（道路与铁道工程专业论文）我国公路立交等级及类型体系的研究.pdf

摘要 目前我国的立交规划设计，往往是依据地形地物的变化，侧重于立交形式的 设计，这种不顾立交等级及其类型选择的做法，必定会引起立交交通功能方面的 缺陷。比如：可能会导致交通拥挤阻塞，也有可能通行的交通量过少，设施闲置 浪费等。然而立交是道路与桥梁的综合结构物，并且立交等级还是立体交叉在使 用功能上的技术级别，它综合反映立体交叉各组成部分的技术条件状况和指标的 高低。因此，立交等级的划分是立交规划设计的重要内容。 本文通过对目前我国公路立交等级的现状和公路立交等级影响因素的分析， 并且根据公路立交等级的概念，强调了公路立交等级划分的重要性。本文还对公 路立交等级和类型体系的建立提出了设想，并选取线形质量、通行能力、立交的 绕行率和立交的安全性这四个指标对公路立交的功能进行了分析和采用层次分 析法处理这四个指标间权重的分配问题，以确定出各等级公路立交的功能综合指 数，由此为我国公路立交的分级和类型体系的建立提供初步依据，使立交设计规 范化、合理化、科学化。 关键词：立交；立交等级；立交等级体系；立交等级划分；指标 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，i n t e r c h a n g e sp l a n n i n ga n dd e s i g na r ea l w a y sb a s e do nt h ec h a n g e s o ft h et e r r a i na n do b j e c t si no r d e rt od e s i g ni n t e r c h a n g e sf o r m t h em e t h o d sa r e d e f i n i t e l yl e a dt os o m ef l a w si nt h ea s p e c t so ft r a f f i cf u n c t i o nf o ri n t e r c h a n g e f o r e x a m p l e ，i tc a nc a u s et r a f f i cj a ma n db l o c k a g e ，i tc a na l s oc a u s ei d l e sa n dw a s t eo ft h e f a c i l i t i e sf o rf e wt r a f f i cf l o w s ，e t c b e s i d e s ，i n t e r c h a n g ei st h ec o m p r e h e n s i v e s t r u c t u r eo fr o a da n db r i d g e ，b u tt h ec l a s s i f i c a t i o no fi n t e r c h a n g ei sat e c h n o l o g i c a l r a n ko fi n t e r c h a n g ei na p p l i c a t i o nf u n c t i o n ，a n di tr e f l e c t st h et e c h n i c a lc o n d i t i o no f i n t e r c h a n g ea n dt h eh i g ha n dl o wo fi t s i n d e x e s a c c o r d i n g l y ，t h ed i v i s i o no f i n t e r c h a n g eg r a d ei st h ei m p o r t a n tc o n t e n t so fp l a n n i n ga n dd e s i g no fi n t e r c h a n g e f r o mt h ea b o v em e n t i o n e d ，t h ep a p e re m p h a s i z e st h ei m p o r t a n c eo fg r a d e c l a s s i f i c a t i o no fh i g h w a yi n t e r c h a n g et h r o u g hg r a d es i t u a t i o n 、g r a d ef a c t o r so f i n f l u e n c ea n dg r a d ec o n c e p t i o nf o rh i g h w a y i n t e r c h a n g ei nc h i n a t h ep