城市道路互通立交優化設計研究

樊聰鎬 鄭宗鶴

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 概述

近年來，城市道路擁堵現象日益明顯，在交通高峰期車輛通行質量差、交通污染多。之前，我國采用城市道路平面交叉形式解決交通擁堵問題[1]。但是平面交叉口在設計方面缺少對交通量的預測功能，導致交通量暴增時，平面交叉口難以提高路網運輸效率[2-4]。城市道路互通式立體交叉口在城市快速路及主干道設計時能夠有效解決交通量擁堵的問題?；ネㄊ搅⒔粚⒊鞘械缆犯鞣较蜻M行分層分離通行，實現了空間分離并且增加了交通的通行效率，降低了城市道路的擁堵現象[3]?；ネㄊ搅⒔徊粌H能夠提升車輛通行效率，而且在交通安全及交通污染方面具有優勢。由于實現了立體交通，將車輛進行分離持續通行，避免了對向來車，減少了停車次數，能夠增加車輛通行率，降低交通事故發生率及交通污[5-8]。結合實踐工程，互通式立體交叉的通行效率為平面交叉口的3-6 倍，并且事故率僅為平面交叉的20%-30%。但是互通式立交占地面積大工程造價高，且交通組織形式復雜，對互通式立交的設計及建造是保證其使用功能的關鍵[9-12]。本文以孝感某城市道路為例，通過對該道路通行狀況分析，進行交通量預測。根據互通式立交設計特點，對該項目進行立交方案設計，選擇最佳方案。

2 工程概況

2.1 項目背景

該項目來源于孝感市互通式立體交叉建設項目。根據圖1 項目位置圖能夠得到，該城市道路全長5.68km，處于孝感市經濟開發區中心位置，該互通式立交東接澴川路、西接北京路，南北由董永路連接，形成四方來車的城市主干道。并且在打通的董永路連接G107 國道，能夠實現城市的快速運行，拉近城市發展距離。其功能主要是對東西南北四個來向的車輛進行分流緩解交通壓力，在該區域內存在孝感東站，交通量持續增加，人口密集且運行形式復雜。

圖1 項目位置圖

該項目通行現狀受到G107 交通量及孝感東站人流量壓力，在春節等節假日城市道路堵塞嚴重，影響車輛出行，降低城市面貌。該互通式立交的建成，能夠有效解決四面來車擁堵問題，行車東西、南北兩條主干道，通過設置匝道實現車輛的有效分流，減小通行壓力，實現兩地交通的快速連接。該城市道路設計速度按照城市主干道設計確定為60km/h，車道形式采用雙向4 車道，路面半幅寬度為11.5m。

2.2 交通現狀評價

2.2.1 周邊道路運行評價。由圖1 項目位置圖分析得到，該互通式立交連接四個方向道路，且連接道路均為城市主干道。澴川路全長10.8km，連接城市東部道路，雙向六車道。北京路全長15.8km，主要連接城市西部交通主干道，采用雙向四車道。董永北路臨近孝感東站，預計將董永路南北打通，行車城市南北主干道，設計車道為雙向四車道，是互通式立交設計的主要城市主干道。并且董永路打通后，在北部需要與G107 國道相連接，縮短城市與城市之間距離，但是G107 的連接增加了董永路的交通壓力。

2.2.2 交通量分析。交通量是城市道路設計的重要指標，采用人工調查法對該互通式立交連接的四個方向道路進行交通量調查，調查24h 內的交通量數據，調查結果如表1 所示。

