉之外，还包括隧道、桥梁等。要结合工程质量、安全等方面，确定公路之间的距离，避免工程之间相互影响和干扰，降低互通式立体交叉使用寿命和安全性等。互通式立体交叉一般规模较大，占地范围较大，在确定距离时要避免过近等情况[2]。公路间距离应当保证相互之间没有影响，如交通体系中不同类型的公路工程尽量保持相互独立，交通产生的振动等不能形成交叉或者叠加。在公路设计中，需要考虑施工过程的影响，在互通式立体交叉工程施工时，工程结构规模都较大，如果施工会对周围交通体系产生影响，这种设计就是不合理不科学的。

1.3 考虑交点位置

在现代交通体系中，交通网络建设日益复杂，在互通式立体交叉设计方面，需要考虑与不同交通工程的交点问题。交通公路的交点是非常关键的，通过交点设计能够将各个交通结构的车辆进行汇集和疏散，保持车流通畅。在考虑交通交点时，需要合理设计交通交点的具体位置，交点位置既不能影响到任何交通线路的运行，也不能造成交通堵塞[3]。在设计交点时，需要基于整个交通体系进行综合考虑，根据交通体系中的车辆通行情况，计算交通交点数量和位置。设计交点位置时，应便于交通车辆在交点处进行道路改换等，从而加强公路的疏通能力。

1.4 分析连接条件

公路工程交通路况较为复杂，因此在设计互通式立体交叉时，会涉及主干线、支干线等不同类型公路的连接。在公路设计中，需要分析不同道路线路连接条件，从而设计出合理的连接方式，保证公路相互贯通。在公路连接设计中，需对立体交叉各个方向和各个层面的车辆汇集及通行情况进行掌握，如交通量和车流流向等，都会对连接设计产生直接影响[4]。另外，立体交叉所处区域的地理条件也对连接设计有着影响。如果地理形态并不适合设计公路连接线，那么就要基于分析改变设计，结合实际情况来实现立体交叉连接的目的。

2 公路工程中互通式立体交叉设计形式

2.1 定向Y 形立体交叉

这种结构一般设计在左转车辆在匝道上固定由左侧方向驶出，并且由左侧进入另一个车道中。这一结构的优点为可为转弯的车辆提供直接的通行方法，能够有效控制车辆的运行速度，而且也能够很好提高道路的通行能力。特别是这一结构中有2 个分离式断面，而且之间还有一定的距离，所以能够满足驾驶人员的视野需求。在进行定向Y 形交叉设计时，需保证双车道之间有一定的距离，有效控制道路之间的距离，而且还要满足桥下净空的实际要求，保证行车安全。

2.2 喇叭形立体交叉

这种交叉方法是T 形交叉的代表，也是在封闭式高速公路中非常常见的一种形式，通过对这一结构的应用，能够更好地实现公路管理。在结构设计过程中，还能利用匝道来实现转弯互通，左侧驶入主线为A 型，驶出为B 型。因为这种结构不复杂，而且造型很好，能够更好地保证驾驶人员在驾驶过程中的安全。但是，这种结构与其他交叉模式相比交通量不足，如果将环形匝道设计在出口位置，会很大程度上影响驾驶人员的视野，最终导致驾驶人员不能够有效分辨出口。在设计过程中，如果车流量较大，可以使用A 型结构；如果车流量较小，则可以使用B 型结构。

2.3 菱形立体交叉

这种结构一般情况下只设计在左转或者右转的匝道公路中，通过合理应用这一结构，能够很好地对道路之间的连接进行优化，通过跨线构造物位置就能够有效实现交叉，这样就能够提高当地的交通水平。相比于传统的结构，这类设计方法能够有效缩短里程，而且结构清晰，能够让车辆在一定时间内更好地通行，而且所有出口都充分明确。因此，在下穿的时候，匝道为其提供的坡度还能够加快速度，所以可以将这一结构用于车流量少的道路上。

3 公路工程中互通式立交交叉设计实施路径

3.1 公路分合流设计

立体交叉的最大特点是公路路面不处于一个平面，呈立体状态。立体交叉可同时允许更多的车辆通行，而集中的车流对公路分合流的要求也显著提高。分合流设计中，需要保持立体交叉车辆通行顺畅，并且能够满足车辆行进方向的改变需要。分合流一般都需要利用立体交叉点，通过增加辅助性道路或者单独规划出分合流线路，避免需要分流和合流的车辆与正常行驶的车辆发生冲突。在立体交叉设计中，通过增加出入口设计，在公路指示标志上提示车辆前方有能够进行分合流的出入口，让车辆进行准备。分合流的效率和安全性依赖于出入口的宽度设计，宽度因素会直接影响分合流容量[5]。在设计中要从整个交通网络层面进行分析和考虑，对互通式立体交叉最大交通峰值进行合理测算，并依据峰值构建分合流模型，从而保证分合流出入口能够满足公路使用需要。对于分合流容量较大的出入口，需在原有的公路空间内向外延展，也就是扩大出入口的空间范围，避免需要进行分合流的车辆发生拥堵。在分合流控制中，可以增加信号灯设计，信号灯与分合流交通线共同发挥作用，对车流进行控制。可根据交通路况灵活调整信号灯的等待时长和间隔，从而提高公路分合流路口的合理性。

