互通立交平面线形设计的经验探讨

第 7卷 第4期 2 0 0 8年 l2月 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 J0URNAL oF GUANG DoNG C0M M UNICATIONS POLYTECHNlC VO1．7 No．4 December 2008 文章编号：1671—8496一(2008)04-0004—04 互通立交平面线形设计的经验探讨 冯心宜 (广东省公路勘察规划设计院有限公司，广东广州 510507) 摘 要：通过设计工作的实践，探讨互通立交平面线形设计的具体步骤、操作方法和注意事项，并对匝道 线元参数的取值 、线元参数与运行速度 的关系 、线形设计 的连续性 与协调性等方面提出了一些见解。 关键词：互通立交；平面线形；线元；运行速度 中图分类号：U412 文献标识码：A Experience in Alternative Interchange Horizontal Alignment Design FENG Xin—yi (Highway Survery&Design Institute of Guangdong Province Co．Ltd．，Guangzhou 5 1 0507，China) Abstract：This paper mainly studies the concrete steps，operation methods and cautions of alternative interchange horizontal alignment design ．And it gives some opinions on dereferencing ramp line segment parameters，relationship between line segment parameters and operating speed，continuousness and harmony of alignment design ． Key wor~ ：alternative interchange；alignment；line segm ents；operating speed 互通立交是高速公路不可缺少的重要组成部 分 ．而平面设计是互通立交设计的核心，其它部 分的设计都在此基础上展开。平面线形设计的合 理与否 ，对立交的通行能力 、行车安全、所连接 道路交通功能的发挥等都有很大的影响。文中结 合在多个高速公路项 目互通立交设计 中的心得体 会 ，对互通立交平面线形设计进行探讨。 1互通立交平面线形设计的具体步骤 1．1收集相关基础资料，进行纸上定线 纸上定线工作一般是在1：2 000地形图上进行． 根据交通量资料 、相关规划 、主线与被交道路的 情况．确定立交形式 。并在地形图上大致确定由 地形、地物等因素控制的关键线位、点位，如环 形匝道的位置、连接线匝道与主线相交的角度 、 匝道桥桥位 、收费站位 置、平面交叉 口位置 、与 地方道路河沟的相交位置等 ，示出匝道的走 向。 1．2匝道的布线方法及主要设计步骤 匝道的布线方法会因匝道 的位置 、控制条件 收稿日期：2008．04．08 作者简介：冯心宜(198l一)，男，助理工程师 研究方向：道路工程 的不同而采用不同的方法，常用单一匝道布线方法 有：①从匝道两侧向中间布线；②从减速车道起点 开始顺序布线：③从加速车道接线点开始逆序布 线。由于当前高速公路一般采用计算机辅助设计， 设计人员主要的工作是确定匝道的具体走向及约束 条件．而省去了繁杂的线形计算 ．本文也主要论述 匝道的具体布设，不涉及线元的计算过程。 以下主要介绍从减速车道起点开始顺序布线 的方法 ，其主要设计步骤有 ：确定出口端匝道 的 第一段线形—— 布设中间线形—— 设计入 口端最 后一段线形接入主线一 线形的复查与调整。 1．2．1出口端匝道的第一段线形设计 匝道平面线形设计的起点一般为减速车道 的 起点 。