（交通运输工程专业论文）公路立交选型与设计方法研究.pdf

摘要 摘要 立体交叉式是伴随着社会经济的增长和汽车工业的发展而产生的一种道路 交通设施。立体交叉是道路的重要组成部分，它能够实现道路之间空间交叉和行 车方向转换，随着我国高速道路的迅速发展，必然要修建大量的立体交叉，以实 现道路之间空间交叉和行车方向的转换由于社会经济的增长，促进了汽车工业 的迅速发展，使道路交通运输量增加很快。此时道路上的一些平面交叉口就成为 行车的咽喉地段，交通拥挤不堪，不断发生堵车现象，通行能力小，车速低，油 耗大，交通事故率高。实际上平面交叉已经越来越不能适应交通量日益增长的要 求。为此，不得不将平面交叉变为立体交叉，使道路交叉向立体化方向发展。在 我国，随着改革开放的深入，在公路上修建了大量的立体交叉，从整体看立体交 叉正在向型式简洁、功能齐全、线形平顺、流畅美观、施工方便方向发展。 本文主要的研究内容包括；介绍国内外立体交叉发展的历程、现状，并指出 了我国立体交叉发展中存在的问题，并确定了本文的研究内容、目的；从立体交 叉的规划、选型、设计方面入手，阐述了如何进行立体交叉的规划和设计，并且 以西固立体交叉为例进行了深入细致的说明。从立体交叉的设置与选型要求方面 对立体交叉的交通功能方面进行了分析，在综合考虑交通量分布的基础上，确定 了互通等级，综合考虑各个方面的因素，进行了立体交叉形式的选择，确定了苜 蓿叶型加连接匝道的集合型的立交方案。本文对西固互通式立交在平面线形设计 思想、纵断面线形设计以及变速车道的设计方面进行了论述，并且对主要工程量 进行了计算，对整个工程进行了经济技术评价。 关键词：立体交叉；选型设计；线形设计；经济分析与评价 摘要 a b s t r a c t h 衄h 姐g ei sa a dt r i m 印o r t 的蜥髓o c 伽l i i 略丽t h 妇o n 呲i c 印w l ha n dd e v c l o p m 舶t o f l h ea l 】t o i n 】d u m y 毒玎o h a n g e i 5 眦i m p o f t a n t p a i to f t h e a d ，i tc a nb e 蒯朗，e db e t w c e nt h e 印a a dn a 伍cd i 鹾= c | 曲咀a n dc r o s so o n v e 巧i ， 丽mt h c 唧i dd 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n 孤de a s yt oc o n 咖c 吐d i r e c 吐o 血 t h i s 咖d yi n c l u d e s ：耻e r c h a n g eo nl h ec 讲l r 踞o f 山嘲o i 皿e n to ft h ed 伽s t i c s t a i l sq u o h 妇曲a n g cd e v e l o p m 髓t 锄dp o i n e d 伽tm ep f o b l 搬st h a te x i 或i no 盯 u n t l 哼姐dt od e 咖m i 雠t h ec t 即to f t h i ss “l d ya i m s ；h t c r 吐趾g e 丘o mm e p l a n ：n i n g s e l 吐o n d e s i 弘，趾d c x p l a i n s h o w t o c o n d u c t t h e 讪m i n g 鼬d d c s i g l l o f t h ei n t e i c h 龇g e a s 眦e 矾m p l eo f m em e t h o d s ，ad c p 血锄dm 嘶c l l l 帆s 甑p l a l l a t i 8 a 砧g i v e n 缸x i g i li n 把取血a n g e h t e r c h a n g cf 而m 曲咕to f 髓q u i r 朗n c n t sa n d l 硎o nf h m m o n sf b rm ei n l e 北h a n g eo f n a 蚯c 距a l y s i shc o n s i d 稍l 硒no f t h e d i 蛐叫o no f 蛐cb a s e do nt h ca h a n 窘e 幻d 蛐锄i n cg i a d e sc 帆s i i 血掘i n o no f v a l i o 啦白c t 0 幡虹s o f c h 妇蠡a d c 蛔m m e d 啾o f a l 向渤l e a f - p h i 毫哆p c o f i 址咖c h 锄g e 衄pc o 删c t i n gp 如雪咖m ht h i sp i i p l e i nx i g uh t e 尬h a n