（道路与铁道工程专业论文）山区约束型立交关键技术研究.pdf

摘要 山区高速公路的修建已有十余年的历史，目前正处在建设的高峰期。与平原 区高速公路相比，山区高速公路具有路线指标偏低、长大纵坡多、高填深挖路基 段落普遍、桥隧构造物众多的显著特点。互通式立交作为高速公路的重要组成部 分，受主线影响不可避免，在互通式立交的布设时必然受到以上多种约束条件的 限制。 笔者基于以上约束条件，提出了约束型立交的概念，约束型立交系指受地形、 地质、地物建筑、主线标准或相邻连续桥梁、隧道、服务设施等的限制，同时按 常规布设难以满足标准、规范规定的立交形式。 约束型立体交叉在重庆山区道路上比较普遍。论文以西部交通科技项目组 团城市绕城高速公路规划与技术标准和重庆市交委科技项目山区高速公路互 通立交规划与技术标准为依托，以重庆已建高速公路上互通立交设计为基础， 对约束型立交的特征和约束条件进行分析，初步建立了约束型立交的类型体系。 对于间距约束型立交，从影响立交间距的因素入手，探讨缩短立交间距的途径， 初步研究了二次减速理论在约束型立交中的应用，即在立交间距不满足最小间距 要求的情况下，考虑利用主线侧的减速车道进行第一次减速，而未完成的减速过 程在匝道前段实现，利用砸到进行第二次减速。建立了立交间距的模型，根据立 交最小间距确定的理论方法和国内外立交间距的经验，提出了约束条件下互通立 交的标准间距和合最小间距，并对小间距立交的设置提出了一些对策和建议措施。 对于纵面约束型立交，从克服高差的方式进行研究，提出了展线型立交及其几种 展线的形式，即自然展线式、回头展线式、螺旋展线式和利用小环道展线等展线 形式，并对几种展线形式的适用条件和展线的关键技术进行了研究。对平面约束 型立交，探讨如何灵活采用立交方案以适应地形、地物等的约束条件。最后通过 实例的应用，验证立交间距降低的可行性和二次减速理论在约束条件下适用性。 关键词：山区道路；约束型立交；二次减速；合理间距：对策 a b s t r a c t t h e r ea r em o r et h a nt e ny e a r so fm o u n t a i nf r e e w a yc o n s t r u c t i o nh i s t o r y ，a n dn o w i sa tt h ep e a l ( p e d o d c o m p a r e d 、) ，i t l lt h ep l a i na r e ao ff r e e w a y ，m o u n t a i nf r e e w a yh a s s i g n i f i c a n tf e a t u r eo fl o wr o u t ei n d i c a t o r s ，m o r el o n g - s t e e pl o n g i t u d i n a ls l o p e ， w i d e s p r e a dh i g hf i l l i n g a n dd i g d e e ps u b g r a d e ，m a n yb r i d g ea n dt u n n e l ，e t c i n t e r c h a n g e ，a sa ni m p o r t a n tp a r to ff r e e w a y ，i n e v i t a b l ya f f e c t e db yt h em a i nl i n e ，t h e l a y o u to ft h ei n t e r c h a n g ew i l lb er e s t r i c t e db yt h ea b o v ec o n d i t i o n s b a s e do nt h ea b o v e c o n s t r a i n t s ，p u tf o r w a r dt h ec o n c e p to fc o n s t r a i n t i n t e r c h a n g e ， c o n s t r a i n t - i n t e r c h a n g em e a n st h ei n t e r c h a n g er e s t r i c t e db yt h et o p o g r a p h y ，g e o l o g y ， s u r f a c ef e a t u r e s ，t h em a i nl i n es t a n d a r do rc o n t i n u o u sb r i d g e s ，t u n n e l s ，s e r v i c ef a c i l i t i e s ， e t c ，a n dd i f f i c u l tt om e e tt h es t a n d a r dr e q u i r e m e n t si fa c c o r d i n gt oc o n v e n t i o n a ld e s i g n c o n s t r a i n e di n t e r c h a n g ei