互通式立体交叉设计与选型.doc

公路互通式立体交叉设计与选型公路互通式立体交叉的设计与选型马家宇 (河南省新开元路桥工程咨询有限公司)一、互通式立交简介1.路线交叉的分类 加铺转角式 公路与铁路交叉 渠化 平面交叉 环形交叉（俗称转盘） 交通信号灯管制路线交叉 公路与公路交叉 分离式立体交叉 立体交叉 公路与管线交叉 互通式立体交叉公路与公路交叉设计时，应采取措施尽可能消灭冲突点或减少改善冲突点。（1）实行交通管制 在交叉口设置交通信号灯或由交通警察指挥，使发生冲突的车流从通行时间上错开。（2）采用渠化交通 在交叉口内合理布置交通岛、交通标志和标线，或增设车道等，引导各方向车流沿固定路径行驶，以减少车辆之间的相互干扰，改善冲突点和分合流点的位置及角度。（3）变冲突点为分合流点 环形平面交叉可以变冲突点为分合流点，进行交织，消灭了冲突点。（4）修建立体交叉 将相互冲突的车流从空间上分开，使其互不干扰。这是解决交叉口交通问题最彻底的办法。2.互通式立交发展概况1928年美国在新泽西州修建了世界上第一座苜蓿叶型互通式立交。由于其社会、经济效益良好，发展十分迅速，到1936年，美国修建了125座互通式立交。我国互通式立交发展较晚且发展缓慢。1955年武汉滨江路修建了我国第一座部分苜蓿叶型互通式立交；1956年北京市郊京密引水滨河路修建了三座部分互通式立交；1964年广州大北路修建了一座双层环型立交。从1988年10月沪嘉高速公路通车至今，中国大陆高速公路走过了18年的快速发展历程，公路互通式立交也随着高速公路得到快速的发展。3.互通式立交分类 3.1 按跨越方式分：上跨式、下穿式、半上跨半下穿式 3.2 按交通功能分：全互通式、部分互通式 3.3 按行车轨迹相互关系分：完全立交型、部分平交型、交织型 3.4 按相交道路数分：两路相交、三路相交、四路相交、多路相交 3.5 按立交层数分：两层式、三层式、四层式、多层式3.6 按收费与否分：收费立交、不收费立交3.7 按相交道路等级分：枢纽互通式立体交叉、一般互通式立体交叉4.互通式立交组成主线、被交线、立交桥、匝道、变速车道、渐变段（过渡段）、出入口、集散车道、辅助车道。5.公路互通式立交的几个概念公路互通式立体交叉分为枢纽互通式立体交叉和一般互通式立体交叉。枢纽互通式立体交叉主要指高速公路与高速公路相互交叉的互通式立体交叉。一般互通式立体交叉则主要指高速公路或一级公路与双车道公路相交叉的互通式立体交叉。高速公路与一级公路、一级公路与一级公路之间相交叉时，一般亦为枢纽互通式立体交叉，但当匝道合并设置收费站时为一般互通式立体交叉。枢纽互通式立体交叉的主要特点是交叉范围内的交通流无交叉冲突，并不得设置收费站，而一般互通式立体交叉则在除主线以外的其它部位可以设置收费站和平面交叉。6.公路立交与城市立交的主要区别6.1.高等级公路一般通过互通式立交来实现收费；城市立交一般不考虑收费问题。6.2 城市立交必须处理非机动车流和行人问题；高等级公路限制非机动车和行人进入，故公路立交一般仅处理机动车问题。6. 3公路立交的间距较大，地物障碍少，多采用地上明沟排水系统。立交形式简单，以二层式为主，但因匝道计算行车速度相对较高，立交占地较大。城市立交相邻间距较小，需要合理解决庞大的自行车流和行人交通，且用地较紧张，受地上和地下各种管线及建筑物的影响大，多采用地下暗管排水并与城市排水系统连接；同时，要考虑施工时便于维持原交通和快速施工等问题，比公路立交更多地重视美观的要求，常作为一种城市景观来设计。城市立交形式复杂、多样，往往做成多层式。二、互通式立交匝道的基本型式匝道的形式多种多样，按匝道与相交道路的关系，分为右转匝道和左转匝道两大类。1.右转匝道右转匝道 如图21所示，从右侧驶出后直接右转约90，到相交道路的右侧驶入，一般不设跨线构造物。