g eh r i z o n t a l a l i g 衄c 址d e s i 弘，p i o 丘k a l i 鲫觑i ti ) e s i g n 觚dm cd e s i 弘o f t h ee 】q 的s m s p e e d l a n e 姐dl h ec a l 印蜥o no f i h em a i n 删鳅，山ce c 讲旧m i ca n dt h n i c a lc v i d m 虹o no f 曲峙w h 出p i o j e c t k e yw o r d s ： b t 咖c h a n g c ；s e k t i a n dd c s i 弘；g e 伽e t r i cd e s i 驴： 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝作者签名，丧 t 日期；2 p 刁年乎- 月厶日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名；，日j j 压 指导教师签名 日期：且司年中月f 2 日 日期； 呷年年月日 第一章绪论 第一章绪论 立体交叉( 简称立交) 是利用跨线构造物使道路与道路( 或铁路) 在不同标 高相互交叉的连接方式。 高速道路与城市快速路( 通称为高速道路) 是交通运输现代化的主要标志之 一。立体交叉是高速道路必不可少的重要组成部分随着我国高速道路的迅速发 展，必然要修建大量的立体交叉，以实现道路之间空间交叉和行车方向的转换“】 立体交叉是伴随着社会经济的增长和汽车工业的发展而产生的一种道路交通 设施。由于社会经济的增长，促进了汽车工业的迅速发展，使道路交通运输量增 加很快，此时道路上的一些平面交叉口就成为行车的咽喉地段，交通拥挤不堪， 不断发生堵车现象，通行能力小，车速低，油耗大，交通事故率高实际上平面 交叉已经越来越不能适应交通量日益增长的要求。为此，不得不将平面交叉变为 立体交叉，使道路交叉向立体化方向发展 1 。1 公路立体交叉的交通特点 公路立体交叉能够最大限度地减少行车干扰，吞吐交通量，能够使车流渠化， 通量通行能力大、车速快、油耗小、交通事故率低，能够更安全，更节约时问， 能够充分地发挥道路的功能嘲。 1 。2 国内外立体交叉的发展 1 2 1 国外立体交叉的发展 上世纪2 0 年代初，新建城市中构想采用多层、空间交叉的高效快速交通系统 已在国外提出并建成。追溯道路立体交叉的演变和发展，从构想到现实，从平面 到空间，发端于城市道路，发展于高速道路。 早在上世纪2 0 年代，美国就开始修建立体交叉。1 9 2 8 年美国在新泽西州的两 条道路交叉处修建了第一座公路立体交叉，如图卜1 该立体交叉为全苜蓿叶式， 平均每昼夜通过的交通量达6 2 5 0 0 辆，高峰小时交通量达6 0 7 4 辆。1 9 3 0 年在芝加 哥建成了第一座拱式立体交叉桥，到1 9 3 6 年已建成1 2 5 座立体交叉。随后，为适 应交通量日益增长的需要，美国在洛杉矶建成一座四层半定向式立体交叉，使立 体交叉开始向多层定向型发展，如图卜2 。该立交第一、三层分别为两对左转匝道， 第二、四层为直行车道。最上层高出地面1 4 。4 m ，最下层低于地面6 。5 m 。正线计 算行车速度为9 6 k m h ，匝道计算行车速度为5 5 h h 。每昼夜通过的交通量为 7 5 0 0 0 1 0 0 0 0 0 辆，耗资约2 8 0 万美元。 1 9 3 1 年1 9 3 5 年，瑞典在斯德哥尔摩建成了著名的斯鲁先立体交叉，该立交 采用了3 个小环道的部分苜蓿叶式立交解决交通问题。 德国，自二战前就开始修建高速公路，战后继续修建，其标准和质量之高是 举世闻名的。由于高速公路是不收费的，因此，从1 9 3 5 年开始修建了大量的苜蓿 第一章绪论 2 叶式或部分蓖蓿叶式立体交叉，这种立交只需修建一座跨线构造物，匝道可以用 土方来填筑，降低了造价，而且适宜于分期修建，使部分苜蓿叶式立交宜于改建 为全苜蓿叶式立交。例如德国a 6 高速公路上就有2 0 多座立交，几乎全是苜蓿叶 式。如图卜3 所示图中a ) 为已建成的全苜蓿叶式立交；b ) 为近期已建跨线构 造物，远期建成全苜蓿叶式立交；c ) 为近期三路立交，远期四路全苜蓿叶式立交： d ) 为近期部分苜蓿叶式立交，远期发展为全苜蓿叶式立交。以上四座立交包括远 期修建部分，均设有集散车道，而且远期都为全苜蓿叶式立交。e ) 和f ) 都为近 期一次建成的部分苜蓿叶式立体交叉 图卜1 图卜2 第一章绪论 如图卜4 为德国a 6 和a 8 1 高速公路相交处的部分苜蓿叶加定向匝道式立交， 设有集散车道，整个立交布置紧凑，线形十分流畅。 a 9 c a 7 3 图卜3 德国加高速公路部分立体交叉 第一章绪论 4 1 9 3 6 年，加拿大在安大略省别尔里格顿城附近的公路上建成第一座三路喇叭 式立体交叉。