nv e r yc o m m o ni nc h o n g q i n gm o u n t a i nr o a d s t h ep a p e r s r e l y i n go nt h et r a n s p o r t a t i o nt e c h n o l o g yp r o j e c t s ”g r o u pu r b a nb e l tf r e e w a yp l a n n i n g a n dt e c h n i c a ls t a n d a r d s “a n dt h es c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o j e c t so fc h o n g q i n g t r a n s p o r t a t i o nc o m m i t t e e ”m o u n t a i nf r e e w a yi n t e r c h a n g ep l a n n i n ga n dt e c h n i c a l s t a n d a r d s ”，b a s e do nt h ei n t e r c h a n g e sh a v eb e e nb u i l to nc h o n g q i n ge x p r e s s w a y , a n a l y s et h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n s t r a i n t s ，i n i t i a l l ye s t a b l i s h e dt h et y p ea n ds y s t e mo f c o n s t r a i n t i n t e r c h a n g e f o rt h es p a c i n g c o n s t r a i n e di n t e r c h a n g e ，t h es t a r tf r o mt h e f a c t o r st h a ta f f e c tt h ei n t e r c h a n g es p a c i n g ，t oe x p l o r ew a y st os h o r t e nt h e s p a c i n g b e t w e e ni n t e r c h a n g e ，p r e l i m i n a r yr e s e a r c ht h e a p p l i a n c eo f“s e c o n d a r yr e d u c t i o n t h e o r y i nc o n s t r a i n e d - i n t e r c h a n g e ，a n di na c c o r d a n c ew i t ht h e o r e t i c a lm e t h o dt o d e t e r m i n et h em i n i m u ms p a c i n ga n de x p e r i e n c eo fi n t e r c h a n g es p a c i n ga th o m ea n d a b r o a d ，p r o p o s e di n t e r c h a n g er e a s o n a b l es p a c i n ga n dm e a s u r e so fs m a l ls p a c i n g i n t e r c h a n g ei nc o n s t r a i n tc o n d i t i o n s ；f o rt h el o n g i t u d i n a lc o n s t r a i n t - i n t e r c h a n g e ，s t u d y f r o mt h ew a yt oo v e r c o m et h eh e i g h t ，p r o p o s e dr o u t e - d e v e l o p m e n t - i n t e r c h a n g ea n di t s s e v e r a lf o r m s ；f i n a l l y , e x p l o r e dt h ep r o g r a m so fp l a n ec o n s t r a i n t - i n t e r c h a n g e k e yw o r d s ：m o u n t a i n r o a d s ；c o n s t r a i n t i n t e r c h a n g e ；s e c o n d a r yr e d u c t i o nt h e o r y ； r e a s o n a b l ed i s t a n c e ；c o u n t e r m e a s u r e s 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。 