其特形式简单，车辆运行方便，直接顺当，行车安全。图2-1 右转匝道示意图2.左转匝道左转匝道车辆需转约270越过对向车道，至少需要一座跨线构造物。按匝道与相交道路的关系，左转匝道又可分为以下几种基本形式。（1） 直连式（又称直接式、定向式或左出左进式） 如图22所示，左转车辆直接从左侧驶出，左转弯，到相交道路从左侧驶入。优点是匝道长度最短，可降低营运费用，没有反向迂回运行，自然顺畅，可适应较高车速。缺点是跨线构造物较多，单行跨线桥二层式二座，或三层式一座，一般车辆左侧高速驶入驶出困难，对重型车和慢速车左侧高速驶入也困难且不安全。因直连式左转匝道存在左出和左进的不利问题，与我国右侧行驶规则不相适应，所以除左转交通量很大外，一般不采用。图2-2 直连式左转匝道（左出左进式）（2）半直连式（半直接式又称半定向式匝道） 按车辆由相交道路的进出方式可分为三种基本形式。 左出右进式 如图23所示，左转车辆从左侧直接驶出后左转弯，到相交道路时由右侧驶入。与定向式匝道相比，右进改变了左进的缺点，但仍然存在左出的问题；匝道略绕行。对应图式三种情况，需设二层式单行跨线桥和双向跨线桥各一座，或三层式双向跨线桥一座，或二层式单行跨线桥一座。图2-3 半直连式左转匝道（左出右进式） 右出左进式 如图24所示，左转车辆从右侧右转驶出，在匝道上左转，到相交道路后直接由左侧驶入。改善了左出的缺点，但左进仍然存在。图2-4 半直连式左转匝道（右出左进式）右出右进式 如图25所示，左转车辆都是右转弯驶出和驶入，在匝道上左转改变方向。完全消除了左出、左进的缺点，行车安全。但匝道绕行最长，构造物最多。图中五种形式应视地形、地物及线形等条件确定。图2-5 半直连式左转匝道（右出右进式）（3）间接式（又称环形式、环圈式） 如图26所示，左转车辆先驶过正线跨线构造物，然后向右回转约270达到左转的目的。其特点是右出右进，行车安全；不需设构造物；造价最低。但最低线形指标差；占地较大；车速和通行能力低；左转绕行较长。环圈式匝道为苜蓿叶式和喇叭式立交的标准组成部分。图中a)为常用的基本形式。图2-6间接式左转匝道（环圈式）三、公路互通式立交常用型式及适用条件互通式立体交叉的基本型式按交叉的岔路数目分为T形、Y形和十字形三种。T形交叉：包括喇叭形、直连式T形。Y形交叉：包括全部直连式匝道的Y形和有半直连式匝道的Y形。十字形交叉：包括独象限式、菱形、苜蓿叶形、半苜蓿叶形、喇叭形、环形、和直连式。1.喇叭形立交： 喇叭形立交是国内外高等级公路最广泛采用的互通立交形式，按主要公路的左转弯出口在跨线构造物之前和之后而分为A型和B型两种，经环圈式左转匝道驶入主线的为A式，驶出时为B式，如图3-1中a和b所示。一般情况下宜采用A型，因地形、地物的限制或左转进入主线的交通量远大于左转驶离主线的交通量时，宜采用B型。但双车道匝道不应布置为环形匝道。由于这种立交的环圈式匝道车速较低，布设时应将环圈式匝道设在交通量小的方向上。主线可上跨或下穿，主线下穿对转弯交通出入口加减速有利，主线上跨时视野开阔，能够看到出入口情况。宜斜交或弯穿。 a、A型 b、B型c、双喇叭图3-1 喇叭形立交喇叭形立交适用于T形交叉或收费公路的十字交叉。双喇叭互通式立体交叉(图3-1 c)适用于匝道上设有收费站的高等级公路之间的一般互通式立体交叉。特点：各转弯方向有独立匝道，完全互通，无冲突点和交织段，行车干扰小，安全度大，线形简单而造型优美。转弯车流一律从主线右侧出入，方向明确。只有一座跨线桥，工程较小。缺点：左转弯匝道绕行路程较长。2. 直连式T形立交直连式T形立交(图3-2)适用出入交通量相对较少或左转弯速度较低的枢纽互通式立体交叉。a、三处跨线桥 b、两处跨线桥图32 直连式T形立交3. Y形立交Y形立交（图33）适用于右转弯速度高，且交通量大的枢纽互通式立体交叉。