1 9 3 7 年在克列奇特港城附近的米德尔鲁乌德公路与1 0 号干线公 路相交处修建了一座圈苜蓿叶式立体交叉。1 9 3 8 年又在又在阿尔里格顿城附近建 成第一座四路环形立体交叉，上跨为一条铁路。 二次世界大战后，随着汽车保有量的急剧增加，人类活动时空观的转变，要 求运输方式的快速化，使高速公路应运而生由于传统的平面交叉已不能适应高 速公路交通特性的要求，代之而起的是空间立体交叉的空间分配模式上。上世纪 图1 - 4 德国温斯堡立体交叉 5 0 年代开始，美、英、法、德和日本等国开始大量修建高速公路，立体交叉向多 层化发展。进入6 0 年代，澳大利亚、西班牙、墨西哥、加拿大、捷克斯洛伐克、 南斯拉夫以及一些发展中国家也加入了大量修建立体交叉的行列。到目前，各国 陆续地修建了大量的立体交叉，并逐步地形成了不同的特色和风格。比如，美国 国土辽阔，立交型式众多；日本国土狭窄，近7 0 的立交型式是喇叭形或组合喇 叭形；英国则以环形为主，特别是小环岛立交。国外立体交叉正向着多层定向式 发展。 1 2 2 国内立体交叉的发展 我国修建立体交叉的起步较晚，首先从解决城市道路交叉口的交通问题开始 的，1 9 5 5 年在武汉滨河路上建成第一座部分苜蓿叶式立体交叉1 9 5 6 年，北京开 始在京密引水工程滨河路上修建三座部分苗蓿叶式立体交叉。1 9 6 4 年，广州市在 北大路建成第一座双层环形立体交叉，该立交在1 9 8 6 年又改建为三层环形立体交 叉。 从上世纪7 0 年代初开始，北京市在二环路上先后修建了十几座立体交叉。西 直门三层环形立交下层为二环路直行机动车道，中间层供行人与非机动车行驶， 上层供相交道路直行车道及所有转弯车辆行驶。另外，二环路上的建国门立交和 复兴门立交均为全苜蓿叶式，其中，建国门为三层长条全苜蓿叶式立交，机动车 与非机动车在不同标高的平面上行驶。 第一章绪论 5 1 9 8 4 年1 2 月动工、1 9 8 8 年1 0 月建成通车的沪嘉高速公路，是我国大陆第一 条最早建成的通车的高速公路1 9 8 4 年6 月动工、1 9 9 0 年8 月建成通车的沈大高 速公路，长3 7 5 k m ，为我国大陆第一条最长的高速公路。到1 9 8 8 年，我国高速公 路通车里程己达6 2 5 8 公理，在这些公路上修建了大量的立体交叉。另外，北京、 天津、广州、沈阳、南京、上海、西安等城市，为了改善城市交通，修建了许多 全立交或部分立交的环城高速公路；为了改善一些交通量大，阻塞严重的一些交 叉口的问题，也都修建了立体交叉。如：沈大高速公路设有2 5 座立体交叉，天津 市中环路全长3 4 4 9 h ，设置了8 座立体交叉，广州环市路全长7 3 i 【m ，设了三座 立体交叉。到1 9 9 8 年，北京市共修建立体交叉1 6 5 座。 3 公路立体交叉的发展方向 我国立体交叉的规划与设计，尽管起步较晚，但发展速度是举世瞩目的。从 整体来看，立体交叉正在向型式简洁、功能齐全、线形平顺、流畅美观、施工方 便方向发展，要求跨线构造物材料轻质、高强、便于拼接。规划设计向全面合理， 利用智能型c a d 技术向自动化方向发展。线形设计向灵活、方便的曲线型设计方 向转变。旖工向快速简便、工业化制造的方向发展。能够与国家和当她的公路网 发展规划相协调，立体交叉更多地做为一个景观，一个城市的现代化的重要标志。 这些方向将是我国立体交叉发展的趋势 1 4 目前存在的主要问题 立体交叉的发展是随着高速道路的迅速兴起而逐步发展的。高速道路的兴起 标志着我国经济建设的持续、稳定、快速发展的成就，立体交叉的产生标志着人 们对道路交叉认识上的飞跃，即道路交叉决不是道路偶然相交形成的简易道口， 而是处理和组织交通运行手段的必然产物。国外在高速道路建设的初期提出的立 交形式是多种多样的，但是大多是自发和凭经验的，还没有形成设计理论，尤其 是立体交叉的规划尚处于经验阶段，未形成科学的、实用的规划理论。我国立体 交叉发展过程中需要在下面几个方面进一步研究和总结： 1 虽然我国开始修建高速道路的时间较晚，但是经过我们几十年地发展，高 速道路及其组成部分立体交叉的规划与设计，经过大量的实践、经验积累和理论 研究阶段，其理论已逐渐趋于成熟，但是还需要在立体交叉的规划原理和设计方 法上有更新地突破。 2 由于汽车在立体交叉的匝道上处于变速行使状态，即车速是由高到低再到 高的变化过程，匝道的平面线形必须适应这种变速行使要求，因此，还需要进一 步研究匝道的平面线形设计原理。 3 远景出入交通量及其流向流量图( 或表) 是立体交叉规划和设计的重要依 据，但目前交通调查资料缺乏，科学的交通预测和交通流向分析方法还有待深入 第一章绪论 6 研究 4 我国虽然已经制订了一些立体交叉的规划和设计标准，但是我们还要大量 参考国外资料和标准，使规划设计无法统一管理，线形设计指标掌握尺度不一， 有些直接引用的指标与我国国情不符，急需制定统一的、较全面的立体交叉规划 和设计标准，这就需要通过实践不断总结和完善。 