即主线渐变加 宽至一个车道 宽度的位置 ． 如图 1所示。减速车道一般采用直接式。 蓁 硬 土 路 路 肩 肩 行碰 、必 、 、 、 I —一～ 一 图1 一个车道宽度断面(单位：cm) 第4期 冯心宜：互通立交平面线形设计的经验探讨 5 当主线为直线时．匝道的第一段线形一般为 直线 ，在确定匝道起点位置后 ，以一定的渐变率 m渐变 出一段直线即可 ，渐变参数m的取值 可参 照 《公路路线设计规范 JTG 020--2006))(以下简 称 《规范》)，直线的长度一般取 《规范》中所 规定的减速车道长度。 当主线为曲线时，为满足减速车道范围内渐 变参数均为m的要求 ，匝道的第 一段线形将 为曲 线，一般采用圆曲线 ，具体作法如图 2。 主线平面 设计线 ～ 三 (22 图2 减速车道第一段线形 (1)计算出匝道起点 与主线平面设计线的 法向距离，以此距离将主线向外法向偏移，得到 平行线 ACl。取 C1的长度大致与减速车道 的长 度相等： (2)取4 C1的大 致 中 点 B1，计 算 出 AB1、 A C1的长度 ￡l、 2，得到 L1／m及 L2／m的 比值 ， 并将 C1分别以两比值向外法向偏移，得到点B2 及C2，利用三 点作圆弧 AB2C2，即为减速车道第 一 段线形 此方法所得的线形虽无法保证匝道上每～点 至起点的距离￡与其横向偏移距离 厂的比值均精 确等于渐变参数 m，但误差较小 ．当主线平曲线 半径不小于 700m时．误差可以控制在0．1-0．01之 间，能满足设计要求 ；且 以上方法能精确 的描述 匝道的第一段线形f可使用绘图程序较方便地查 得其半径R及起点的切线方向)，操作简便。 确定匝道得第 一段线形后 ．将其起 点 的位 置、切线方向、半径、长度(一般取 《规范》中 规定的减速车道长)等导入辅助设计程序 中，即 可进行匝道中间线形的布设。 1．2．2匝道中间线形的布设 匝道 中间线形的布设主要受匝道的起终点接 线条件及地形地物影 响，布设时需根据各种约束 条件合理的选用线形参数及其长度。匝道中每一 段线元的长度一般不小于3 s行程．且应根据不同 位置车辆的可能运行速度取值 。线形参数取值较 大、车辆可能运行速度较高的路段线元长度较 长：相邻线元的参数取值要均匀，反向曲线间的 两个回旋线 ，其参数宜相等或相近，相差较大 时，大小两参数之比不宜大于2，卵形曲线问大 小 圆半径之 比不宜大于5：相邻线元的长度不宜 相差过大 ．以保证驾驶员完成每一步操作的连续 性和协调性。 匝道中间线形 的布设一般可能存在的控制因 素有 ： (1)地形地物及水文地质条件 ，如冲沟 、陡 坡、软基、鱼塘、河沟、地方道路、建筑物等。 (2)工程条件，如可能存在的高边坡、高填 方，桥台、挡墙、涵洞通道的位置等。 f3)转弯交通量，用于确定匝道的设计速度、 参数的取值范围、喇叭立交连接线匝道与主线相 交角度 、内环匝道 的半径等。 1．2．3入口端匝道最后一段线形的接线设计 对单车道匝道 ，加速车道一般采用平行式， 匝道最后一段线形的接线也将平行于主线平面设 计线 ，一般的作法为： (1)确定一个车道宽度断面匝道平面设计线 与主线间的距离 ，将主线平面设计线平行偏移至 匝道设计线位置 ，此线将为加速车道的轨迹线。 (2 通过辅助设计程序试算将匝道最后一段 线形与偏移线衔接。 当主线平面设计线为直线或圆 曲线时．此方 法接线可保证加速车道范围内线形的连续；但当 主线为缓和曲线时，由于其 曲率不断变化 ，接线 的约束条件也将不断变化，难以准确描述，具体 解决方法如图 3： 主 线 平 面 设 计 线 图3 主线为缓和曲线时的接线设计 (单位：m) (1)在偏移后的缓和 曲线上取相隔 1 m的两点 前点 及后点 ，由A 确定的方向近似作为点 A的切线方向 为A’ 的平行偏移线)。 (2)计算点A对应主线缓和曲线上点A’的曲率 半径。 (31当缓和曲线与匝道最后一段线形为同向 曲线且点A’的曲率半径大于 l 500 m，或为反向 曲线但点4’的 曲率半径大于 2 0001TI时。