学位论文作者签名：南每亥 日期：弘，。年刍月加e t 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。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：触复 日期：2 o t o 年月即日 指导教师签名：驹，未知 日期：2 e j o 年5 月印e t 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：j b 兽宴 日期：2 , p l o 年扫月加f t 指导教师签名：翔、彖与四 日期：刀，碑6 月 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 作为高速公路出入口的互通式立体交叉是高速公路的门户，只有通过立体交 叉才能出入高速公路。因此，立体交叉在一条高速公路上起着吞吐交通流量的作 用，而交通流量的大小又直接关系到修建高速公路的经济效益。立体交叉又起着 梳理及控制交通流的作用，通过高速公路出入口的立体交叉使全部车流渠化并控 制出入，这是高速公路营运安全的关口。所以立体交叉在高速公路上处于十分重 要的地位。 目前，我国高速公路的建设已逐渐从平原向崇山峻岭、沟壑纵横的山区延伸。 山区高速公路与平原区相比，由于受地形及用地条件的限制，其路线指标一般较 平原地区要低、长大纵坡多、高填深挖路基段落相对普遍、桥隧构造物多等特点， 这就使得互通立交的修建面临很大的难题。由于我国高速公路建设速度惊人，与 山区立交相关的理论研究则显得相对滞后，往往是在出现问题以后，被动的寻求 解决的方法，没有专门针对约束条件下修建立交而进行的系统性的理论研究。山 区立交修建存在着一系列的问题，主要表现为：立交按常规布设时存在很多立交 与立交之间或立交与隧道口之间的的间距难以满足标准、规范的情况；对已建高 速公路的开口越来越多，使得立交之间以及立交与其它构造物的间距越来越小； 即使复杂的地形地质条件下，在设计过程也中追求高指标，套用平原立交的标准， 单个立交的标准较高，但立交之间或立交与其它结构物之间的整体协调性较差， 安全性难以保证，许多立交建成之初，虽然缓解了该交通枢纽点上的交通阻塞， 但是运行一段时间后，不仅未能有效缓解交通压力，反而成为路网中的交通瓶颈， 频繁出现交通阻塞，交通事故频发；设计灵活性差，在交通量非常小的非主流方 向也追求完全立交。 为了适应山区地形、地质条件的复杂性，互通立交的建设过程中，互通立交 的设置要从总体布局来考虑，统一好立交与相邻立交、隧道、连续桥梁及沿线服 务设施的关系；并充分考虑地形、地质条件和沿线的用地开发对立交布设的约束， 应在满足功能的前提下紧密结合立交的环境特点，灵活运用技术指标，节省工程 造价，注重环保及景观效果，适当兼顾地方规划，避免不顾具体条件、盲目追求 高指标、规模大的偏向。设计出满足交通功能需求、运行条件安全舒适、与自然 环境及社会环境和谐一致的现代化互通立交工程。 2 第一章绪论 1 2 研究的目的和意义 互通式立交是高速公路的重要出入口和车辆转换的重要枢纽，它是受区位条 件、道路条件、环境条件、桥跨条件、社会及自然条件等综合因素控制的复杂特 殊结构物。特别在山区高速公路上，受地形、地质等条件的约束，使得立交与立 交之间、立交与隧道口之间或立交与服务区( 停车区) 之间的间距难以满足标准 规范的要求，设计的复杂性和难度比平原区更大，有其自身的技术条件和设计基 本规律。布设不当，要么立交等级过低，造成功能的不足，改造又较困难，不能 从根本上解决交通拥挤的问题；要么单个立交标准过高，立交与立交之间或立交 与相邻结构物之间的整体协调性差，安全性难以保证。互通立交方案设计在满足 交通功能的情况下应扩展思路，不拘泥于套用某种立交的固定型式，不要过分地 追求大而全，造成投资的增加、占地面积和拆迁面积的增大，同时严重破坏环境， 也不能因为过分地照顾地形和环境条件而降低技术标准和等级，从而影响立交功 能的正常发挥。立交的布局应符合道路网规划的要求，不仅要考虑每个立体交叉 的位置、形式和规模，更主要的是要综合考虑整个道路网上立体交叉系统在设置 上的协调性与一致性，以便提高整个道路网系统的效率。 另一方面，随着我国经济的持续快速发展，路网密度越来越大，互通式立交 也越来越遍布各地，在规划互通式立交时，现行规范有关互通式立交间距的规定 显然已越来越不适应。设计和建设者们对于要求放宽互通式立交最小间距和最大 间距限制的呼声也越来越大。高速公路互通式立交间距是立交布局研究的重要内 容，立交间距直接影响到立交的布局、数量、位置、投资以及立交的形式选择。 立交间距过大，虽然减少了投资，但是不能满足交通需求，不利于交通流的转换 和高速公路网功能的发挥；立交间距过小，会影响高速公路的通行能力和车辆的 行车速度，而且容易导致交通混乱，增加交通事故，同时，也增加了建设投资。 所以，立交的布局规划应详细分析和妥善处理立交间距，根据交通、经济、技术 条件综合平衡后确定。 