从交通运行角度考虑，图3-3 b的布置比图3-3a的为优。a、左转匝道全为直连式的 b、左转匝道兼有直连式和半直连式的图33 Y形立交 特点：线形组合紧凑，占地相对较少，直接转向，方向明确，有利驾驶。左转弯车辆从左侧出入，右转弯车辆从右侧出入。 缺点：桥梁结构物多，特别是三层桥方案，高程相差大，引桥较长，路线纵坡较陡，造价高。4.子叶式立交 特点：匝道对称，形成叶状，造型优美，仅一座跨线桥，工程较小。 缺点：有两个内环匝道，且半径较小，左转弯车辆需旋转270度，绕行较长；有一交织段，且靠近主线，于行车不利。图3-4 菱形立交 5.菱形立交菱形立交(图3-5)：形式简单且运行路程短捷，适合于出入交通量较小，匝道上无收费站的一般互通式立体交叉。立交能保证主线直行车辆快速畅通；转弯车辆绕行距离较短；主线上具有高标准的单一进出口，交通标志简单；主线下穿时匝道坡度便于驶出车辆的减速和驶入车辆的加速；菱形立交形式简单，仅需一座桥，用地和工程费用小。但次线与匝道连接处为平面交叉，影响了通行能力和行车安全，只适用于高速公路与次要道路相交的场合。图3-5 菱形立交特点：结构简单，只有一座跨线桥，占地较少，工程费用省；左转弯匝道直捷，车辆绕行路程短。 缺点：有两个平交口。6.半苜蓿叶形立交半苜蓿叶形立交：按匝道布置方式可分为三类，即主要公路的出口在跨线构造物之前的A型(图3-6 a)和出口在跨线构造物后的B型(3-6 b)，以及以主要公路为对称轴布置匝道的A-B型(图3-6 c)。它们适用于出入交通量较小的一般互通式立体交叉。A、B两种型式的选择主要取决于转弯交通的特点和用地条件。转弯交通量不平衡时，应以平面交叉中的冲突最少作为匝道布设象限选择的原则。A-B型只适用于被交路傍依铁路或密集建筑群，或滨河的情况。立交的主线直行车快速通畅；仅需一座桥，用地和工程费用较小；远期可扩建为全苜蓿叶式立交。但次线上存在平面交叉，有停车等待和错路运行的可能。半苜蓿叶形立交中，在不设环形匝道的象限内增加右转弯匝道(图3-6 d)，适用于不设收费站的一般互通式立体交叉。a、A型 b、 B型c、 A-B型 d、 附加右转弯匝道图3-6 半苜蓿叶形立交7. 苜蓿叶形立交苜蓿叶形立交(图3-7 a)：适用于左转交通量较小的一般互通式立体交叉。在苜蓿叶形立交中的直行车道旁增辟集散道(图3-7 b)，可避免转弯车流的交织对直行车流的干扰，但交织依然存在，因而枢纽互通式立交应尽量避免采用这种类型。 a b图3-7 苜蓿叶形立交 特点：各转弯方向有独立匝道，完全互通，转弯车流一律从主线右侧出入，方向明确，无冲突点和交织段，安全度大，线形对称，造型优美。只有一座跨线桥，工程较小。 缺点：左转弯匝道绕行路程较长；四个内环匝道的出入口之间构成两个交织段；整体占地面积较大；左转弯匝道限速较低也不便管理。8.环形立交环形立交：分两层式和三层式两种(图3-8)，相交道路的车流轨迹线因匝道数不足而共同使用，且有交织路段的交叉，它们的特点是用地较省，但承担的转弯交通量有限。因此只适用于转弯交通量较小的交叉。规模较大的平面环形交叉扩容改建时，可采用两层式环形立交。a、两层 b、三层图3-8 环形立交环形立交适用于城市主要道路与一般道路交叉，可以用于5条以上道路的相交。这种立交能保证主线直通，交通组织方便，无冲突点，占地较少。但次要道路的通行能力受到环道交织能力的限制，车速受到中心岛直径的影响，构造物较多，左转车辆绕行距离长。当采用环形立交时，必须根据相交道路的性质进行比较研究，看环道的最大通行能力和所采用的中心岛尺寸能否满足远景交通量和车速的要求。布设时应让主线直通，中心岛可采用圆形、椭圆形或其它形状。 特点：线形简单，造型优美，出入口位置好，内环半径较大，匝道车速较高，行驶方向明确，有利于行车；线形组合紧凑，占地相对较少但随内环半径变化而变化。