a p e ra l s op u t f o r w a r dt h et e n t a t i v ep l a nt os e tu pt h eh i g h w a yi n t e r c h a n g e s g r a d ea n ds y s t e mo f t y p e s ，a n ds e l e c tt h ef o u ri n d e x e so fa l i g n m e n tq u a l i t y 、c a p a c i t y 、d e t o u rr a t i oo ft h e l e f t - t u r n i n gr a m pa n di n t e r c h a n g es e c u r i t y t oa n a l y z et h ef u n c t i o n so fh i g h w a y i n t e r c h a n g ea n du s ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sf o rd e a l i n gw i t hw e i g h td i s t r i b u t i o n so f t h ef o u ri n d e x e si no r d e rt od e t e r m i n et h ef u n c t i o n a li n t e g r a t e di n d e x e sf o rh i g h w a y i n t e r c h a n g eo fa l ll e v e l s a n dp r o p o s e sp r e l i m i n a r yb a s i sf o rs e t t i n gu pt h eh i g h w a y i n t e r c h a n g e s g r a d ea n ds y s t e mo ft y p e st om a k ei n t e r c h a n g ed e s i g ns t a n d a r d i z a t i o n 、 r a t i o n a l i z a t i o na n ds c i e n t i z a t i o n k e yw o r d ：i n t e r c h a n g e ；i n t e r c h a n g eg r a d e ；s y s t e mo fi n t e r c h a n g eg r a d e ： c l a s s i f i c a t i o no fi n t e r c h a n g eg r a d e ；i n d e x 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。 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。 指导教师签名： 孔惠扣 日期：枷嗡年9 - 月厶e t 铁丫 日 舂 多锣月 r - 氰 年 签 年 眷 扩 作 w 排 m 论 ： 位 期 学 日 节j 新 泪加二 名 撇 4 作 曙 姚 撕 论 ： 位 期 学 日 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 由于社会经济的快速增长，促进了交通运输业的快速发展，使道路交通运输 量增加很快，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， 不断发生堵塞现象，通行能力小，车速低，油耗量大，交通事故率高，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。所谓立体交叉是 指两条或多条路线( 道路与道路、道路与铁路、道路与其它交通线路) 在不同平 面上相互交叉的连接方式。由于立交处，设置有跨线结构物和转向的匝道，使相 交路线的交通流在平面和空间上分隔，车辆转向行驶互不干扰，从而保证了交叉 口行车的快速、安全和顺畅，从根本上解决了道路交叉口的交通问题。立体交叉 是现代道路的重要交通设施，也是实现交通立体化的主要手段。 立体交叉能将平面上互相冲突的车流分别设置在不同高程的道路上，在空间 上分离，使各向车流遵循一定的行驶路线。采用立体交叉，各行驶方向的车流互 不干扰。从而保证了交叉口车流快速、连续和畅通地行驶，使道路交叉口的通行 能力大大提高。这对快速疏散交通、解决车辆拥挤堵塞、提高车辆行驶速度、增 加运输效益、减少交通事故等起到很大的作用。 立体交叉是随着高速公路的兴建而发展起来的。