近十年以来，重庆随着高速公路突破1 0 0 0 k m 的“跨越式 发展，立交建设十 分迅猛，据统计近十年来新建和已建的高速公路互通立交也近1 0 0 个，总投资估计 达7 0 1 0 0 亿元，这些立交的设计大多按照常规条件，平原区的设计方法和技术进 行，立交设计和建成后的适用性、技术合理性、工程经济性、行车安全性均需调 查、分析、研究、总结。约束型立体交叉是山区道路特种立交的一个子课题，本 论文旨在对己建成的重庆高速公路立交进行全面深入的调研和技术总结。结合立 交的发展现状，参考山区立交基本型式及其特点进行分析总结，在规模、等级、 功能和适用条件、复杂程度、造价等指标的基础上，分析约束型立交的关键技术 第一章绪论 问题。期望通过本文的分析和实践，能为今后我国约束型立交的修建提供一些帮 助，使新建的约束型立交能在路网中更好的发挥作用，尽量避免问题立交的出现。 1 3 国内外研究概况 1 3 1立交发展概况 国外互通式立交的发展 纵观立体交叉的发展，它是伴随着社会经济增长和汽车工业发展而产生的一 种道路交通设施。随着社会经济的增长，汽车工业快速发展，促使道路交通运输 业迅速发展。此时，道路上的一些平面交叉就成为行车的“咽喉”地段，交通拥 挤不堪，堵塞现象严重，通行能力小，车速低，耗油大，交通事故频繁，平面交 叉越来越不能适应交通量增长的需要。为此，不得不把平面交叉变为立体交叉， 使道路交叉向立体化方向发展。 在2 0 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 体系就已经在国外提出。追溯道路立体交叉的发展和演变，从构想到实现，从平 面到空间，发端于城市道路，发展于高速公路。 德国在1 9 2 5 年修建了世界第一座公路苜蓿叶形立体交叉。在此之后，立交发 展最快、应用最广的是美国。美国在1 9 2 8 年于新泽西州w o o db r i d g e 的两条道路 交叉处修建了第一座全苜蓿叶式立体交叉。瑞典与1 9 3 1 1 9 3 5 年在斯德哥尔摩建 成的立体交叉采用3 个小环道的部分苜蓿叶式立交以解决交通问题。加拿大于1 9 3 6 年在安大略省别尔里格顿城附近的公路上建成第一座三肢喇叭式立体交叉，1 9 3 7 年修建了一座全苜蓿叶式立体交叉，1 9 3 8 年建成第一座四肢环形立体交叉。 二战结束后，立交迎来了大发展时期，特别是从上世纪5 0 年代中期起，美、 英、法、德、日等国掀起了建设高速公路的热潮，仅美国就修建了将近9 万公里 的高度公路，各式各样的立交大量涌现。进入6 0 年代后，澳大利亚、西班牙、墨 西哥以及一些发展中国家也加入到大量修建立交的行列。目前，发达国家由于道 路交通网络已趋完善，放缓了建设立交的步伐，而很多发展中国家借助于经济持 续高速增长，修建立交正是方兴未艾。国外立体交叉正向着多层定向方向发展。 国内互通式立交的发展 我国修建立交起步较晚，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，武汉在滨江路上建成第一座苜蓿叶式立体交叉。1 9 5 6 年，北京开始在京栾引 水滨河路修建了三处半苜蓿叶形部分互通式立交。此后的二十多年，我国互通式 立交的修建速度比较缓慢，主要集中在城市，型式也比较简单，以满足主要道路 4 第一章绪论 的交通流畅为目的，对周围道路的互通性要求不高。进入8 0 年代，城市机动车开 始大量增加，互通式立交建设速度开始加快。由于非机动车交通量较大，此时修 建的立交，往往需要将机动车与非机动车分层处理，或建造人行天桥，以消除相 互干扰，其型式以环形、叶形立交为主。9 0 年代以后，城市机动车增长更迅猛， 许多大城市中主要道路的交通趋于饱和，机动车的行驶速度明显下降。在这种情 况下，很多城市开始大量修建快速路，互通式立交的建设速度随之突飞猛进，立 交的型式也更加丰富多样，更注重互通、快速、大通行能力。 公路方面，1 9 8 8 年，我国第一条高速公路沪嘉高速公路建成通车，全线 共设3 座互通式立交，从此，我国高速公路建设开始迎来快速发展期，公路上的 互通式立交也大量应运而生。不久，“神州第一路 沈大高速公路全线建成通车， 全长3 7 5 k m ，共设立交2 5 座。1 9 9 8 年，中央决定实施积极的财政政策，采取加快 基础设施建设的决策，我国高速公路建设进入了一个前所未有的迅猛发展时期， 年均通车里程超过40 0 0 k m 。截至2 0 0 8 年底，我国高速公路通车里程已达6 0 3 万 k m 。以立交平均间距l o k m 计算，则单单高速公路上的立交数量就超过60 0 0 座。 立交类型上以喇叭形为主，兼有苜蓿叶形、半定向涡轮形等等。 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，立体交叉正向着形式简洁、功能齐全、线性平顺、流畅美观、施工方 便方向发展。要求跨线构造物线性设计向灵活、方便的曲线型设计方法转变。施 工向快速简便、工业化制造的方向发展。这些方向，将是我国立体交叉发展的趋 势。 重庆山区立交发展情况 1 9 9 5 年7 月1 日，重庆第一条高速公路成渝高速公路贯通，在重庆境内 共设互通立交6 处，其中枢纽互通立交一处，一般互通立交5 处。