5 在立体交叉设计和施工中，提倡采用新技术、新工艺、新产品、新设备等， 以解决复杂的斜、弯，坡等问题。同时，应注重结构的轻巧、造型的美观、设备 的完善、绿化的艺术以及与环境的协调等问题。尤其是对城市立体交叉，应该做 到新颖、飘逸、简洁、优美，对绿化工程必要时应视作景观来专门设计 6 立体交叉是一项复杂的工程，设计时图表数量多，计算量大，需要尽快研制 开发更科学、更实用的立交c a d 系统 7 匝道出入口的连接，以及匝道长度对交通安全的影响，我们还要做进一步 地研究和分析探讨。 1 5 本论文研究的主要问题及其研究意义 本论文主要针对以下几个内容进行了研究： 1 就立体交叉的设置与选型要求进行说明，对立体交叉的交通功能进行分析， 确定立体交叉不同组成部分通行能力的计算方法，针对立体交叉设计所包括的内 容，对立体交叉不同设计阶段中“需要解决的问题”进行理论阐述。 2 对互通式立体交叉匝道的平面线形、纵断面线形的重点设计原则、技术标 准以及设计方法加以阐述；对匝道端部和变速车道的设计要点进行分析，从而为 互通式立体交叉工程的设计提供新的理论依据 3 通过研究该互通式立体交叉的主要问题，运用本文提出的理论与观点，结合 西固互通式立交的特点，在综合考虑交通量的分布情况的基础上，确定适合的互 通等级；综合考虑各方面的因素，进行方案的比选，提出推荐方案 4 按照互通式立体交叉的一般设计原则、技术标准和设计方法，对西固互通式 立体交叉设计方案的平面线形设计思想、纵断面线形设计结果以及变速车道的设 计取值三个方面的内容进行论述，计算出其主要工程量，并对整个工程进行了经 济、技术评价。 1 6 研究方法及技术路线 扎本论文将按照下述步骤进行研究： ( 1 ) 研究互通式立体交叉的设计理论 ( 2 ) 进行方案设计与评选 ( 3 ) 对所选方案进行几何设计 ( 4 ) 工程量计算和方案评价 b 具体的技术路线见图卜5 第一章绪论 1 7 本章小结 7 本章主要说明公路立体交叉的交通特点、发展状况、国内外研究现状、目前 存在的主要问题、本论文研究的主要问题及其研究意义，最后说了一下研究的方 法和技术路线 图1 _ 5 技术论文路线图 第二章公路立交的设计理念与评价方法 第二章公路立交的设计理念与评价方法 8 2 1 公路立交的设计理念 甘肃省是一个多山的省份，规划和设计时要本着“繁荣当地经济、节约投资、 减少占用土地、线形优美、美化当地环境”的设计理念。 减少占地和节约投资方面：根据国家和地方的路网规划，根据立体交叉的总体 设计情况，采用不同的线形组合，在适应当地地形的情况下，满足近期和远期交通 量分布的情况下，进行合理布线，优化线形设计，最大限度地减少工程数量，尽量 减少占地，根据资金情况，分期实施，以达到少占土地、节约投资的目的。 线形优美方面：在保证立交主题完整的情况下，在保证能够满足交通量及行 车技术标准的情况下，选用合理的线形组合形式，对设计方案进行优化，设计出 线条优美流畅的立交线形，给人以视觉的享受。 繁荣当地经济：在立交的位置选择时，要考虑当地的矿产资源分布情况、当 地企事业分布情况、土地使用情况、当地的地形条件以及路网规划情况，合理选 择布设地点和立交形式，与当地的自然景观相协调，并且符合环保的要求。以达 带动当地经济起飞、繁荣当地经济的目的。 2 2 公路立交的规划理念 道路立体交叉的规划布局合理与否，对交叉口通行能力的提高、交通的安全、 行使时间的节省和道路功能的发挥有很大影响。它不仅关系到道路所在地区的整 体规划，还关系到道路的整体使用效果、道路的经济价值和道路的环境等。因此， 在规划设计道路的立体交叉时，必须综合交通条件、自然条件、社会条件等多方 面的综合因素进行比较确定 2 2 1 立体交叉的规划调查 包括交通调查、社会经济的调查、自然条件的调查。 2 2 2 立体交叉的交通流量预测 交通预测是预测技术在交通领域的应用，是对规划期内的公路运输发展做出 的科学估计，通过对过去和现有交通运输网的组成和特性进行分析，进而推知未 来区域运输网上交通流量构成和分部特征。应当强调的是道路运输发展预测应以 社会经济发展预测为基本依据。 2 2 3 交通发生吸引预测 小区交通出行总量( 交通发生、吸引量) 是社会经济发展对交通运输需求的 具体反映。发生交通量或吸引交通量与区域的经济、人口、汽车保有量等密切相 第二章公路立交的设计理念与评价方法 9 关。交通发生吸引预测的常用方法有：增长率法、相关分析法、强度指标法等。 2 2 4 交通分部预测 趋势型交通量分部预测通常有现在状态法和综合模式法两种。 2 2 5 高速道路交通量分配 包括新增交通量、转移交通量、路网交通量分配、互通式立交转弯交通量的 推算。 