基于无收费站的双喇叭枢纽立交连接线设计指标研究

摘 要：该次研究的双喇叭枢纽立交是无收费站形式，匝道交通均为连续流，由于立交连接线前后衔接均为喇叭匝道线型，中段一般采用高指标线型，致使前-中、中-后段衔接处的技术指标变化较大，对司机预判路况产生较大影响，在指标转换点易导致车辆磨蹭护栏、失控等事故发生。目前立交连接线的几何设计指标一般参考规范相关条例进行取值，但实际运行速度上下浮动较大，按规范固定的设计速度取值会与实际运行速度的实际需求存在较大偏差。为此，该文以双喇叭枢纽立交连接线运行速度变化为基点，根据事故位置分析、运行速度预测等情况进行分析，以适应实际运行需求、适度指标的设计思路，梳理双喇叭枢纽立交连接线设计指标的合理取值区间，提升立交连接线运行安全性，有效预防立交交通事故。

关键词：双喇叭枢纽立交；连接线；运行速度；设计指标；无收费站形式

中图分类号：U492.8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）29-0134-04

Abstract： The double-horn hub interchange in this study is in the form of no toll station， and the ramp traffic is continuous. Because the connection lines of the interchange are all horn ramp lines， and the high index line type is generally adopted in the middle section， the technical index at the junction of the front-middle， middle-rear section changes greatly， which has a great impact on the driver's prediction of road conditions， and it is easy to lead to accidents such as vehicle tardiness and out of control at the index transition point. At present， the geometric design index of the interchange connection line generally refers to the relevant regulations of the code， but the actual running speed fluctuates greatly， and the value of the design speed fixed according to the specification will deviate greatly from the actual demand of the actual running speed. For this reason， this paper takes the change of the operation speed of the interchange connection line of the double-horn hub as the basic point， and carries on the analysis according to the accident location analysis and operation speed prediction， in order to meet the actual operation demand and the design idea of moderate index; besides， the paper sorts out the reasonable value range of the design index of the interchange connection line of the double-horn hub， so as to improve the operation safety of the interchange connection line and effectively prevent the traffic accidents of the interchange.

Keywords： double-horn hub interchange; connecting line; running speed; design index; non-toll station form

双喇叭枢纽立交连接线路段的车辆运行特性及组成十分复杂，其路段在立交事故中持续占有较高的比重。连接线的合理设计与运营管理是保障双喇叭枢纽立交正常运行的关键。国内外学术界早年已针对枢纽立交形成了系统研究，但针对连接线的安全运行研究较少且不系统，现有规范亦未明确在实际运行速度远高于设计速度情况下的技术指标取值原则。

因此，本文以某双喇叭枢纽立交为研究背景，基于运行速度变化的分析结论，对已有的研究成果采用归纳、总结等方式，围绕立交连接线技术指标取值、实际运行速度等方面，提炼出设计指标的合理取值区间，适度预防以有效降低立交交通事故率。

1 概况

本次研究的双喇叭枢纽立交，为A型喇叭+B型喇叭组合，其中A型喇叭布设于高处，B型喇叭布设于低处，通过A匝道作为双喇叭连接线进行连接。

连接线由A、B、C、H、J匝道组成，分为上行方向（由B型喇叭至A型喇叭的行车方向，由A、B、C匝道组成）、下行方向（由A型喇叭至B型喇叭的行车方向，由A、H、J匝道组成）2个方向，匝道设计车速均为40 km/h。具体指标见表1。

1.1 运营交通情况

自枢纽立交开通使用后，因车辆超速、驾驶不当等原因，导致交通事故总次数共为17次，其中剐蹭护栏15次、货车侧翻2次，事故点主要发生在下行方向（A型喇叭开往B型喇叭方向）的A、H和J匝道，具体位置如图1所示。

结合事故原因进行剖析：①上行方向没有发生事故，100%事故均发生在下行方向；②在H、J匝道护栏剐蹭次数达11次，多因车速过快、操作不当导致；③在A匝道护栏剐蹭次数达4次，占比23.53%，多因车速过快、影响正常识别AE匝道分流鼻端、操作不当导致；④在H匝道发生货车侧翻2次，事故均位于弯道处。具体数据详见表2。

1.2 连接线技术指标分析

根据上述事故调查情况，事故发生位置主要集中在双喇叭枢纽立交A与E匝道分流鼻端处、H匝道（下行方向）、J匝道（下行方向）这三处。

经核查，匝道指标均符合现行设计规范对40 km/h的指标要求，具体指标如下所述。

A与E匝道分流鼻端处，A匝道平面采用直线线型，E匝道平面采用直线渐变至R=95 m圆曲线的缓和曲线；A匝道纵坡为-1.35%下坡；横坡采用2%；A—G、A—E匝道交织段为325 m，分流渐变段51.17 m，满足规范在40 km/h速度下的最小距离50 m要求。