表1 交通量現狀

根據對該互通式立交連接的四條城市道路交通量調查，得到四條道路中董永路交通量最大，且車輛多為標準車，并且非機動車與行人數量較多，其通行方式為典型的機非通行。因為董永路臨近孝感東站，車站附近車輛與行人眾多，如不施行分類分層通行，交通壓力較大、通行質量差且易造成交通施工，根據調查董永路的日交通輛在5-6 萬之間，超過其設計交通量25%-35%，平均行車速度為45km/h，與設計速度相比降低26.7%，并且交通形式復雜，交通事故發生頻率高。董永北路在城市道路總體規劃中需要與董永路打通，董永北路日交通量為4-5w，并且非機動車輛交通量較多，目前為了緩解交通量壓力將董永北路交通施行繞行，但是兩條城市主干道打通之后，粗略估計日交通量突破10w，按照規劃董永北路將接入G107 國道，造成該主干道交通量增加，因此該城市道路主干道打通后的交通問題仍然非常嚴重。由于該項目位于城市東部，北京路與澴川路交通量相比而言較小，日交通量在2-3w之間，且行人較少，道路交通壓力較小。

3 城市互通式立交設計方案

根據孝感市某城市道路項目概況，需要對城市道路進行互通式立體交叉設計。但是在設計時發現董永路與董永北路尚未打通，不能準確進行交通量預估。交通量預估不準確易造成城市立交不能滿足使用要求，浪費工程資金。因此在進行互通式立交設計之間首先對未打通的兩條城市道路進行交通量預估。

3.1 交通量預估

該項目地理位置特殊，位于孝感東站附近。兩條未打通的道路董永路與董永北路均在車站輻射圈，其交通量特點為車流量大，交通方式復雜、行人較多以及日交通量持續性強，但在節假日期間該區域交通量會呈現爆發式增長。由于該城市道路主要服務于客運，并且按照設計需要于G107國道相連接，通行車輛類型主要為小客車、大客車以及部分大貨車。該道路尚未打通，不能對打通后道路交通量進行準確預估，因此采用交通量預估的“四階段”法進行預估，即對城市道路交通量的發生和吸引，交通分布，交通方式規劃，交通分配四個階段進行規劃。根據特征年的交通量分布，將特征年的交通量進行分配至規劃路網中，得到打通后董永大道的日交通量。將打通后道路的交通量進行分布計算，得到該城市道路的轉向交通量，如表2 所示，以此作為互通式立體交叉的設計依據。

表2 互通式立交各轉向交通量預測結果（輛/天）

3.2 互通式立交設計方案

董永大道是孝感市重要的縱向通道，其縱向交通量較大且左右轉彎車輛較多。因此將董永大道定為立交的主干道，北京- 澴川路交通量較少，且交通方式較為簡單。根據兩條主干道的概況，選用互通式立交形式，由于該互通式立交為四路交叉，將董永大道設為互通立交上層，保證交通量的有效分流，將北京- 澴川路設為互通立交下層，能夠有效實現車輛的轉彎與通行質量。根據互通式立交線形選擇，能夠選擇有苜蓿葉型、鉆石型、圓型以及直連型如圖2 所示。根據選跨步驟，確定互通式立交上下層后，按照互通式立交轉向交通量預測結果，合理設置閘道，根據該立交左轉交通量較大的特點，將匝道形式可確定為定向式或半定向式。因此，該項目根據工程實際情況，提出了兩種互通式立體交叉設計方案，分別為方案一苜蓿葉+定向組合方案，方案二環形+定向組合方案。

圖2 立交分類圖

3.2.1 苜蓿葉+定向組合方案。苜蓿葉+定向組合方案的立交形式為上下互通式立體交叉樞紐，按照立體形式分為上下兩層，實現人車分離，將四條城市道路的交通量進行分流整合，其設計方案如圖3 所示。根據日交通量劃分，確定董永大道為該互通式立交的城市主干道。將董永大道設置在互通式立交的上層，在董永大道北部設置專用匝道，把匝道與G107 國道相連接，借助苜蓿葉線形順勢把G107 交通量按照車輛運行反向進行分流，減少主干道的交通量，提升通行效率。把北京路與澴川路設置在互通式立交的下層，保證兩條道路的通行質量，在轉彎處設置匝道，實現車輛的自然轉向，避免對向來車造成交通事故。苜蓿葉+定向組合方案的方案設計，既考慮了城市主干道車輛直行的問題，又考慮到交通量的轉向與分流。在交通量較少的北京- 澴川方向設置地下人行通道，解決孝感東站人口密集度大，人流量大的問題，實現人車分流的理念，避免出行混合交通，降低車輛通行質量以及交通事故的頻發。由于董永大道北部左轉交通量較大，在左側設置左轉匝道，減小上層主干道的交通量，提高互通式立交的安全性。