可将点4 位置上的缓和曲线视为直线．AB确定的方向为其 切线方向，进行接线。 (4)当点A’的半径不满足上述条件时，须将其 视为圆曲线进行接线。 6 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 第 7卷 接线完成后接线线元终点的位置须位于AB所 确定的直线范围内．否则线元终点的约束条件已不 再是AB所确定的约束条件 ，线元间已不再连续， 此时可根据线元终点的位置沿缓和曲线前后移动两 点，重复步骤1～4进行试算，直到满足条件为止。 对双车道匝道 ．加速车道应采用直接式 ，其 最后一段线形 的作法与匝道的第一段线形相同： 作出最后一段线形后．以其作为约束条件进行倒 数第二段线形 的接线。 1-2．4线形复查 通过 以上步骤初步完成匝道的线形设计后 ． 须对匝道进行 以下两方面的复查： (1)根据匝道的设计速度及 《规范》中的各 项要求对设计线形的参数、长度 、相互关系等指 标进行检核 ．不满足要求时须重新调整设计。 (21根据匝道两端接线位置主线的高差及 匝 道 的有效长度(即两侧楔形端间匝道的长度1初步 测 算出匝道 的纵坡值 ．若 已超 过匝道的最大 纵 坡 ，则须移动两端匝道接线点的位置，增加匝道 长度以克服高差。 匝道的平面设计是平纵横不断结合调整 的过 程 ．在以下其它阶段的设计过程 中．可能存在因 平面设计的不合理导致其它设计如纵坡值等无法 满足规范要求 ．这就要求在平面设计的过程 中应 对立交的总体各方面设计有清晰的了解及综合的 考虑 ，以减少下阶段调整的工作量。 1-3平面线形设计示例 如图4所示 ．某 B型喇叭立交位于圆 曲线半 径R=I 186．054 m．缓和曲线长度 L =200 m的平 曲线范围。由于主线平 曲线半径相对较小 。对匝 道 出入 口的线形连续性 、渐变率等须严格 按照 《规范》要求设计，否则将容易诱发事故。 图4 平面线形设计实例 图中主要的难点有 ： (1) B匝道接线终点位于缓和曲线外侧 ，按照 本文所介绍方法最终确定的匝道最后一段线形为 缓和曲线A=135 m。 f21 C匝道接线起点位于缓和 曲线与圆曲线 的 交接处 曲线 内侧 ．最终确定的匝道第一段线形为 圆曲线 R=1242．485 m。 (3)D匝道接线终点须控制在主线 的圆曲线范 围，方便终点接线及保证线形的连续 ，最终确定 的匝道最后一段线形为缓和曲线 A=I12．847 m。 f4)E匝道接线起点位于圆曲线外侧 ，最终确 定的匝道第一段线形为圆曲线R=1 202．789m。 通过以上示例 ．运用本文所介绍 的方法基本 能处理不同主线线形状态下 的立 交平面线形设 计 ，满足高速公路出入 口线形的连续性 、渐变率 等各方面的设计要求。 2平面线形设计的相关注意事项 互通立交平面线形设计 的影响因素较多。设 计时还需注意以下几个方面： 2．1以运行速度指导线形设计 坚持以车辆 的可能运行速度为导向进行平面‘ 线形设计 ，对于立交各部分设计参数的取值 ，不 应过分迁就于地形地物等因素的影响而过多的采 用 《规范》中的最小值或极限值。对于同一设计 速度的匝道范围内．车辆的行驶速度总是随着匝 道的不同位置 、线形指标的实际情况、车辆动力 性能及驾驶员特性等各种条件的变化而变化 ，只 要条件允许，驾驶员总是倾 向于采用较高的速度 行驶 ，也就是说。对于同一匝道的不同路段，不 同车辆的实际运行速度总是可能偏离匝道的设计 速度 ：若不对此加 以区分 ，将导致在车辆运行速 度高于设计速度的路段 ，匝道的线形指标仅能满 足设计速度的要求 ，引发事故。最典型的范例是 对于 B型喇叭立交的内环匝道 ，如图 5所示。 二 ] 二 ] 一 一— _／ 一 一一 图5 B型喇叭立交出口设计(单位：m) 由于内环匝道紧靠高速公路的出口．假定主 线的设计速度为100 km／h。匝道的设计速度为 40 km／h．满足匝道设计速度要求的内环圆曲线半 径为60 m。