1 9 9 7 年重庆成 为直辖市以后，更加快了重庆高速公路建设的步伐，至2 0 0 7 年底，重庆已建成内 环、成渝、渝遂等“一环七射 高速公路网，通车里程1 0 4 9 公里，互通立交数量 近1 0 0 个。按照0 7 年新的规划，到2 0 1 2 年，将全面建成“二环八射 高速公路 网，实现通车里程2 1 0 0 公里，目前这些项目己基本完工，比预期提前两年，互通 立交数量达1 6 0 多个，据了解这些立交的设计大多按常规条件、传统的设计方法 和技术要求进行。根据重庆下一步的规划，将建设3 条环线、1 0 条放射线、3 条 联线，实际规划里程约3 6 0 0 公里，下阶段尚有1 0 0 0 公里近1 0 0 座互通立交。因 此有必要对已建互通立交进行调查、分析、研究、总结，在此基础上，编制出适 于西部山区高速公路立交特征和重庆特色的指导性文件，为以后重庆山区立交设 计提供经验和技术性的指导。 第一章绪论 5 1 3 2 山区约束型立交研究现状 约束型立交系指受地形、地质、地物建筑、主线标准或相邻连续桥梁、隧道、 服务设施等的限制，同时按常规布设难以满足标准、规范规定的立交形式。这里 所说的约束，分外部约束和内部约束两种，外部约束主要指地形约束、地质约束、 高差约束、地物建筑约束等；内部约束主要是指道路自身约束，主要包括主线标 准、立交之间以及立交与相邻连续桥梁、隧道、服务区( 停车区) 之间的间距。 迄今为止，对山区道路约束型立交方面研究较少，高速公路立交设计目前国 内主要以交通部颁布的公路路线设计规范圆( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 中的十一部分“公 路与公路立体交叉为设计依据，在全国具有通用性，但国内目前尚无高速公路 互通立交设计的专用标准和规范，结合重庆山区复杂的互通立交设计的具体要求 方面的地方性技术文件尚未出台，因而在前十年的重庆立交设计中，基本套用规 范，引用东部平原区的资料，给具体设计带来不便，使立交在定位、选型、指标 运用、规模确定等方面显得不够合理，使立交建成后，有的存在着安全隐患；有 的影响运行功能；有的投资规模过大造成浪费。为规范重庆山区立交设计的技术 要求，使之设计合理，重庆市高速公路发展有限公司规定了一些相关的技术文件， 如“重庆高速公路设计技术咨询意见，“重庆地区高速公路设计指南 等，其中 对重庆高速公路立交设计作出了一些规定和技术要求。但因时间匆忙，缺乏调研 的基础数据资料等原因，在许多关键技术问题上，研究的深度不够，应用和指导 的力度不够，有待进一步深化、完善。因此，山区高速公路立交设计的有关技术 文件尚属空白。 总体来看，高速公路互通立交设计在国内外已有较成熟的做法和经验，但多 数是适合平原区条件的，设计模式固定和作法缺乏灵活性，往往花费大量资金后， 功能差、安全性不够、造价高、对自然环境破坏性很大。从国内和重庆的情况来 看目前尚无统一的结合山区立交设计的技术指南和规范，许多立交设计随意性大， 规范性差，山区立交设计许多关键性问题如灵活性、分级、类型、技术指标等问 题尚需总结研究。 重庆山区高速公路互通式立交设计中的主要问题有： 山区立交型式单一，适应性差，基本上套用了平原区互通立交设计的模式； 在选型时由于缺乏合理的交通和地形环境分析，基本上套用了平原区互通式 立交设计的模式。常见的山区高速公路三路互通立交的型式有单喇叭形、半定向t 形、y 形等型式。单喇叭形立交形式有其优点，避免了交织且便于收费管理，但各 匝道技术指标不匹配，内环匝道半径较小；小环道线形较差，制约着互通立交的 通行能力；若采用较高的设计速度时，占地较大：左转弯车辆绕行距离较长。随 6 第一章绪论 着道路交通量的增加和道路规划的变迁，其功能已经不能满足要求，同时与周围 景观也不协调，为此并不是所有的山区高速公路立交都能套用单喇叭形的模式。 而重庆高速公路上的立交就有6 0 以上是单喇叭形互通式立交。为了适应设计交通 量和设计速度、行车效率高、安全舒适、满足车辆转弯的要求、与周围环境相协 调，我们需要选择合理的立交型式。 布局灵活性差，适应性不强，造成工程量大； 山区互通立交平面布设范围不仅要受到主线纵向地形限制，还要受到连接道 路与主线附近的横向区域限制，匝道布设灵活性差，工程量大。 立交之间以及立交与相邻构造物之间的间距难以满足规范的要求。间距太 小不但无法提高道路通行能力，甚至使本已不堪重负的山区高速公路造成拥堵。 如果互通立交间距过短，互通立交过于集中，不仅造成工程建设资金浪费，而且 还引起交通流频繁的交织，导致高速公路上交通紊乱，形成较大延误，引发交通 事故。但是互通立交间距过大，又会造成沿线居民出行不便，导致沿线交通流不 均匀分布，增加其他道路的交通负荷，造成路网交通不平衡。因此，为提高我国 的立交规划、设计水平，对规范进行技术更新，从系统角度研究互通立交最小间 距成为亟待解决的问题。 “四改三 模式平交处理简单化。 在重庆“二环八射高速公路中，单喇叭互通立交类型占6 5 。当高速公路和 一般道路相交时，通常设分离式立交桥使主线与被交路相互通过，在高速公路侧 设单喇叭互通立交，再用连接线将互通立交与被交路以平面交叉的形式连接起来， 即“四改三 的做法。