3.2 公路匝道半径设计

立体交叉匝道是重要的公路设计内容，匝道设计的半径等要素直接关系着立体交叉为车辆行使提供的支持情况。如半径越大，同时可以通行和转弯的车辆数量就越多，也就代表立体交叉的互通性越好。在匝道半径设计中，要从立体交叉实际情况入手，对公路规模、交通容量、地貌地形及周围的建筑等方面进行了解和掌握。如果处于城市当中，周围建筑较多，不允许进行公路匝道的拓宽，那么公路匝道空间就非常有限，因此在半径设计时就要尽可能控制半径大小。在立体交叉区域的地貌方面，如果存在较大的坡度，车辆行驶时需保持较缓慢的速度，因此匝道半径也不适宜设计过大[6]。在匝道半径设计中，还要考虑到立体公路互通时，需要连接多少条主干线路和支干线路，如果需要连接的路口数量较多，则匝道半径不适宜过大，避免车流在多个方向运行时出现堵塞。

3.3 公路匝道环圈设计

环圈匝道设计中，要根据立体交叉整体设计方案对匝道环圈数量和位置进行合理布置。环圈能够解决公路交通车流拥堵问题，不同行驶方向和分流的车辆可以进入不同的匝道圈，避免车辆改变行进线路时造成公路堵塞。在环圈设计方面，可以通过右转向匝道解决车辆环绕需要，也就是不采用左转弯道，利用右转弯环绕方式起到左转弯作用[7]。不设计左转弯线路，能够最大程度避免车辆出现行驶方向的交叉，所有车辆都可以利用匝道环圈来改变方向。通过设计匝道内环和外环，可以将需要向左行驶的车辆与向右行驶的车辆分隔开，向左行驶的车辆只需要沿着环圈一直右转，绕行180°后进入立体交叉左侧公路交叉口。

3.4 公路匝道断面设计

立体交叉匝道设计中，需要关注断面形态。匝道断面对于整个互通式立体交叉结构具有显著作用。立体交叉断面层次越多，代表立体性越强，整个公路的交通支持效果越好。但立体交叉匝道断面层次多，也表明公路整体高度更高，立体交叉设计的出入口也越多。在断面设计中，需要考虑交通车辆的流量情况，保证公路层面与车流相匹配，避免造成空间和成本的浪费。在断面设计中，需要对每个层面的公路方向以及相互之间的衔接进行把握，尤其是在立体交叉主干线与其他公路层面衔接位置，需要保持一个适当的缓坡，让立体交叉能够平稳顺延到各个层面。

4 公路工程中互通式立交交叉设计实际要求

4.1 分叉口设计要求

在设计交叉口时，需合理处理鼻端位置，按照竖向曲线和交通标志等实际需求，明确具体的方向，这也是当前设计中的重点[8]。以某公路互通式立交为例，考虑到当地的交通流量较大，所以设计道路速度为60 km/h，设计人员利用Y 形匝道结构，可有效避免事故发生，而且还能够很好地提高匝道的速度。根据设计经验，在设计交叉口过程中，设计人员要明确不仅要保证主线和平纵线不变，而且还要让变速车道和匝道相接，并且在具体划分中要明确主线，或者按照道路交叉的方法来进行有效处理。

4.2 单喇叭形互动设计

在高速路匝道进出口，其中一条道路和被交道路处于平交，这样做的目的是处理车流量和转向问题[9]。从当前的实际情况看，这种结构能够配合交通标志有效缓解车辆通行问题，保证互通式交叉设计合理。在平交口设计过程中，设计人员还需了解交通交叉点的问题，并针对可能出现的问题加以模拟，以此保证车辆正常运行，可以适当增加交叉口宽度。

凭借现有经验看出，单喇叭互通方法的针对性更强，能够根据实际的公路等级来进行具体分析，可注意驾驶人员的视野问题，保持整条路线通畅、协调。在设计过程中，设计人员需重点关注的问题包括匝道和主线交角、内环结构等。以匝道和主线交角为例，在以往设计中采取斜交的方法较合理，优点是能很好地提高主方向的交通能力，减少2 条匝道，还能更好地提高道路的通畅性[10]。与此同时，在匝道通过主线时如果采取正交方法，驾驶人员会受到自身视野的影响，不能够及时判断接下来的车辆情况，这样就会增加交通隐患的发生；如果调整主线匝道方向，能诱导驾驶人员作出正确的行为，及时转弯。

4.3 设计要具有前瞻性

在施工后互通式立交结构的基本结构不会发生改变，所以设计过程中需充分考虑，避免因规模结构不合理导致后续使用时出现问题，增加维修管理难度。在具体设计过程中，设计人员应按照线形指标变化来进行设计，使驾驶人员感觉到舒适[11]。在进行互通式立体结构设计过程中，按照2 条交叉道路的规划、等级来进行合理分析。正常情况下一般只分析渠化T 形和加铺交叉，因此设计人员应尽可能考虑各个方面，比如收费广场和平交位置，要注意参数设计，保证道路能够正常合并流，确保车辆安全通行[12]。比如，在设计某公路过程中，将平交匝道由4 条改为2 条车道，然后再进入平交，这样的方法不仅能有效减少成本，而且也能为后续的扩改提供基础。