2 3 立体交叉的作用、组成及特性 2 3 1 立体交叉的作用 2 3 1 1 一条高速道路上的立体交叉 高速道路是社会经济发展的必然产物，是道路交通运输现代化的重要标志。 作为高速道路出入口的立体交叉是高速道路的门户，只有通过这些立体交叉才能 出入高速道路。因此，立体交叉在一条高速道路上起着吞吐交通量的作用，而交 通量的大小又直接关系到修建高速道路的经济效益。立体交叉起着梳理及控制车 流的作用，通过高速道路出入口的立体交叉使全部车流渠化，这是高速道路营运 安全的关口，因此，出入口处的立体交叉高速道路上处于十分重要的位置 由于高速道路是全封闭的，因此，高速道路正线本身通过某一地区，对该地 区并无实际意义，只有高速道路出入口的立体交叉设在何处，才有重要意义。高 速道路出入口附近的地区受益最高。据调查，日本有8 0 的先导产业分布在高速 道路的出入口附近，其产品和原材料几乎全部通过高速道路运输。这是因为出入 口处是交通中心，运输十分方便。另外，因沿线产业以及配套设施的建立，也会 促使区域人口的就业问题得以解决，使经济发展更加活跃。 2 3 1 2 单个立体交叉 采用立体交叉是解决平面交叉口交通问题最彻底的方法。在道路网中，各种 道路纵横交错，必然会形成许多交叉口，交叉口是道路系统的重要组成部分，是 道路交通的咽喉。相交道路交通的各种车辆和行人都要在交叉口汇集、通过和转 换方向，由于他们之间的相互干扰，会使行车速度降低，阻滞交通，通行能力减 小，也容易发生交通事故。 进出交叉口的车辆，由于行使方向的不同车辆与车辆的交错方式也不相同， 可能产生的交错点的性质也不相同。其中。以直行与直行、左转与左转以及直行 与左转车辆之间所产生的冲突点，对交通的干扰和行车的安全影响最大。因此， 在交叉口设计中，应尽量采取措施，减少或消灭冲突点。在交叉口采用立体交叉 是消灭冲突点最有效的措施。它将相互冲突的车流从通行空间上分开，使其互不 干扰，为高速、安全、大量行车提供了可靠保障。据调查，设置立体交叉后，行 第二章公路立交的设计理念与评价方法 车速度和通行能力，要比相同规模的平面交叉口提高2 5 3 倍。 对于城市道路的立体交叉，还可以使行人和非机动车辆之间以及二者与机动 车辆之间，最大限度的减少或消除干扰，即保证了机动车辆的行使速度，又保证 了行人和非机动车辆的安全。同时，采用立体交叉，可以不设置交通信号灯或交 通警指挥，减少了交通管理费用。 另外，对设计新颖、施工先进、绿化良好的立体交叉，也可以作为某地区或 某城市的代表工程，反映建设的成就、现代化的气氛，或作为一种人工构造的景 观，来点缀环境 2 3 2 立体交叉的组成 立体交叉通常由跨线构造物、正线、匝道、出入口以及变速车道等部分组成， 如图2 1 所示。 田2 1 立体交叉的组成 1 跨线构造物 它是立体交叉实现车流空阃分离的主体构造物，指设于地面上的跨线桥( 上 跨式) 或设于地面一下的地道( 下穿式) 。 2 正线 它是组成立体交叉的主题，指相交道路( 含被交道路) 的直行车道，主要包 括连接跨线构造物两端到地坪标高的引导和立体交叉范围内引道以外的直行路 段。根据相交道路等级，正线可分为主要道路( 简称主线) ，一般道路或次要道路 第二章公路立交的设计理念与评价方法 ( 简称次线) 。 3 匝道 它是立体交叉的重要组成部分，是指供上、下相交道路的转弯车辆行使的连 接道，有时也包括匝道与正线或匝道与匝道之间的跨线桥( 或地道) 。按其作用可 分为右转匝道和左转匝道两类。 3 出口与入口 由正线使出进入匝道的道口为出口，由匝道驶入正线的道口为入口。 4 变速车道 为适应车辆变速行使得需要，而在正线右侧的出入口附近增设的附加车道。 它可分为减速车道和加速车道两种，出口端为减速车道，入口端为加速车道。 5 辅助车道 在高速道路立体交叉的分、合流附近，为使道路与高速道路车道数平衡和保 持正线的基本车道数而在正线外侧设置的附加车道。 6 匝道的端部 是指匝道的两端分别与匝道的正线相连接的道口，它包括出入口、变速车道 和辅助车道等 7 绿化地带 在立体交叉范围内，由匝道与正线或匝道与匝道之间所围成的封闭区域，一 般用于美化环境的绿化地带，也可布设排水管渠、照明杆柱等设施 8 集散道路 在城市附近，为了减少车流进出高速道路的交织和出入口数量，可在高速道 路的一侧或两侧设置与其平行切分离的专用道路。 立体交叉的范围，一般是指各相交道路端部变速车道渐变段顶点以内所包含 的正线、跨线构造物，匝道和绿化地带等的全部区域。 除以上主要组成部分外，也包括立体交叉范围内的排水系统、照明设备以及 交通工程设旋等。对城市道路立体交叉还应包括人行道、非机动车道和各种管线 设施等。对于收费立体交叉还应包括人行道、非机动车道和各种管线设施等。对 于收费立体交叉也包含收费站、收费广场和服务设施等 2 3 。