H匝道平面采用R=80 m和R=170 m的S型线型；纵坡为-2.5%下坡；横坡按对应规范取值，分别采用5%、3%横坡，最大合成坡度是5.6%，超高渐变率是1/222。

J匝道平面采用R=160 m和R=104.5 m的S型线型；纵断面为+1.75%上坡和-2.12%下坡的纵坡组合；横坡按对应规范取值，分别采用4%、5%横坡，最大合成坡度是4.53%，超高渐变率是1/222。

1.3 相关启示

启示一：分流鼻端处事故往往是在分流鼻端识别条件较差的情况下发生，部分车辆因未及时识别分流鼻端而采用紧急制动、倒车、跨多个车道等一系列错误行为，从而导致损毁护栏、追尾事故发生。

启示二：路线平纵指标所引导的驾驶方式与车辆的驾驶期望不相符是引发事故的重要原因，因此应重点聚焦于在不同平纵横指标组合下的安全运行速度研究。

启示三：根据上表事故统计，事故在雨天呈高发状态，护栏剐蹭事故车型主要为轿车，而侧翻事故的事故车型均为货车，两起侧翻事故均发生于R=100 m转换至R=80 m的缓和曲线路段。根据现场调查，车辆在经过减速进入J匝道后，后因连接线路段均为下坡（连续下坡平均坡度为2.165%、长度为1 176 m），车辆在连接线路段可达60 km/h以上（设计速度为40 km/h），车速过快、降速距离不足是事故主要原因。因此，应该采取合理措施引导车辆主动降速，以保证汽车在进入小半径圆曲线前的速度已降至设计速度范围内。

2 连接线技术指标研究

根据以上启示，可知连接线技术指标取值高低，对引导驾驶行为、驾驶预期及道路识别等方面起关键作用。由于 2次侧翻的严重事故均位于双喇叭枢纽立交H匝道指标转换处，且车型均为货车，考虑到城市立交货车比例较低、车流量大且速度较低，而公路货车比例大、交通连续流、车速较快，本文的连接线技术指标研究将以连续流交通要求更高的公路作为研究背景，参考JTG B01—2014《公路工程技术标准》[1]、JTG D20—2017《公路路线设计规范》[2]、JTG/T D21—2014《公路立体交叉设计细则》[3]规范进行分析。

2.1 平纵面指标研究

研究参考车型为JTG B01—2014《公路工程技术标准》[1]中确定的货车标准车型的外廓尺寸车体结构等参数（如轮距参数、铰接位置及前悬长度等）。

条件假设：设置道路超高为 3%，路面附着系数为 0.8（正常路况），分别设置立交匝道圆曲线半径为 50、70、90、110、130、150、170、190和210 m，上匝道设置坡度分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%，下匝道设置坡度分别为-1%、-2%、-3%、-4%、-5%、-6%。

根据货车安全速度的相关研究[4]，分析不同平纵组合上匝道安全车速表格（表3）可知，大型货车在上匝道的安全车速随着圆曲线半径、坡度的增加而增加，其中坡度对安全车速的影响较小，例如在半径为150 m的上匝道上，坡度从1%变化至6%，大型货车的安全车速也仅从74 km/h增长至 75 km/h，变化幅度较小。立交匝道圆曲线半径对上匝道的安全车速影响较大，例如在坡度为3%的上匝道上，圆曲线半径从50 m增至210 m，大型货车在上匝道的安全车速从44 km/h增长至85 km/h，增长幅度较大。

分析不同平纵组合下匝道安全车速表格（表4）可知，大型货车在下匝道的安全车速随着圆曲线半径、坡度的增加而增加，其中坡度对安全车速的影响较大，例如在半径为150 m的上匝道上，坡度从1%变化至6%，大型货车的安全车速从74 km/h降低至17 km/h，变化幅度较大。立交匝道圆曲线半径对下匝道的安全车速影响较大，例如在坡度为3%的下匝道上，圆曲线半径从50 m增至210 m，大型货车在上匝道的安全车速从30 km/h增长至82 km/h，增长幅度较大。

