基于绿色公路理念的互通立交优化设计

基于绿色公路理念的互通立交优化设计

石林

中交第一公路勘察设计研究院有限公司 陕西西安市 710065

摘要：互通式立体交叉作为高速公路出口和交通流向转换的核心组成部分，其间距设置的大小直接影响主线运行效能、运行安全、服务地方交通的能力、路网整体效能以及建设和管理成本。本文主要基于绿色公路理念的互通立交优化设计，详情如下。

关键词：绿色公路；互通立交；设计

引言

公路和城市道路建设中，互通立交的设置影响项目的建设服务水平，尤其对投资类项目的建设规模和经济效益至关重要，所以互通立交设计中得当的指标选取显得尤为重要。

1绿色公路理念

交通运输部于2016年和2017年相继发布了 《关于实施绿色公路建设的指导意见》 和 《关于全面深入推进绿色交通发展的意见》，要求公路建设项目应以注重生态环境、资源节约、运行高效为目的，创建绿色友好型公路。当前，将绿色公路理念应用到高速公路建设中，有助于推动我国建设美丽中国，更有利于实现碳达峰碳中和目标。公路中的“绿色理念”不仅包括沿路的绿化景观元素，还包括周边自然山水的环境。创建绿色公路应对不同路段如隧道开挖、边坡开挖等采取相应措施，可采取多种景观绿化手段，如应用当地人文景观元素结合本土植物进行造景及延续现状景观等，使得公路能够融入周边环境，形成公路与自然山水的友好对话。

2绿色公路理念的互通立交

关于互通立交的现有相关研究主要为互通立交与既有构造物的间距、互通立交形式选择、变速车道设计、匝道线形设计、交通安全评价以及互通改扩建方案设计等，对于如何解决新建互通立交设计时，从节约资源、绿色建设的角度出发，被交路侧匝道接线设计既满足被交路近期的使用，也避免被交路后期改扩建对互通立交匝道调整设计的问题缺乏研究。

3绿色公路理念的互通立交优化设计

3.1常规预留接线设计

在设计互通立交时，已知被交路现状为双向四车道公路，结合地方路网规划，被交路后期拟改造为八车道，常规采用的设计方法:按照现状双向四车道标准完成匝道流入、流出设计，后期被交路改造八车道时，通过调整匝道起点、终点局部段落的平、纵线形完成与改造后的被交路断面衔接设计。此方法接线简单，线形设计虽已考虑被交路后期改造为双向八车道，但被交路改扩建时需要重新调整匝道端部的接线设计，导致互通立交出入口拆除重建，对于布设较为紧凑的喇叭形互通立交，存在因局部调整匝道后平面线形指标偏低而需改造整个环形匝道的可能性，造成资源浪费的同时，改造施工期间路段需进行复杂的交通组织设计，对被交路的顺畅通行及运营安全造成不利的影响。

3.2互通立交匝道桥梁设计

在做到造型优美的同时，设计应兼顾行车舒适和维护成本低。常规桥梁均设置有支座及伸缩缝，以使桥梁受力更明确、变形协调。但支座、伸缩缝长期暴露于大气环境中容易被侵蚀，同时受车辆荷载、温度力及其他环境因素影响，需要频繁的养护维修。随着我国经济社会的不断发展，公路网日益密集，各公路间的交通转换需求愈加强烈，而桥梁支座、伸缩缝的养护维修需要中断交通或变道交通，影响了交通行业的社会效益与经济效益。再者，作为景区范围的公路，对桥梁景观要求较高，选择的桥梁形式应与生态环境、自然风光协调统一，无支座、无伸缩缝桥梁立面简洁美观。从总体设计理念出发，桥梁结构选用墩梁固结体系。为使桥梁获得轻巧美观的构造比例，上部跨径设计以２０ｍ为主，下部墩高５～８ｍ，桥梁共分４联，每联３～４孔连续刚构。设置成边墩亦刚构的结构形式，免去设置支座及伸缩缝的种种弊端，尤其是解决了弯坡桥设置支座后出现的诸多问题。