最初，由于公路交通运输的 大幅度增长，带来了高速公路与城市交通的联系及穿越城市的一系列交通问题。 为了不影响城市交通，把高速公路上大量快速交通流与城市交通密切联系起来， 从而解决城市交通的快速运输问题，因此，在城市周围建立了环城干道。这种环 城干道能通行较大的交通流量，车辆行驶速度较快，它是吸引和疏散城市交通流 的重要干道，也是避免过境交通穿越城市的快速车行道。根据环路的功能，在与 城市放射线相交的路口，应设置立交。这样，立体交叉的设置逐步从公路上发展 到城市。后来，随着城市交通流量的急剧增长和交通状况的日益复杂，城市内部 影响通行的主要交叉口也需要以立体交叉代替平面交叉。因而，立体交叉也就在 城市中大量修建。基于以上可知，立交的产生和发展始终伴随着汽车交通和城市 的发展而发展。 然而，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，但运行 一段时间后，很快又成为交通瓶颈，车辆经常受阻塞，如上海修建的高架立交， 在运行一、二年后便出现频繁的交通阻塞，尤以交接点为最，出现地面的车辆上 不去，高架立交上的车辆下不来的局面。而有些立交修建后，其通行能力甚至不 第一章绪论2 如平面信号交叉上通行能力，不得不改建或被拆除，北京、天津等许多大城市最 近陆续炸掉了一些“问题”立交，以改善交通状况。这些问题的出现，原因有很 多，但最根本的一个原因是修建的立交等级确定不明确，从而导致立交的类型及 其立交的技术指标与交通发展不相适应。因此，有必要对道路立交等级体系以及 其类型进行研究，为今后再建这类交通构造物设施提供理论依据，使立交能更好 发挥交通功能转换的作用。 1 2 国内外研究概况及存在的问题 1 2 1 国内外立交发展概况 社会经济的增长，促进了汽车工业的快速发展，道路交通运输量增加很快， 使得提高道路交叉口的通行能力和确保行车安全就具有特别重要的意义。要确保 车辆大量、快速、安全地通过交叉口，最根本的途径是运用一种使交通流线在空 间上实行分离的新交叉形式一立体交叉。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就已在国外提出并建成。道路立体交叉的发展 是一个从构想到实现，从平面到空间，发源于城市，发展于高速公路的逐步演变 的过程。 国外立体交叉的发展 第一个提出多层公路立交一交通系统空问发展模式构想的人是现代主义建筑 的鼻祖、著名的城市规划思想家勒柯布西埃( l e c o r b u s i e r ) ，他在他的明日城 市一书中阐述了新城市布局可以接受以多层、高速的立体交叉为特征的新型、 高效的交通系统。伴随着欧美工业化趋于高度发展的汽车时代的来临，高速公路在 德国、美国和英国等国家相继问世。德国于1 9 2 5 年最早开始修建公路立交，在此 之后，立交发展最快，应用最广的是美国。美国于1 9 2 8 年在新泽西州的两条道路 交叉处修建了第一座公路苜蓿叶形立交，这座立交不仅利用跨线桥将两条主线从 空间上分离开来，而且利用四条小环道巧妙地将两条主线连成一个整体，实现主 线之间车流的转换。随后，为适应交通量日益增长的需要，美国又在洛杉机建成 第一座四层半定向式立体交叉，使立体交叉丌始向多层定向型方向发展。此外， 随着高速公路的发展，公路立交就如雨后春笋般发展起来。瑞典于1 9 3 1 ，- - 1 9 3 5 年 在斯德哥尔摩修建了举世闻名的斯鲁先立体交叉，该立交采用了三个小环道的部 分苜蓿叶式立交解决交通问题。加拿大于1 9 3 6 年在安大略省别乐里格顿城附近的 公路上建成了第一座三路喇叭式立体交叉，该立交利用一座桥梁从空间分离主线， 第一章绪论 然后利用一条半匝道和一条小环道实现主线之间的左转，从而实现了交通转换功 能。上世纪5 0 年代中期起，美、英、法、德、日等国开始大规模修建高速公路， 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。 目前高速公路发达的国家逐步把主要高速公路连接起来，形成国际高速公路网， 而随着高速公路的发展，各国修建的立体交叉正向着多层定向式发展，并逐步形 成不同的特色和风格。 国内立体交叉的发展 我国修建立交起步较晚，首先是从解决城市道路交叉口的交通问题开始的。 我国第一座立体交叉一武汉滨江路半苜蓿叶形立交建成于1 9 5 5 年；随后北京和广 州也分别修建了立体交叉。进入上世纪8 0 年代以后，随着我国改革开放的发展和 经济的快速增长，全国各地纷纷修建高速公路，并随之修建了大量立体交叉。如 沈大高速公路全长3 7 5 k m ，共设有2 5 座立体交叉，另外北京、天津、沈阳、南京 和上海等城市，为了改善城市交通，修建了设有许多环城高速公路立体交叉。如 天津市中环路全长3 4 4 9 k m ，共设置1 2 座立体交叉。