当连接线和匝道所采用的标准不一致时，对行车安全有一 定的影响；同时平交口处理通常过于简单，造成立交功能降低。 处于主线长下坡底或处于主线小半径左转弯曲线上的互通式立交，按互通 式立交常规设计方式进行设计的变速车道不能使车辆得到有效减速，不利于行车 安全。 当互通式立交布设位置唯一且处于狭长地形或受前后( 特) 大桥隧构造物限 制时，当互通式立交位置处于主线高填深挖段落且中心处于“锅底”地形时，按立 交标准形式进行匝道布线会增大工程造价或增加复杂桥梁结构的设计。 山区互通式立交匝道按常规采用与匝道设计速度相对应的停车视距进行 视距检查，会造成匝道局部段落中行车视距不足，不利于行车安全。 第一章绪论 7 1 4 研究目标和主要内容 山区道路上的互通立交是一个比较复杂的体系，因此，把山区道路约束型立 交作为一个专题进行研究为宜。本课题依托西部交通建设科技项目组团城市绕 城高速公路规划与技术标准、重庆市交通委员会山区高速公路互通立交规划与 设计技术课题，约束型立体交叉子课题部分进行研究，作为该课题研究内容之 一。本文研究主要有一个目标，三大内容： 一个目标：通过本课题的研究，认真调查、分析、研究近十年来重庆高速公 路互通立交建设的情况，从中总结出互通立交规划、设计的成功经验和存在的主 要问题，为山区互通立交设计指南提供基础资料。 三大内容： 第一、约束型立交约束条件分析。 约束型立交约束条件分内部约束条件和外部约束条件。内部约束主要指道路 自身的约束，包括主线标准、立交之间以及立交与其他相邻构造物之间间距；外 部约束条件主要指地形、地质、地物建筑等的约束。通过分析，初步建立约束型 立交的类型体系。 第二、约束型立交的最小间距以及立交与隧道口、服务区( 停车区) 之间的 间距研究及二次减速理论探讨。 分析互通立交间距的影响因素，包括交通密度、匝道的几何布置及分合流区 及交织区的交通特性、标志和信号的布置、驾驶员的舒适度、经济因素及环境景 观等。通过对诸多因素的分析，和国内外互通立交间距情况的统计分析，探讨缩 短立交间距的途径，提出约束条件下的标准间距和最小间距建议值。 第三、约束条件下布设立交的对策措施。 根据约束条件的不同，从方案、布局入手，探讨约束条件下修建立交的对策。 8 第二章约束型立交特征及约束条件分析 第二章约束型立交的特征及约束条件分析 2 1约束型立交的基本特征及类型体系 2 1 1约束型立交的基本特征 约束型立交由于受到地形、地质、地物建筑、主线标准或相邻连续桥梁、隧 道、服务设施等的限制，与一般的道路立交相比，约束型立交具有如下的基本特 征，研究并掌握这些基本特征，从中找出规律，对于作好约束型立交的规划设计 是十分有益的。 受道路自身结构物的限制，间距难以满足最小间距的要求。 山区高速公路具有桥隧等构造物众多的特点，立交由于受到相邻立交、连续 桥梁、隧道、服务区、停车区等的限制，使得立交与立交之间、立交与隧道1 3 之 间、立交与服务区、停车区之间的间距难以满足标准、规范的要求，立交之间交 通流相互干扰较大。 主线线位调整余地小，平纵面指标较低，特别是主线的纵面指标往往较低， 给互通立交设计带来困难。 山区高速公路线位稍有调整，就会出现设规模过大、工程投资过高、远离城 镇等不利因素，这就不得不采用相对较低的平纵面指标，而立交的修建位置往往 对主线的平纵面指标有一定的要求，这就使立交设计困难增加。 受山区复杂地形条件的限制，立交按标准形式布设困难。 山区地形条件复杂，高速公路高填深挖路基段落普遍，与相交道路的高差较 大；或者立交的布设位置唯一，且处于狭长地形；或立交依山傍水，地形起伏较 大，匝道布设困难。这种情况下，立交套用平原标准型立交进行布设难度较大。 受复杂工程地质条件的影响，互通立交区常常发育有不良工程地质病害等 或存在有因施工引发工程病害的潜在因素。 受高速公路沿线两侧用地开发的限制，立交用地受到一定的限制。 高速公路互通立交是大型构造物，占地面积较大，而且为永久性占地。同时 高速公路经过的地区多是开发的重点地区，其它一些基础设施的建设同样需要占 用土地，道路沿线原有地物和新建筑物的修建使高速公路及其上互通立交的建设 用地受到更为严格的限制。 山区自然生态环境对互通立交的修建也有一定的制约。 山区自然生态环境极其脆弱，自然植被和景观被破坏后难以恢复，从保护自 然生态环境的角度出发，互通立交的择位、匝道布设有一定困难。 第二章约束型立交特征及约束条件分析 9 2 1 2 约束型立交的类型体系 根据对重庆山区互通立交的调查、分析、总结，推荐约束型立交的分类体系 如下： 平面约束型立交 兰三二：薹兰三三型 纵面约束型展线型立交j 回头展线式 r 自然展线式 l 螺旋展线式 r 相邻构造物约束型间距约束 环境约束型立交 l 社会环境约束 本论文重点研究间距束型和纵面约束型立交，从约束型立交的约束条件入手， 研究约束型立交的关键技术问题，探讨缩短立交间距的基本途径和主要约束条件 下的对策，为山区高速公路互通立交规划设计指南提供基础资料。 2 2 约束型立交约束条件分析 2 2 1相邻立交的约束分析 在互通式立交之间，要有足够间距，以满足车辆进出高速道路时变速、相互 交换车道以及设置标志等方面的要求，我国公路路线设计规范乜3 ( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 规定：相邻互通式立体交叉的最小间距，不宜小于4 k m 。