3.3纵断面线形

首先是坡长和坡度。纵坡坡长和坡度对交通事故风险有较大影响。当纵坡坡长过长时，会导致车辆行驶过程中频繁制动，且长时间爬坡会引发水箱温度升高；当坡长过短时，会导致行车过程颠簸、视距过短、驾驶员视线不良，易引发交通事故。因此，我国现行规范中规定了不同行车状况下的最大、最小坡长。有研究表明：山地、丘陵及平原地区由于纵坡较大引发交通安全事故的占比分别为25%,18%和7%。可以看出，坡度越大，发生交通事故的风险越大。纵坡路段上坡、下坡发生交通事故的概率均高于平直路段，且当坡度大于2%时，下坡方向的交通事故率要高于上坡方向。其次是竖曲线。竖曲线是在不同坡度的两个相邻坡段内，借助二次抛物线等形式进行路线连接，从而提升行车舒适性，保证行车视距满足要求。在实际工程中，应用较多的两类竖曲线是凹形竖曲线和凸形竖曲线。通常，公路设计速度越大，竖曲线半径也越大。竖曲线半径应大于相邻圆曲线半径，长度也应更长。一般竖曲线半径为平曲线半径的10倍。根据该互通立交合流区初始设计方案可知，匝道、加速车道纵断面设计约束条件。

3.4复合式互通入口多匝道联动控制算法

采用入口匝道控制降低匝道汇入车辆对主线车辆的干扰，提升主线合流区通行能力，降低交通安全风险。匝道控制中，衔接枢纽互通或服务区的入口匝道，若排队长度超过匝道可容纳的车辆数或驶入服务区的车辆超过其容量，都会导致排队回溢至主线，造成安全隐患。而衔接收费站的入口匝道，当排队长度超过容量时，可调整收费站收费车道开放数量，以降低上公路的交通流量，从而减小排队长度。故复合式互通立交可利用匝道信号灯和收费站开放车道数进行协同联动控制。总体思路如下：（1）当主线合流点下游处于低饱和状态时，衔接２个区域的入口匝道均处于开放状态，不启用入口匝道控制和收费站放行流量控制，两组匝道信号灯保持常绿；（2）当主线合流点下游处于高饱和状态时，启用入口匝道控制，调整从匝道进入主线的交通流量，避免对主线交通运行造成严重干扰；（3）当主线合流点下游处于过饱和状态时，暂时关闭入口匝道，以优先保证主线通行；（4）当衔接两个区域的入口匝道排队车辆数仅有一处超过可接受的排队长度时，利用排队长度约束修正匝道调节率，以优先保障此处的交通需求；（５）当衔接两个区域的入口匝道排队车辆数均超过可接受的排队长度时，增大衔接枢纽互通或服务区的匝道调节率，减小衔接收费站的匝道调节率，并通过收费站放行流量控制调整上公路的交通流量，以减少衔接收费站的入口匝道排队长度。

3.5设计交通量

在布置立交的过程中，不但要确保选型契合近期交通量的标准，同时还需要充分考量远景交通量的发展情况。立交的交通量可以划分为多种类型，包括最大小时交通量以及高峰小时交通量。而最大小时交通量所选取的是各个时间产生的最大交通量的组合；而高峰小时交通量是指某特定高峰小时的流量。不容忽视的是，针对立交的型式、匝道的车道数，相关人员要及时依据远期交通量来予以明晰。

结语

互通式立交不仅是公路上不可缺少的组成部分，而且在公路中占有相当重要的位置。公路立交的布局型式选择及设计的合理与否关系着立交本身及整条公路的通行能力是否能达到要求，对道路交通安全、行驶时间的节省和道路功能的提高均有很大影响。它不仅关系到主线的整体规划，还关系到道路的经济价值及周围环境等因素。因此，立交型式的选择需要慎重考虑。然而，对于一座立交型式的确定并不是一个简单的过程，它同时要涉及许多制约因素，且需要协调这些因素的相互关系。

参考文献

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