到2 0 0 5 年止，国道上已有 1 7 3 8 座立交，桥梁共3 1 0 0 5 9 延米。 尽管我国立体交叉的规划和设计起步较晚，但是发展速度较快。从整体来看， 立体交叉正在向形式简洁、功能齐全、线形平顺、流畅美观和施工方便方向发展。 1 2 2 国内外立交等级研究的现状 国外立交等级划分的研究现状 据国外资料，日本、德国、美国等国家在立交等级划分方面做了一些工作， 尤其日本在立交等级划分方面做的较为详细。日本认为：立交的匝道设计速度与 立交类型级别有密切的关系，根据设定的立交类型可概括地决定各匝道的设计车 速；反之，如能确定与交通量大小、匝道重要程度相适应的设计车速，也可决定 相应的立交枢纽类型。因此，应该将设计车速和类型级别一并研究决定。日本根 据相交道路的三种情况，将立交分为三类三级，并确定了相应的匝道设计车速。 1 ) 第一类立交 第一类立交是高速公路相交的互通式立交。日本的高速公路是收费公路，但 是高速公路之间通常不收费。为了保证快速通畅的运行，要求匝道有较高的设计 车速。因此，根据高速公路设计车速及立交通车十年后的设计交通量将立交分为 三级，因此如表1 1 所示，而与立交等级相对应的匝道设计车速如表1 2 所示： 第一章绪论 4 表1 1 日本第一类互通式立交分级 t a b 1 1t h ei n t e r c h a n g eg r a d eo f t h ef i r s tk i n di nj a p a n 出入交通量连接的那条主线的设计车速( k m h ) ( p c u d ) 1 2 01 0 08 06 05 0 q 2 0 0 0 0一级一级二级二级三级 1 0 0 0 0 q 2 0 0 0 0一级二级二级三级 三级 1 0 0 0 0 二级二级三级三级 三级 连接的那条主线是指与已经通印使用的路线相连接的新规划修建的道路。 表1 2 日本第一类互通式立交匝道设计车速 t a b 1 2d e s i g ns p e e do fi n t e r c h a n g er a m po f t h ef i r s tk i n di nj a p a n 第一类互通式立交级别设计车速( k m h ) 一级 8 0 、6 0 二级 6 0 、5 0 三级 4 0 2 )第二类立交 第二类立交是高速公路与一般公路之间的互通式立交，是必须设收费口控制 车辆出入的高速公路，也是较常见的立交。根据出入交通量，将这种立交分为三级， 如表1 3 所示；与立交等级相对应的匝道设计车速如表1 4 所示： 表1 3 日本第二类互通式立交分级 t a b 1 3t h ei n t e r c h a n g eg r a d eo f t h es e c o n dk i n di nj a p a n 出入交通量连接的那条主线的设计车速( k m h ) ( p c u d ) 1 2 01 0 08 06 05 0 q 1 0 0 0 0 一级一级一级( 二级)二级( 三级)二级( 三级) 5 0 0 0 q 8 0 7 06 0 6 0 自由畅行， 减速运行， 减速运行，缓行，干干扰、阻塞或 通行状态 自由畅行 个别减速轻微干扰有干扰扰严重功能不全 通过分析上表可知，由于六级立交的通行状态表现为干扰、阻塞，其根本起 不到立交所要具备的交通功能转换的作用，因此，上述等级中六级应当认为是不 合格的，不应采用。 ( 2 ) 以交通功能和技术标准作为评定内容，满分分别为1 0 0 分，采取有缺憾 就扣分的方法。交通功能包括转弯功能、平交、交织；技术标准包括最小半径、 最大纵坡、视距、加减速车道等。扣分办法有具体规定。总分为两部分的加权平 均。对城市立交，还必须把慢车，主要是白行车是否分流引入评分计算；对于公 路立交，须把机动车引入评分计算。 在我国，有关学者还根据重庆市绕城高速公路立交的工程实例对立交的等级 划分的问题作了研究，通过这个工程实例我们可以得知：同样是两条主干线相交 的互通式立交，根据不同的条件、手法和意图，可以设计成不同层数的立交，而 且立交的整体造型、技术指标、占地面积、桥梁结构形式以及工程数量、工程投 资等的差别也相当悬殊。并且还知立交的位置确定后，应对立交的等级进行划分， 等级划分对立交的交通功能的发挥有很大影响，同时对相交道路以及整个道路网 的交通起到控制作用。立交等级确定过高，交通顺畅，但不能充分利用立交所提 供的服务，造成工程上的浪费；等级确定过低，交叉口交通问题得不到完全解决， 对道路及道路网络产生不良影响。此外，不同等级的立交有不同的经济控制指标， 根据所控制的经济技术指标，就可以有效地保证立交的合理选型，控制立交的规 模、功能及投资；不同等级的立交应制定不同的技术标准，更好地保证立交的行 车舒适与安全，协调立交各方面的关系。