因路网结构或其他特殊情 况限制，经论证相邻互通式立交之问的间距可减小时，加速车道渐变段至下一个 互通式立体交叉的减速车道渐变段起点间的距离，不应小于1 0 0 0 m 。互通立交间距 如图2 1 所示。 1 0 第二章约束型立交特征及约束条件分析 图2 1 相邻互通立交间距示意图 f i g2 1s p a c i n gb e t w e e nt w oi n t e r c h a n g e s 以下从影响立交间距的因素入手，分析相邻立交的约束条件。 互通式立交间距主要取决于交通密度 合理的立交间距应能均匀地分散交通，使各条相交道路的交通量分配与道路 的等级相适应，并使相邻立交所担负的交通量保持平衡。立体交叉间距若太大， 则从交通使用的观点不能满足其交通需要，且对高速公路的潜在功能发挥不充分。 反之，其间距过密，不仅降低交通通行能力和行速度，增加了交通事故的可能性， 而且会导致交通运行上的困难，同时也增加了建设投资。因此确定立交间距时应 以交通调查和交通规划为基础，满足路段和结点设计交通量的要求。 相邻立交之间的交织段要求 在相邻的两个互通式立体交叉之间，要有足够的交织段长度，以满足车辆进 出高速公路时相互交换车道所需的交织长度要求。交织路段是前一个立交匝道的 合流点( 或分流点) 到最后一个立交匝道的分流点( 或合流点) 之间的距离，如 图2 2 所示。一般来说，交织段的长度越长，交织段的安全性及服务水平越高。 图2 2 立交间的交织路段 f i g 2 2i n t e r w o v e ns e c t i o n sb e t w e e ni n t e r c h a n g e s 这个最小交织段长度与交通量大小和设计车速有关。日本高速公路设计要 领口1 中规定：交织路段长度应根据交通量大小而定，最少为1 5 0 - - 2 0 0 m ，如有可 第二章约束型立交特征及约束条件分析 i i 能尽量采用与加减速车道之和相等的长度，即2 5 0 - - 一5 0 0 m 。 相邻立交的间距所需要的最小长度应满足匝道几何布置的要求 相邻立交之间所需要的最小几何长度如图2 3 所示。 图2 3 立交间的最小几何长度 f i g 2 3s m a l l e s tg e o m e t r icl e n g t hb e t w e e ni n t e r c h a g e s 三瓦+ 疋+ 厶+ 厶+ 厶 式中： 正、乃相邻两立交匝道布置所需的最小切线 长度，与立交的交角及匝道转弯半径有关； 厶、厶相邻两立交进、出口所需的加减速车 道长度( 包括斜端长度) ； 厶相邻两立交间所需最小净距，与所需的最 小交织路段长度，设置标志信号所需要最小长度有关。 标志和信号布置要求 在相邻立交之间，为了预告前方出口，必须设置 指示标志。高速公路上一般规定为2 k m ( 相当于 l o o k m h 设计车速行驶1 2 分钟的距离) ，而城市道路 上约需3 0 0 5 0 0 m 的距离。为不使标志重叠，郊外的 公路立交间距为4 k m 以上，市郊2 5 k m 以上，市内 6 0 0 - - 1 0 0 0 m 以上，受道路网规划结点限制的特殊情况 除外。如图2 4 ，为日本川崎立交与横滨立交问从川崎 往横滨方向行驶时，预告标志布置的例子。另外，由 于互通立交的预告标志与沿线的服务设施( 如服务区、 休息设施、停车区、加油站等) 有关，因此，相邻立 交间距还与这些设施的位置有关，并考虑其最小净距 的要求h 1 。 考虑驾驶员操作顺适的要求 酬雯卜。 彳春曩t 立交 y 卧 ， 曩口 匣翌! ! 争 占 i ! l 曼竺! l 4 匝旷 l 粤 区巨旦! 豳 i l v 硼萎町箩一 1 = ；= = = = 与 ii9 5 口l h l - - _ - - 。o o - 一 善 客 而郦。 l l 毒 = = = ! l 暇1 囡耳木2 “- l 一 l 瑚i s 7 k i _ _ _ - i - _ 一 善 骝 l 鼠哦 三囊帝 川一立交 而一 声 巨画 = ! _ 图2 4 满足交通标志设置的立交间距 f i g2 4i n t e r c h a n g es p a ci n g s a t i s f y i n gt os e tt r a f f i cs i g n s 1 2 第二章约束型立交特征及约束条件分析 互通式立交，尤其是多层次的立交，其线形变换频繁，纵坡起伏很大，如两 立交相邻太近，对行车运行、驾驶操作不利。 经济的要求 立交间距过小，布置过多，造价高，很不经济，不如连续的高架路经济合理。 景观及环境要求 立交间距过小，构造物和交通量较为集中，线形变化复杂，视觉景观和空气 质量较差。尤其是山区立交，占地面积受限，立交布置紧凑，交通量集中，上述 情况显得更为严重哺1 。 通过以上影响立交间距因素的分析可知，在乡区或偏远的地区，立交间距较 容易满足规范的要求，而在大城市或工业园区周围，城市的发展对高速公路的需 求相对较为多，沿线城镇或经济组团要利用高速公路，就必然要有互通立交的衔 接，才能上下高速公路，需求的增加使互通立交数量增多，间距缩小，立交间的 约束更为明显。