缺点：左转弯匝道有交织段。9.直连式立交（1）直连式立交：左转弯全部采用半直连式或同时有直连式匝道(即无环形匝道，如图3-9 所示)，适合于各左转弯交通量均大的枢纽互通式立体交叉。图3-9 直连式立交特点：左转匝道直接从主线或交叉线左侧出入；左转匝道转向角较小（90度左右），曲线半径较大，容许车速较高，车辆行程短捷，各向匝道独立设置，无冲突点，无交织段，交通条件优越，安全度高；线形紧凑，造型优美，可以向空间竖向发展，占地、拆迁相对较少。缺点：左转弯匝道从主线左侧出入，不符合司机习惯；跨线桥较多，桥梁工程量大，造价昂贵，施工难度大。（2）涡轮形立交： (图3-9a和b)是直连式立交中左转弯匝道平面指标较低的一种，适用于转弯速度较低的枢纽互通式立体交叉。aa b图3-10 涡轮形立交10.混合式立交左转弯匝道既有环形匝道，又有半直连式匝道(图3-10)。而且应布置在对角象限中。它适用于一个或两个左转弯交通量较小的枢纽互通式立体交叉。 图3-10 混合式立交11.复合式立交当两处互通式立体交叉相距很近而不能保证应有的立交间距时，可将它们复合成一个立交，亦即在被复合的立交的直行车道旁设置分隔的集散道，将出入口串联起来，使主线一个行驶方向上只保留一对出入口或减少某些出入口，如图3-11中a所示。对于出入交通量较大的复合立交（如其中一个为枢纽立交时），应采用匝道间的立体分离等措施来避免所有交织或高速公路间的主流匝道上的交织，如图311中b所示。ab图3-11 复合式立交四、互通立交设计原则和思路1.互通立交设计原则 1.1 线形简单、直接、去向明确、正常 1.2 运转顺适流畅 1.3 行驶安全 1.4 总体经济1.5 构造美观2.互通立交设计步骤在立体交叉设计之前，应收集下列所需设计资料：1 自然资料 测绘立交范围内的1：5001：2000地形图，详细标注建筑物的建筑线、种类、层高、地上及地下各种杆柱和管线；调查并收集用地发展规划，水文、地质、土壤、气候条件资料；收集附近的国家控制点和水准点等。2 交通资料 收集各转弯及直行交通量，交通组成；推算远景交通量；绘制交通量流量及流向图；调查非机动车和行人流量等。3 道路资料 调查相交道路的等级、平纵面线形、横断面形式及尺寸；相交角度、控制坐标和标高；路面类型及厚度等。4 排水资料 收集立交所在区域的排水规划及现状；各管渠位置、埋深和尺寸。5 文书资料 收集设计任务书及有关文件等。6 其它资料 调查取土、弃土和材料的来源；施工单位、季节、工期和交通组织与安全。设计步骤1 初拟设计方案 根据交通量和地形条件，在地形图上或其上覆盖的透明纸上勾绘出各种可能的立交方案。2 确定比较方案 对初拟方案进行分析，应考虑线形是否顺适，技术指标能否满足，各层间能否跨越，拆迁是否合理等，从中选出24个方案进行进一步的比较。3 确定推荐方案 在地形图上按比例绘出各比较方案，完成初步平纵设计和概略工程量计算，做出各方案的比较表，全面比较后确定推荐方案，一般12个。4 确定采用方案 对推荐方案视需要做出模型或透视图，征询有关方面的意见，最后定出采用方案。5 详细测量 对采用方案实地放线并详细测量，进一步收集技术设计所需的全部资料。6 技术设计 完成全部施工图和工程预算。以上14步为初步设计阶段，56步为施工图设计阶段。 3、互通立交设计思路3.1 互通式立体交叉位置选择互通式立体交叉位置的选定所要考虑的主要因素，首先是路网分布情况，所要考虑的设置位置首先是路网系统的主要节点，即主线与沿线主要公路的相交点和与主要交通发生源连接线的相交点。其次是主线和被交叉公路条件，要求交叉范围内的主线技术指标，如出入口端部的视距和主线横坡等，能提供安全的分合流条件并能与匝道顺适连接。被交叉公路则应具有与互通式立体交叉出入交通量相适应的通行能力，并能为交通发生源提供近便的连接。