因此可以说明，应该在总结实践经验的 基础上，制定符合我国国情，适应当前经济条件和我国交通特点的立交等级标准。 1 2 3 存在的问题 随着我国交通运输业的迅速发展，使道路交通运输量增加很快，从而代替平 面交叉的立体交叉如雨后春笋般大量修建，以其来解决交通拥挤，降低交通事故 率和提高交通通行能力。作为高速公路的门户立体交叉起着交通转换和疏散交通 第一章绪论 9 流量的作用，而交通流量的大小直接关系到在修建立交时如何按立交等级来确定 立交的技术指标。2 0 0 5 年资料显示，全国高速公路死亡事故率比一般公路高出3 倍多，这与世界发达国家高速公路死亡事故率仅为一般公路的1 2 1 1 0 的统计 结果相差很远。高速公路与高速公路相交的节点处是交通事故多发区，该部位除 了有直行交通外，还有转弯交通要进行加速、减速、交织等复杂运行，容易引起 交通紊乱，因此高速公路的立交等级的确定就显得很重要。 公路立交等级及类型体系的研究在我国刚刚起步，公路立交等级划分的较多 技术指标在深度上还存在欠妥之处。在互通式立交中，行车条件较基本路段复杂， 因而该路段对车辆行驶的要求较高，从而立交等级及其类型的确定也就尤为重要。 另外，我国幅员辽阔，地势起伏变化，有平原微丘地区，也有山岭重丘地区，这 些对建立完善的公路立交等级及其类型体系都带来一定的困难。 1 3 本课题研究的目的和意义 我国立交的建设发展速度很快，大多数的立交起到了改善交通不良状况，实 现交通顺畅的作用。立交在等级确定以及类型选择既要立足于交通需求，又要注 意结合用地经济与协调景观环境。但是在我国，也有一些立交的等级确定和类型 选择还不够完善，甚至有欠妥失误之处。 绕城高速公路与渝邻高速公路的交叉点， 如重庆朝阳寺互通立交，该立交是重庆 由于受高差限制致使重庆绕城高速公路 以1 2 0 0 米长的隧道下穿。同时受原渝邻路王家互通立交( 三路喇叭型) 的影响， 原设计采用双半定向型立交( 如图1 1 所示) 。虽解决了隧道与立交布置的空间矛 盾，实现了全互通，但由于将一个四路互通式立交分离为两个三路t 形半定向立 交，车辆转向绕行路线长、占地较宽，与主枢纽互通的功能不相适应。分析其原 因，主要有： 1 ) 朝阳寺互通立交主要是实现渝邻高速从邻水进出绕城高速的车流转向，这 两向四个转弯车道是立交的主流向，设计应为该方向创造良好的转向条件，因此 朝阳寺互通立交可不按全互通立交考虑，立交等级宜为一级枢纽互通立交。 2 ) 朝阳寺互通立交从仁睦至沙坪和沙坪至仁睦的左、右转两条匝道修建的暂 不适宜，应该待朝阳寺互通立交区域交通量增长沙双公路段( g 3 1 9 ) 车流饱和后 再考虑增设匝道，或改造沙双公路段( g 3 1 9 ) 。 3 ) 从邻水进入绕城高速东西两个方向的四条匝道是行车主流向，不应设置连 接式半定向匝道，而应设置直接转向的半定向式匝道，以保证主流向的交通功能。 第一章绪论 1 0 北碚口 邻水 重庆 图1 1 朝阳寺互通立交 f i g 1 1t h ei n t e r c h a n g ef o rc h a o y a n gs i 由以上的例子，我们可以得出这样一个问题：对立交应进行怎样的等级确定 和类型选择才是合理的，才能符合实际的需要。 立交是一个复杂的综合体，立体交叉由于受到地域的限制，需要占用大量土 地，动迁大量房屋，挪移地上地下公用设施，加上立交的交通组织和结构设计较 为复杂，所以一次性投资费用较高。同时，立交又是城市交通的枢纽，不仅与城 市的交通运输密切相关，且与城市总体布局、经济发展和建筑风貌紧密相连，因 此修建立交必须慎重，建设前应在技术、经济等方面作充分论证。从立交应用实 践中看出，城市交叉口地形、地物复杂多变，不是一个模式，在立交的布局形式 上要因地制宜，因此立交的形式多种多样。暂时撇开立交形式上的多样化，可以 发现，立交采用的技术指标不同，其使用效果不同；立交的技术指标越高，使用 效果越好，这是从行车速度快、通行能力高等方面进行评价的。从立交的这个共 性中，我们可以引入立交等级的概念。 立交等级是表征立交技术性能的综合指标。在道路交叉口中，由于要满足交 通功能的不同需要和交通条件、道路条件的不同，对立交的等级确定也不同。立 交等级决定了立交的交通功能、立交的类型及其使用效果。 当前立交规划设计时，往往按照地形地物的变化，侧重于立交形式设计，这 种不顾立交等级及其类型选择的做法，必定会引起立交交通功能方面的缺陷：有 第一章绪论 可能导致交通拥挤阻塞，也有可能通行的交通量过少，设施闲置浪费；另外，由 于建设资金的限制，从而降低立交的等级要求，后果是不仅不能缓解交通，而且 造成了资金的浪费，重庆朝阳寺互通立交就是由于建设资金的不足，而不顾立交 等级的需要，采用了较为不合理的方案。