3 公路立交与城市道路立交的特征 公路上的立体交叉和城市道路上的立体交叉，在其作用、主要组成部分和设 计方法方面是基本相同的。但是由于受地形、地物、用地以及收费制式等环境条 件的影响，使得二者之间又有一些区别，设计的主导思想各具特色。了解他们之 间的不同特征，对于指导立体交叉的规划与设计具有非常重要的意义。概括起来， 公路立交和城市道路立交的不同特征表现在一下几个方面： 第二章公路立交的设计理念与评价方法 1 2 1 公路上一般为收费立交，可供选择的型式较少；而城市道路上的立交一般 不收费，可供选择的型式较多。 2 公路立交一般不考虑行人和非机动车交通，立交形式简单，以二层式为主； 而城市道路立交必须考虑行人和非机动车交通，立交形式复杂，以多层式为主。 城市道路上最突出的问题是庞大的自行车流和行人交通，如果要把机动车、非机 动车和行人交通全部分离、互不干扰，城市交通立交的层数至少应为三层以上， 形式更为复杂。而高速公路一般为汽车快速、安全、直达运输服务，对少量的行 人和非机动车可由辅道和通道组织交通。因此，在城市道路立体交叉设计中，对 非机动车和行人交通必须予以特别重视，合理解决。 3 公路立交一般间距较大，相互之间相互干扰较小；而城市道路立交的间距 较小，匝道不易布置，相邻立交之间影响较大。在城市道路上，当有多个连续路 口时，一般距离在6 0 0 8 0 0 m 之间，如果都采用立体交叉，由于距离较近，会造 成匝道布置不下，或导致指示标志无法设置；若主要路口设置立体交叉，次要路 口采用平面交叉，一旦平面交叉口发生交通堵塞往往影响到立体交叉的正常运行。 同时，平面交叉口车辆的横穿，也会影响主线车辆的行车速度，使主线通行能力 下降。有时为了降低工程造价，相邻立体交叉之间需要下降或抬高到地表面，造 成行车上下起伏不平顺。因此，在立体交叉的规划和设计时，应对一条道路上的 立交全面分析，统一考虑，不应孤立的为解决某一交叉口的交通问题而设置立体 交叉。 4 公路立交的计算行车速度比城市道路立交的高，相应的地形指标高，占地 面积也大。 5 城市道路立交用地限制较严，往往采用非标准型立交；而公路立交用地限 制较松，多采用标准型立交。 6 城市道路立交受地上、地下各种建筑物和管线影响大；而公路立交受这方 面的影响一般较小。通常，在城市道路的交叉口处地上建筑物( 尤其是高大建筑 物) 及各种杆柱较多，而在地下各种管线纵横交错，也有部分人防工程，使得拆 迁数量大、费用高，非建安费有时达5 0 以上，并增加了立体交叉设计的难度 7 城市道路立交比公路立交更多地考虑重视美观问题。城市道路立交除满足 交通功能外，还应符合市政建设景观方面的要求。在结构上要求简洁、轻巧、线 条连续；在外观上要求新颖、漂亮、飘逸等，并与周围环境协调统一。 8 城市道路立交设计须考虑施工时，在狭小的场地条件下，便于维持原有交 通和进行快速施工；而公路立交施工时场地多不受限制，交通组织也较方便，只 需注意适当的工期即可。 9 城市道路立交比公路立交的排水系统更为复杂。城市道路立交多采用地下 第二章公路立交的设计理念与评价方法 管渠排水，并与城市整体排水系统相连，有时需要设置泵站提升排水；而公路立 交多采用地上明沟排水，相对比较简单。 1 0 城市道路立交比公路立交更为注重绿化。公路立交绿化一般注重对通过交 通车辆的引导作用，而城市道路立交则更注重于对立交的美化，使之成为城市的 象征或景观之一 2 4 立体交叉的评价方法 互通式立交方案综合评价是立体交叉设计的一个重要环节和基础性工作。立 交设计的好坏，关键是看立交方案选择的合理性，一个不合理的立交方案，其细 部设计地再好，最终设计结果也是不能令人满意的立交方案综合评价的目的是 通过方案的综合评价，寻求技术上、经济上最合理的立交形式，使立交在道路网 中发挥更大的社会效益和经济效益。 2 4 1 评价方法的选择 评价是一个多目标、多层次的分析过程，它涉及到对方案的功能、技术、经 济、管理和环境等诸多因素的综合分析和比较，以选择整体最优或较优的立交形 式。 在多目标决策中，由于各因素是相互影响的，很难通过直接判断得到决策结 果，必须借助一定的决策方法进行方案评价。关于多目标决策法，目前还未找到 一种理论和实用上完全可行的方法，因为一些影响因素很难量化，有的甚至是不 可量化的，各因素间很难权衡比较，加之评价的主观影响难以完全消除，使得科 学、合理、实用的评价方法有待进一步研究。但有两种评价方法是目前国内外普 遍使用的方法，既是层次分析法和模糊综合评价方法旧旧” 2 生2 建立评价指标体系 立交方案综合评价的目的是从一些可比方案中，通过比选出最优或较优方案， 供设计采用或供决策者参考。评价指标就是立交方案比较的准则，是衡量总体目 标的具体标志。影响立交比选的因素是多方面的，而每一个方面都可能成为一个 评价指标，因此，要建立一个全面、科学、合理而又实用的评价指标体系，对立 交方案的综合评价是非常重要的。 