此外，还应考虑地质和地形条件，以及用地、文物、规划、景观和防污染等社会和环境因素。互通式立体交叉位置选择在路线选线时应重点考虑。3.2在拟定互通式立体交叉的形式时，交叉公路的功能、总出入交通量以及是否合并设置收费设施等决定了互通式立体交叉的基本类型。地形、地质、用地规划和施工期间维持临时通车等现场条件、直行和转弯交通量的分布以及是否需分期修建等决定了匝道的具体布局。3.3在路网密度较高的区域，可通过路网中结点交通转换的合理分配，而将某些立交做成非全互通式的(某些岔路间不相沟通，包括平交的转弯在内)。但一旦提供沟通，则应使往返匝道成对出现。3.4 路口不宜过多，以不超过四肢为宜。3.5 应合理利用交叉角度和跨越的优势。3.6 立交形式应前后协调，出口类型最好一致，同时应重视出入口的规划设计，尤其是出口，有条件互通立交应在主线上一个出口，然后在匝道上分流。3.7立交布置应长远规划，近远期结合。五、公路互通立交的选型互通式立体交叉型式的选择是立交建设中重要的前期工作，型式不同，将使整个立交的交通功能、投资、竟观及社会和经济效益等方面均受到影响。立体交叉的布局型式选择及设计的合理与否，对交叉口通行能力的提高、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。（一）影响立交形式选择的因素影响因素可概括为道路、交通、环境及自然条件，具体内容详见下图所示。（二）立交形式选择的基本原则 互通式立交形式选择，应遵循下列基本原则：1 立交的形式首先取决于相交道路的性质、任务和远景交通量等，确保行车安全畅通和车流的连续。相交道路等级高时应采用完全互通式立交，且交通量大、计算行车速度高的行车方向要求线形标准高、路线短捷、纵坡平缓。2 选定的立交形式应与所在地的自然环境条件相适应，要充分考虑区域规划、地形地质条件、可能提供的用地范围、周围建筑物及设施分布现状等。在满足交通要求前提下综合分析研究，力求合理利用地形，与周围环境相协调；力求造型美观，结构新颖合理。3 选型应全面考虑近远期结合，既要考虑近期交通要求，减少投资费用，又要考虑远期交通发展需要。4 选型应从实际出发，有利施工、养护和排水，尽量采用新技术、新工艺、新结构，以提高质量、缩短工期和降低成本。5 选型和总体布置要全面安排，分清主次，充分考虑平面线形指标和竖向标高的要求。高速道路与其它道路相交，原则上高速道路不变或少变，其它道路抬高或降低；城市立交以非机动车道不变或少变，有利于行人及自行车通行。6 选型应与定位相结合。立交的形式随所在位置的地形、地物及环境条件而异，通常先定位后选型，二者统筹考虑。（三）立交形式选择的步骤和要点1.初定立交的基本形式首先选择立交的总体布局，如上跨式或下穿式，完全互通式或部分互通式，二层式、三层式或四层式，机动车与非机动车分行或混行，是否考虑行人交通，是否收费等，在此基础上进一步选择立交的基本形式。表为常用立交形式的选择条件，可供参考。对公路立交在确定基本形式时，应根据各方面的交通量，结合地形、地物、当地交通条件综合考虑而定，并注意以下几点：（1）直行和转弯交通量均大，相交道路的计算行车速度较高并要求用较高的速度集散时，可采用定向式或半定向式匝道。（2）相交道路等级相差较大，且转弯交通量不大时，可用菱形、部分苜蓿叶形或喇叭形。（3）不设收费站的高速公路、一级公路相交时，可用苜蓿叶式。但其规模和用地较大，且应设置集散车道以减少交通堵塞和交通事故。（4） 部分苜蓿叶式有两处相隔较近的平面交叉，对次线直行交通不利。当各向转弯交通量相差悬殊时，应在适当象限内布置匝道，将冲突减至最低程度。（5）苜蓿叶式的环圈式匝道以单车道为宜。若交通量接近或大于单车道通行能力，则应采用半定向或定向匝道。2立交方案的比较有时要有几个立交方案可供选择