此时若减速车道长度按规范标准取值 125 m，过渡段的缓和 曲线长度 以40 km／h的标 第4期 冯心宜：互通立交平面线形设计的经验探讨 7 准取最小值35 m．则在进入缓和 曲线及圆曲线路 段。车辆将难以完全减速 ．其实际运行速度将可 能远大于40 km／h，造成危险 ：合适的做法应该是 如 图5所示 ，根据道路 的实际情 况计算确定车辆 的实际减速行程长度 ．通过增加缓和 曲线长度 、 或延长减速车道段匝道第一段线元至楔形端以后 等途径 ，保证驾驶 员有足够的时间与空间减速 ， 并认识到前方线形的变化。 2．2线元长度的3 s行程要求 对于立交平面 线元 的长度 ．除缓和 曲线 外 《规范》中并无具体规定，设计时一般都要求满 足3 s行程的长度 ，因为汽车在 曲线上行驶时，如 果曲线长度过短 ．驾驶员就必须快速地完成方 向 盘的操作 ，导致离心加速度变化急剧 。乘坐不舒 适，特别在高速行驶时很危险。一般认为驾驶员 往一个方向转动方 向盘至少需要3 S，所 以进行线 元设计时，缓和 曲线的长度至少应满足3 s行程 ， 直线及 圆曲线上 的行车虽然不用转动方向盘 ．但 为保证驾驶员有充足 的时间进行过渡 ，满足驾驶 的连续性和协调性 ，线元中直线和 圆曲线的长度 一 般也不应小于3 s行程 2．3匝道各线元参数的均衡设计 匝道各线元除了长度的取值满足3 s行程 的要 求外 ，各线元参数 的取值宜均衡 ．主要保证 以下 两个方面 ： (1)保证运行的连续协 调 ：线元参数 的取值 对车辆的运行有诱导作用 ．当道路的线形指标较 高时，驾驶员总是倾向于采用较高的速度行驶， 而当意识到道路条件较复杂时，驾驶员往往会更 加集中注意力限速行驶。而对于不同类型的匝 道 ，对车辆运行速度 的要求又各不相同，对于喇 叭立交的匝道．设计者希望车辆在 “驶 出高速公 路一进入匝道范围一进入收费站 ”的过程保持 由 “高速一低速一停车”的车速渐变 ：对于枢纽立 交的匝道，则希望在 “驶出高速一进入匝道一驶 入高速”的过程保持 由 “高速一低速一高速”的 车速渐变。线形参数的取值也应与车速的要求相 适应。若在进入收费站前设置陡下坡的长直线、 在高速公路出口附近设置小半径 曲线 、在 小半径 曲线之前设置过高指标曲线等 ．都将容易造成车 速的突变而发生危险。正确的做法应该是根据车 速由高到低或 由低到高的过程 ，相应对线元参数 取值，使线形指标也处于由高到低或由低到高连 续渐变的过程 ，诱导驾驶员均衡地控制车速 ，确 保道路情况的变化都在驾驶员可预知的范围内． 避免线元的突变 ．保证驾驶的连续性与协调性。 (2)保证驾驶操作及视觉的连续 ：匝道的平 面线形可能存在多种 曲线 的组合 。根据限制条件 的不同，可 以采取单曲线、S形曲线 、卵形 曲线 、 复合曲线等 曲线形式 ，无论采取哪种 曲线，设计 的关键都在于保证驾驶操 作的连续。对于S形曲 线 ．一般要求反向曲线 间的两个回旋线参数宜相 等或相近 ，两参数之 比一般不宜大于2：对于卵 形 曲线则要求大小圆曲线半径之 比一般不宜大于 5；而对于曲线中缓和曲线参数的取值、单一曲 线的组合却往往容易被忽略．缓和 曲线的长度除 了满足超高过渡中对离心加速度变化率的要求、 加宽过渡 中对横 向偏移率的要求外 ．还应满足操 作协调性和视觉连续性的要求。对于运行速度基 本相 同的路段 ．可以采用 “缓和 曲线一 圆曲线一 缓和 曲线”长度比 “1：1：1”，对于运行速度缓慢 变化的路段。曲线长度也可以相应渐变 ．运行速 度较高的路段线元长度较长 。以保证驾驶操作的 连续 ．使驾驶员在完成 “转动方向盘一固定方向 盘一转动方 向盘”的过程 中有较好 的操作节奏 ， 保证曲线的视觉效果均匀顺畅 ：部分设计人员习 惯于采用仅满足匝道设计速度要求的缓和曲线长 度 ，而在长圆曲线两侧设置短缓和 曲线，或使用 短缓和 曲线与长直线相接 ，不仅破坏了驾驶的连 续性 ．使驾驶员在操作停止 了一段时间后要突然 紧急转动方向盘 ，增加了事故发生的几率 ，更使 曲线的视觉效果扭曲，影响驾驶员的判断。 2．