在重庆绕城高速公路上就存在着多处相邻立交约束的情况，重庆 绕城高速公路互通立交间距情况见表2 1 。 表2 1 重庆绕城高速公路互通立交间距 t a b 2 1s p a c i n go fc h o n g q i n gb e l tf r e e w a yi n t e r c h a n g e 与前一互通立交间距 序号中心桩号互通名称 ( k m ) l k 2 + 3 0 0 0 0 复盛枢纽互通式立交 2k 4 + 4 1 9 2 3 协睦互通式立交 2 1 1 9 3k 7 + 1 3 0 8 8龙兴互通式立交 2 7 1 1 4k 2 0 + 2 0 0 0 0 朝阳寺枢纽互通立交 1 3 0 6 9 5k 2 5 + 6 6 3 8 1仁睦互通式立交 5 4 6 4 6k 3 8 + 1 3 4 3 4 水土互通式立交 1 2 4 7 7k 4 1 + 9 4 7 7 0施家梁互通式立交3 8 1 3 8k 4 9 + 8 8 6 8 9 北碚互通式立交 8 1 1 l 9k 5 8 + 7 i 0 8 0 歇马互通式立交 8 8 2 4 1 0k 6 7 + 2 0 0 3 1 青木关互通式立交 8 4 9 1lk 8 1 + 1 6 3 8 6 曾家互通式立交 1 3 9 6 4 1 2k 8 6 + 3 2 8 9 3 金风互通式立交 5 1 6 5 1 3k 9 1 + 6 0 9 6 2 走马互通式立交 5 2 8 1 1 4k 9 9 + 9 5 0 0 0 滴水岩互通式立交 8 3 4 1 5 k 1 0 8 + 6 0 0 0 0 西彭互通式立交 9 2 2 8 第二章约束型立交特征及约束条件分析 1 3 续表2 1 1 6k 11 3 + 7 0 5 0 0小湾互通式立交5 1 0 5 1 7k l1 7 + 5 7 0 4 4 槽坊互通式立交 3 8 6 5 1 8k 1 2 1 + 3 4 2 2 4仁沱互通式立交 3 7 7 2 1 9k 1 3 2 + 5 3 7 2 9马宗互通式立交1 1 1 9 5 2 0k 1 4 2 + 4 1 9 9 4 寨子坡枢纽互通立交 9 8 8 3 2 1k 1 5 1 + 6 0 0 0 0花溪互通式立交9 1 8 1 2 2k 1 5 9 + 9 1 0 0 0 忠兴互通式立交 8 5 8 2 3k 1 6 6 + 5 8 0 0 0惠民互通式立交 6 6 2 2 4k 17 2 + 6 3 8 0 2迎龙互通式立交6 0 5 8 2 5k 1 8 1 + 0 4 0 0 0 广阳互通式立交 8 4 0 2 注：其中k 1 7 5 + 0 0 0 处，预留迎龙枢纽互通式立交位置，未列入表内。 从表2 1 可以看出，重庆绕城高速公路上立交数量众多，存在多处立交间距 不满足规范规定的情况，达立交总数的2 0 。 一般来说，立交数量越多，间距越小，则吸引上下高速公路的车辆越多，服 务性能就越好，特别对沿线开发区的经济发展至关重要，这是沿线市、区政府部 门最关心的事。事实上，小间距立交目前已成为一种不可避免的社会需求，但随 着立交间距的缩小，不仅使工程投资费用增大，而且进出口过多对主线车辆运行 造成干扰，影响行车安全。因此，在立交规划中，要与路网整体规划相适应，根 据预测交通量的大小，合理确定立交数量及位置，对于经济发展水平高、城市化 水平高的地区，立交间距可适当选取规范规定的低限；在困难情况下，可以考虑 缩短标志预告距离，灵活设置标志预告，如在8 0 0 m 、4 0 0 m 等位置设置标志；或 者考虑缩短主线路段减速车道长度而利用部分匝道减速或在交通量不大的出入 口利用匝道绕行离开或进入主线，增大立交间的净距；当净距不足1 0 0 0 m ，且经 论证而必须设置时，应将两者合并为复合式互通式立体交叉。 2 2 2 隧道出口的约束分析 我国公路路线设计规范嘲( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 规定，隧道出口与前方互通立 体交叉之间的距离，应满足设置出口预告标志的需求；条件受限制时，隧道出口 至前方互通立体交叉减速车道渐变段起点的距离不应小于1 0 0 0 m ，否则应在隧道 入口前或隧道内设置预告标志。 在山区高速公路上，桥隧构造物众多，隧道出口对立交的约束尤为突出。以 “ 第二章约束型立交特征及约束条件分析 重庆绕城高速公路为例，分析隧道出口对立交布设的约束。 重庆绕城高速公路上共设1 1 座隧道1 6 4 3 4 延米( 特长隧道2 座、长隧道2 座、 中短隧道7 座) ，其中北段和南段的山势雄伟，桥梁、隧道及互通式立交布局较为 密集。北段桥梁的比例为路线总长的2 1 6 l ，隧道比例为路线总长的2 3 7 6 ； 南段桥梁比例为路线总长的2 4 5 ，隧道比例为路线总长的1 6 8 。受连续桥梁 和隧道的限制，立交与隧道洞口之间的间距较难满足规范的要求。 在重庆绕城高速公路的设计中，出现了多处间距不能满足上述要求的典型约束 型立交。通过这些立交的调查、分析可知，在山区高速公