由此可见，在正常路况情况下，上行方向（上匝道）整体安全性高，主要影响因素为圆曲线半径；下行方向（下匝道）受纵坡、圆曲线半径影响大，特别是在纵坡-3%～-4%区间内，安全速度严重下降；研究结论高度吻合实际事故情况。本文连接线下行方向的技术指标，平面线型最小圆曲线为R=80 m，最大纵坡为-2.5%、平均纵坡为-2.165%。根据线性等差法计算，连接线现技术指标对应的安全车速为49 km/h，但实际上车辆运行速度达到60 km/h以上，因此11 km/h以上的速度差是事故发生的主要原因。

平面指标小结：双喇叭枢纽立交的连接线在采用直线/大曲率半径圆曲线连接小曲率圆曲线时，由于曲率半径差异化大，其运行速度差过大，超出原设计技术指标的保障范围，并受限于侧风、路面附着力降低等不利因素，实际安全运行速度将会进一步降低。若有条件改善，应在设计阶段考虑适当加大平面指标以及早消除安全隐患。以本文连接线为例，以入弯前60 km/h运行速度进行考虑，加大与R=80 m衔接的圆曲线半径（由R=100 m调整至R=120 m），同时缓和曲线长度宜按60 km/h设计速度的6 s行程（3 s识别+3 s减速）共100 m进行充分的速度过渡。若无条件加大平面指标，应以交通工程措施为主，限制车辆行驶速度至安全速度。

纵断面指标小结：在交通连续流的枢纽立交内，考虑到立交需均衡用地、建设条件及经济性等多方面，宜采用-3%的坡度进行下行方向纵断面设计；在平面指标较好（最小半径大于120 m）的情况下，可适当使用-4%坡度；不建议设置-4%～-6%范围的坡度，如条件受限、必须设置，建议应布设相应强力的交通工程措施进行提醒、减速、控速，以确保行车安全性。

2.2 超高指标研究

条件假设：设置道路半径为120 m，路面附着系数为 0.8（正常路况），纵坡为3%，分别设置立交不同超高值：0%、0.5%……5%、5.5%、6%。

根据货车安全速度的相关研究[4]，分析表格（表5、表6）可知，上、下匝道安全车速随着超高的增大而增大，上匝道增速较快，下匝道增速较慢。在上匝道，当超高为0时，安全车速最小为62 km/h；当超高为6%时，安全车速最大为71 km/h。在下匝道；当超高为0时，安全车速最小为51 km/h；当超高为6%时，安全车速最大为63 km/h。因此设计超高可以有效地抵消离心力，提高匝道安全性。

超高指标小结：超高值与匝道安全车速存在正比关系。根据规范，在相同设计速度下，横向力系数和超高横坡是圆曲线最小半径的关键参数。因此应结合适合的横向力系数区间，通过圆曲线半径求得合适的超高取值范围。

3 结论

目前技术指标值取值区间相对固化，难以与地方驾驶习惯、限制因素等实际需求形成匹配，且立交连接线前后衔接均为小曲率半径线型，前后段的技术指标必然产生较大变化，前后段的安全车速阈值差异明显。因此，基于波动变化的立交匝道安全车速研究，从运行速度协调性、三维线形一致性、视距、地方驾驶习惯和驾驶员紧张度等5个维度进行融合性的归纳总结，制定合理的技术指标取值区间，对于有效预防立交交通事故、降低事故率及严重程度具有重要作用。

在代价较小的情况下，建议在指标变化衔接处选取高值技术指标，以适量交通工程措施作为辅助，可明显改善减缓速度变化带来的急促感，有效提升车辆行驶安全性。在建设条件限制严重的情况下，应结合恶劣天气、不利路况等情况，适度加长识别、减速的空间，以加强交通工程措施为主要手段，增设可视信息牌告知车辆安全车速，必要时应提前设置减速带，使车辆进入低值标路段前降速至设计速度及以下。

4 结束语

本文仅从车辆渐进式运行速度、安全的角度下，重点研究了连接线匝道设计指标要求。随着社会科学与经济的高速发展，道路路况也将随之变化，未来可以结合前沿科学应用成果、道路运行实际需求，进一步选定技术指标的优化方向，为立交的人性化设计奠定理论基础，引导立交交通向快捷、效率、安全和绿色等方面目标发展。

参考文献：

[1] 中华人民共和国交通运输部.公路工程技术标准：JTG B01—2014[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

[2] 中华人民共和国交通运输部.公路路线设计规范：JTG D20—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[3] 中华人民共和国交通运输部.公路立体交叉设计细则：JTG/TD21—2014[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

[4] 仵庆磊.立交匝道路段大型货车安全车速仿真研究[D].北京：北京交通大学，2022.