4匝道分合流渐变率／7／,的探讨 《规范》规定，直接式的变速车道应满足一 定的渐变率m的要求 ，m为车辆行驶 的横 向偏移 率 ，当m值过大时，车道的渐变过慢 ，一方面将 造成减速车道不容易被识别．主线直行车辆容易 误入减速车道 ．而转弯车辆 却因意识不到减速车 道的存在而不能及时减速 ：另一方面车辆流出过 慢，将增加主线连接部的长度，增加工程量：当 m值过小时，车道的渐变过快，对于主线上高速 行驶 的转弯 车辆横 向偏移率 过大将容 易发生危 险。所以直接式变速车道应满足渐变率要求 ，并 保证在整个变速车道范围渐变率即车辆行驶的横 向偏移率的一致性。 (下转第1l页) 第4期 魏廷赵：基于强度形成机理的二灰碎石施工控制技术 在高等级道路施工时，由于是厂拌．及时调 整向拌和机中添加的水量， 使含水量略大于最佳 含水量，使混合料运到现场、摊铺整型后碾压 时 的含水量能接近最佳值。 3．4．3控制压实时间 由于二灰稳定碎石是一种缓凝材料 ，延迟压 实时间可增加混合料 中碱性溶液的浓度 ．将有利 于火山灰反应而使早期强度获得显著提高 ．也有 助于消除石灰未消解颗粒 因迟缓消解时的体积膨 胀对密度和强度的不利影 响。因此 ，一般不宜在 混合料摊铺的当 日即行充分压实．而在铺筑 的当 日基本碾压成型 ，必要时适量洒水过夜 、隔日再 行复压密实。 4结语 素的分析可以看出．二灰碎石施工的质量技术控 制对强度的影响是至关重要的 ，通过合理的施工 技术控制 ，可以使二灰碎石的强度充分形成和提 高，进而有力的保障了公路工程质量。 参考文献： [1】贾春香．二灰碎石强度形成机理及阻裂措施[J】．施工 技术．2005．34(4)． [21王 社 ，张建 宏．影响二 灰碎石 路面基 层强 度的 因素 分析[J]．路基工程，2007(2)． [3]赵军辉．二灰碎石组成设计与施工工艺的优化[J]．公 路交通技术，2006(3)． [4]戴建平 ，黄卫 国，宗浩 宇．浅谈粉煤灰的物化性质对二 灰碎石强度的影响[J]．交通科技，2007(1)． 『51王鸿鹏 ．浅谈 高等级路面厂拌 二灰稳定碎石 基层施工 方法[J]_北方交通，2006(5)． [6】李小刚．浅谈二灰碎石的施工质量控制[J]．交通标准 通过对二灰碎石的强度形成原理及其影响因 化，2006(6)· 、 仝：全 ：舍 !全 ：舍 !全 ：全 ：， ：舍 ：舍 !， ：舍 !全 ：全 ：舍 ：舍 ： ：全 ：全 ：全 ：／ ， ：舍 ： ：舍 ：， ：全 ：舍 ! 舍 ：全 ：全 ： ：全 ：， ：，；＼： ， ：全 ： ，：＼：，；＼：，；＼：全 ： (上接第7页) 3结语 与路线连绵几公里甚至几十公里的线状构造 物设计相比．互通立交的设计更多为点状结构的 设计 ．特别是对于市郊平原地区的立交设计 ．地 形地物等客观影响因素相对较少 ．立交设计有相 对较大的 自由度 ：但 由于立交的设计空间也相对 较小，在有限的区域 内必须完成平纵横等设计指 标的变化 ．满足各方 向交通流安全顺畅 的转换 ． 也具有一定的复杂性。 平面线形设计一定程度上就是对汽车行驶轨 迹的模拟 。如何从道路使用者 的角度 出发，充分 考虑驾驶的要求 、做到以人为本 ，在各种复杂的 客观条件下 ，设计 出既能满 足规范 要求 ，又简 单、安全、易识别、行驶舒适、造价经济的立交 线形 ，才是设计的核心。 立交设计是道路设计的控制因素．而平面线 形设计又是立交设计的关键，设计者不仅需要对 立交的总体设计有全面的了解 ．在平面设计阶段 就能充分考虑纵 、横断面等各阶段 的设计要求 ， 更需要在设计中不断积累经验 。充分理解设计规 范 ，灵活运用技术标准 ，才能做出更好的设计。 参考文献： [1】公路路线设计规范(JTG D20—2006)[S]．北京：人 民交 通 出版社 ．2006． [2】[日】日本道路公团．日本高速公路设计要领[M]．西 安 ：陕西旅 游出版社 ，1991． [3】乔 翔，蔺惠如．公路立交规划与设计实务[M】．北 京 ：人 民交通 出版社 ，2001．