圖3 苜蓿葉+定向組合方案平面圖

3.2.2 環形+定向組合方案。環形+定向組合方案同樣采用互通式立體交叉，其設計方案如圖4 所示。該方案考慮到在離開孝感東站的車輛向東向西行駛時，需要沿匝道進行繞行，造成通行時間增加，路網設置不夠便捷的問題。在進行線形設計時放棄了苜蓿葉線形，而是采用東西兩條主干道十字交叉通行，在上主干道外圍設置環形路網，實現孝感東站車輛的自由轉向，在車站處增加匝道入口，便于車輛進入車站。但是該方案由于放棄了苜蓿葉線形，造成車輛在行駛過程中的轉彎半徑過大，出行時易產生旋轉行車的問題，并且十字交叉主干道，不能有效緩解董永大道的交通堵塞問題，只是采用環形匝道實現車輛行駛時間差，解決主干道交通堵塞的能力有限。

圖4 環形+定向組合方案平面圖

互通式立交在進行立交匝道設計時，根據相關規范規定，互通式立交主干道按照原城市道路設計速度進行設計，匝道設計速度為原城市道路設計速度的60%-70%。匝道方向確定時應選取原道路設計速度的70%，一般匝道選取原道路設計速度的60%。因此，互通式立交上下二層主干道設計速度為60km/h，確定方向的匝道設計速度為50km/h，一般匝道設計速度為40km/h。

3.3 方案比選

根據該工程項目概況提出的苜蓿葉+定向組合方案以及環形+定向組合方案都能夠有效的解決城市主干道董永大道交通量擁堵的問題。但是從互通式立交線形設計方面分析，方案一苜蓿葉線形更具有優勢，因為苜蓿葉線形將上層主干道的交通量進行有效分流，把車流量分為3 類，一類是董永大道南北走向的交通量，另外兩類分布為左轉右轉交通量。根據互通式立交各轉向交通量預估結果，能夠發現董永大道北段車輛左右轉彎量較大，采用苜蓿葉線形能夠在不影響主干道直行通行效果下，實現左右轉彎的交通量分流，并且這樣的線形設計縮短行駛距離，節省行駛時間。從工程經濟性方面考慮，方案一造價主要在苜蓿葉線形段需要配合匝道進行設計，工程造價較低，而環形設計增大了道路的轉彎半徑，從而增加了施工工程的價格。從施工難易程度方面考慮，方案一的交通組織形式較復雜，雖然能夠有效緩解城市高峰期交通擁堵線形，但容易使駕駛員在互通式立交橋上迷路，施工難度較復雜，交通設施分布繁瑣。方案二從施工方面分析，施工方法簡單有效，但是施工過程中由于城市道路半徑較大，對施工控制要求較高，且駕駛員在行駛過程中易出現眩暈狀況。

通過對兩種方案在互通式立交線形設計方面、工程經濟方面以及施工難易程度方面進行綜合分析，確定方案一苜蓿葉+定向組合互通式立交設計為最終方案。

4 結論

綜上所述，以孝感市某城市道路互通式立交設計為例，根據工程概況，分析了該項目設置互通式立交的功能性及必要性，通過對該項目周圍四條城市道路交通量分析，采用四階段法對互通式立交各轉向交通量進行預測。根據交通量預測結果及工程概況，提出苜蓿葉+定向組合互通式立交以及環形+定向組合互通式立交，對兩種方案進行比選，最終確定設計苜蓿葉+定向組合互通式立交。