通常要求指标应是全面的，紧紧围绕预定目标，找出所有可能作为评判标准 的指标，经仔细分析研究后建立评价指标体系。要求指标尽可能相互独立的，联 系不过密，避免或减少重复。要求指标又是实用的，应能从实际情况出发，便于 应用和便于使用者理解 根据以上原则，在征求了规划、设计、教学科研等方面专家的意见的基础上。 借助于层次分析法的原理，建立了综合评价指标体系。 第二章公路立交的设计理念与评价方法 2 屯3 立交方案综合评价步骤 三级评判过程，确定部分指标层数据； 二级评价过程，确定准则层各指标数据。 2 4 4 立交方案的其它评价方法 立交方案的评价指标除了上述两种综合评价方法以外，还可以选用分项平分 法和技术经济比较法 分项评分法： 分项评分法是对每个立交方案所支出的费用和建成后所带来的效益，分项打 分计算评价，按最后的评定的总积分，选定最佳立交方案。支出的费用是指建设 费用和使用费用，主要包括建筑费用、征地拆迁费用、营运费用、养护维修费用 和使用管理费用等，这些费用是用货币值表示。建成后带来的效益，主要包括通 行能力、车速服务水平、安全性和舒适性等，这些指标很难用货币表示，因此对 于费用和效益不同质的量进行比较，可按立交方案各比较项目的分项评分，按照 比较项目的重要程度规定统一的分项指数，经折算后按积分进行方案选择。在具 体评价时，根据实际情况可采用上述全部比较项目或选用各类中的部分比较项目。 对于比较项目的分项指数，可根据具体条件作适当的调整。 技术经济比较法 技术经济比较法是直接计算各立交方案的技术指标、使用指标和经济技术指 标，列成数表逐项进行对比和分析。该法是设计人员常用的方案比选方法。 2 5 本章小结 本章按立交规划步骤来说明现有的设计理念；立体交叉的作用、组成和特性； 以及立交方案选择的评价方法。 第三章立体交叉的选型 第三章立体交叉的选型 立体交叉的形式很多，它们各具特色，分别适用于不同的场合一个立交形 式的选择和设计，不仅关系到能否顺利地起到吞吐交通流量的作用，能否更好地 梳理和控制车流，保证交通安全，能否与周围环境相协调，能否更好的减少土地 占用，获得更大的经济效益。尤其是在山区，地形地势和周围环境的要求更为明 显。 3 1 影响立体交叉定位的因素 道路立体交叉的位置应根据道路网规划、交通特征及技术经济条件，在保证 主线交通快速顺畅的前提下而布置。在确定具体位置时，需考虑对主线交通量的 分散和吸引作用、立交与其它设施的关系以及主线的线形等因素“m 立体交叉的交通性质和交通量分配 具有足够的通行能力，集散附近道路上的交通 与主要交通量发生源的市镇、工业区、港湾、游览胜地等地点的连接应短捷、 通畅。 分配到附近道路网的交通量应适当 应结合道路网规划考虑新建连接线方案，对现有道路进行改造。 城市互通式立交的连接道路应尽量避免直接通向交通复杂的市中心街道，而 应选择市区外围道路与其连接。 交叉点周围的次要道路不允许直接引入互通式立交，尽量减少立体交叉的出 入口，避免分散驾驶员的注意力，保证主线交通。 与其它设施关系 互通式立交之间或互通式立交与具有出入口的其它设施，或与行驶条件较差 的路段之间应有合适距离( 如表3 一1 ) 与地形、地物的关系 尽量选择平坦开阔，她质良好、拆迁较少且施工条件较好的地点。 主线线形 从接线、超高、视距、行车安全等方面考虑； 在总体设计时，应综合考虑立交与主线的线形。 3 2 立体交叉的分类 3 2 1 按相交道路跨越方式划分 立体交叉按相交道路跨越方式可化分为上跨式和下跨式两类，如图3 一l 所示。 第三章立体交叉的选型 表3 - 1 1 6 最小间距( 硒) 名称 一般值 低限值 互通式立交与服务区 53 互通式立交与停车场 互通式立交与公汽停靠站 41 5 互通式立交与隧道 上跨式： 用跨线桥从相交道路上方跨过的立交方式，如图3 - 1 a 所示上跨式立体交叉 的主线高出地表面，施工比较方便，造价较低，因下挖较小，与地下管线干扰小， 排水容易处理。其主要缺点是占地较大，跨线桥影响视线和周围景观，引道较长 或坡度较大，不利于非机动车交通行使。 固3 1 下穿式： 用地道( 或隧道) 从相交道路穿过的相交方式，如图3 1 b 所示下穿式立体 交叉的主线低于地表面，占地较少，立面易处理，立交构造物对视线和周围景观 影响较小，如果机动车道与非机动车道按规定分别采用不同的净空高度，那么， 非机动车道的引道纵坡较小，对非机动车交通影响不大其主要缺点是施工时地 下管线干扰较大，捧水困难，施工工期较长，造价较高，养护管理费用大。 对于上跨式或下穿式立体交叉的具体选用，要根据地形、地质、经济、排水、 施工及其与周围环境的协调等各种条件来决定。一般来说，上跨式立体交叉易用 于乡村及城郊用地宽裕、地面建筑物干扰较小的凹形地带。而下穿式立体交叉多 用于城市地区用地较紧、地面建筑物干扰较大的凸形地带公路立交的主线上跨 或下穿，还应考虑填挖方数量和工程造价等因素综合确定。 第三章立体交叉的选型 3 2 2 按交通功能划分 立体交叉按交通功能可化分为分离式立体交叉和互通式立体交叉两类。 分离式立体交叉 仅设跨线构造物( 跨线桥或地道) 一座，使相交道路空间分离，上下道路间 无匝道连接的交叉方式。这种类型立体交叉结构简单，占地少，造价低，但是相 交道路的车辆不能转弯行使，只能保证直行方向的车辆空间分离行使 分离式立体交叉主要适用于直行交通量大，转弯车辆少，可不设置转弯车道 的交叉处；道路与铁路交叉处；高速道路与其它各级道路相交叉时，除在控制出 入的地点设置互通式立体交叉外，均采用分离式立体交叉；一般等级道路之间交 叉时，因场地或地形条件限制时，可采用分离式立体交叉，以减少工程数量，降 低造价。 在布置分离式立体交叉时，应使主要道路的设计标高保持不便或稍有变化为 宜：结合地形条件和工程数量的大小，等级较低 互通式立交 1 ) 完全互通式立交 按轨迹在空间完全分离；匝道数与转弯方向数相等，各转弯方向都有专用匝 道；无冲突点，行车安全；通行能力大；立交占地面积大、造价高适用于高速 道路之间及高速道路与其它等级较高的道路相交。 2 ) 部分互通式立交 相交道路的车流轨迹线之间至少有一个平面冲突点；取消部分转弯方向；形 式简单，仅需一座跨线构造物；占地小，造价低；存在平面交叉，对行车干扰大 适用于高速道路与次要道路相交，或个别方向的交通量很小时，或分期修建时， 或用地和地形等条件限制时( 如图3 2 ) 3 ) 交织型立交 相交道路的车流轨迹线交织运行，存在交织路段；主要道路直通，交通组织 方便，无冲突点；占地较小；通行能力受到环道交织能力的限制，车速受到中心 岛半径大小的影响，构造物较多，左转车辆绕行距离长适用于主要道路与一般 道路交叉，以用于五条及五条以上道路相交为宜。 3 2 3 按其它方式划分 立体交叉还可以按以下几种方式分类： 按相交道路的条数划分： 三路立交、四路立交、多路立交。 按立体交叉的层数划分： 两层式立交、三层式立交，多层式立交。 第三章立体交叉的选型 按立体交叉的用途划分： 公路立交、城市道路立交、铁路立交、人行立交。 按是否收费划分； 收费立交、不收费立交叉 圈3 幢部分互通式立交 1 8 3 3 立体交叉的形式和特点 3 3 1 三路立交 有三路全互通、部分互通和交织型立体交叉三种类型： 1 三路全互通式立交 喇叭形立交： 用一个环圈式匝道( 转向约为2 7 0 。) 和一个半定向匝道来实现车辆左转弯的 全互通式立体交叉( 如图3 3 ) 图h 第三章立体交叉的选型 a 优点： ( 1 ) 除环圈式匝道以外，其它匝道提供较高的半定向运行速度； ( 2 ) 线形和结构简单且造形美观，行车方向容易辨别； ( 3 ) 没有冲突点和交织，通行能力大，行车安全； ( 4 ) 只需一座跨线构造物，投资较省 b 缺点： ( 1 ) 环圈式匝道上行车速度低，线形较差，若采用较高的计算行车速度 时，占地较大； ( 2 ) 左转弯车辆绕行距离较长 c 适用性： 喇叭形立交适用于高速道路与一般道路相交的t 形交叉； 匝道适应的交通量较小，设计速度5 0 1 皿h i 布设时应将环圈式匝道设在交通量小的方向上； 主线转弯交通量大时宜采用a 式，反之可采用b 式； 通常情况下，一般道路上跨时，转弯交通的视野开阔。 子叶式立体交叉： 用两个环圈式匝道来实现车辆左转弯的全互通式立交( 如图3 _ 4 ) a 优点： ( 1 ) 只需一座跨线构造物，造价较低； ( 2 ) 匝道对称布置，呈叶状，造型美观。 b 缺点： ( 1 ) 环圈式左转匝道半径小，线形差，运行条件不如喇叭式立交好； ( 2 ) 左转弯车辆绕行距离较长； ( 3 ) 正线上存在交织运行( 两个环圈的出入口) c 适用性：同喇叭立交，多用于苜蓿叶式立交的前期工程。 一 l， 、 t) j 厂 一 图 第三章立体交叉的选型 交。 求： y 形立体交叉：用定向匝道或半定向匝道来实现车辆左转弯的全互通式立 1 ) 定向y 形立体交叉：所有左转方向由左转匝道实现( 如图3 5 ) & 优点； ( 1 ) 对转弯车辆能提供直接、无阻的定向运行，行车速度高，通行能力大； ( 2 ) 转弯行驶路径短捷，运行流畅，方向明确； ( 3 ) 正线外侧不需占用过多土地 b 缺点： ( 1 ) 正线双向行车道之间须有足够距离，以满足左传匝道纵断面布置的要 ( z ) 当正线单向有两条或以上车道时，使得左转弯车辆分离、汇入困难； ( 3 ) 需要跨线构造物多，占地较大，造价较高。 定向匝道： 左出左迸匝道。 半定向匝道： 除了左出左进、右出右进匝道外。 田 5 定向y 形立体交叉 2 ) 半定向y 形立体交叉：左转弯车辆由行车道的右侧分离或汇入正线( 如图 3 _ 6 ) & 优点： ( 1 ) 左转弯车辆能以较高速度的半定向运行，通行能力较大； ( 2 ) 各方向运行流饧