可以看出，当前的立交等级确定和立交 类型选择是急需要解决的问题。因此，为了确保立交工程建设满足使用要求和经 济合理，避免型式、规模选择不当而影响交通功能，同时，为了防止不切实际片 面贪大求全而造成国家人力物力财力的浪费，应该还是有必要对我国立体交叉等 级、规模、功能进行研究并分类量化，以此来作为立交设计选型的准则。 综合以上分析，可以认为，立交等级的研究具有如下几点重要的意义： 1 ) 立交是道路与桥梁的综合结构物，而立交等级则是立体交叉在使用功能上 的技术级别，它综合反映立体交叉各组成部分的技术条件状况和指标的高低。因 而，立交等级的划分是立交规划设计的重要内容。此外，制定出立交等级及其划 分标准，能为立交规划提供理论依据，能为立交设计提供技术指标标准，使立交 设计规范化、合理化、科学化。 2 ) 合理控制立交规模。综合分析立交交叉口的交通特性，立交等级一旦确定， 立交类型、立交技术指标和立交规模也大致确定， 3 ) 合理控制投资数。满足立交正确规划的等级所需的投资才是合理的，既避 免了浪费资金，又避免了资金不足情况下对立交设计造成的技术上不足。 1 4 本课题研究的目标与主要内容 1 4 1 本论文研究的目标 随着我国交通运输事业的迅速发展，高等级公路建设也同新月异，作为高等 级公路的出入门户，各种立交起到了道路之间相互联通的纽带作用，并且立交还 是高等级公路的重要组成部分。因而立交的等级划分对于合理确定工程规模、提 高投资效益有着极其重要的意义。根据国家交通部现行颁布的公路路线设计规 范( j t 6d 2 0 - - 2 0 0 6 ) 得知公路的立交类型分为两类，也就是划分为一般立交和 枢纽立交。但是，事实上，依据我国j t j 0 11 - 9 4 颁布的公路路线设计规范可 知，立交的等级由相交道路的等级决定，同时立交等级是以主线的设计车速及互 通式立交的出入交通量为基准来进行划分。因此，本文研究的两大主要核心目标 如下： 初步探索我国公路立交等级划分体系，为各等级的公路立交的确定提供理论 依据。 第一章绪论1 2 初步探索建立的各等级公路立交所相对应的立交类型和指标体系，使之能为 立交规划和设计提供参考，为制定规范提供资料数据，使立交设计规范化、合理 化、科学化。 1 4 2 本论文研究的主要内容 本论文研究的主要内容 1 ) 对目前我国立交等级的现状进行分析研究，探索影响公路立交等级的因素， 提出对我国公路立交等级体系的划分及其主要技术指标的建议。 2 ) 通过对影响公路立交功能的线形质量、通行能力、立交的绕行率和立交的 安全性这四个主要指标的定性和定量的分析，确定出划分公路立交等级的功能综 合指数。 3 ) 通过建立适合我国公路网特点的立交等级体系，从而推荐出各等级公路立 交的适宜类型。 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 第二章公路立交等级及其类型的分析 2 1 我国公路立交的特征 我国公路立交的特征点如下： 公路立交形式较单一 目前，我国公路分为五个等级：高速公路及一级、二级、三级、四级公路。 对于高速公路，要求道路相交处全部采用立体交叉；对于一级公路，要求部分重 要路口采用立体交叉。由此可见，我国公路立交一般都设置在高等级公路上，而 高等级公路通常需要收费，因此所修建的立交多为需要设置收费站的立交。而设 置收费站的立交从设备集中、管理方便经济的角度出发，一般为三路立交，变化 形式较单一。 公路立交交通组成较简单，相比于城市道路立交，公路立交一般不需要考虑 行人和非机动车交通。此外，公路立交一般间距大，相比于立交之间干扰较小的 城市道路立交。 相比于城市道路立交，公路立交一般都设置在高等级公路上，因而设计车速 较高，相应的线形指标也较高，占地面积较大，多采用标准型立交，且还要设置 变速车道。 相比于城市立交受地上、地下各种建筑物和管线影响大，使立交竖向设计难 度增加这种情况而言，公路立交受这方面的影响较小，一般可以不用考虑。 城市立交设计时，由于施工条件会受到一定限制，需要考虑立体交叉在狭小 的场地条件下施工，怎样才能便于维持原有交通和进行快速施工问题；而公路立 交施工时一般不受条件限制，交通组织也较方便，只需适当注意工期即可。 2 2 影响公路立交等级的因素及分析 公路立体交叉的产生基于以下两点：一是高速公路和城市快速交通干道的出 现，要求相交道路上的车流不干扰主要道路的交通，以保持道路上车辆的快速运 行；二是当交叉口交通流量剧增，仅仅依靠平面区划和通常的交通管制方法已经 难以解决道路交叉口处的交通通畅和安全问题时，为了保证行车的安全、通畅， 要求提高交叉口的通行能力而设置公路立交。由于与交叉口相交的道路的性质、 等级、设计车速不同，各条道路各个方向的交通流量更是各不相同。因此，交通 状况、相交道路的等级、设计车速、进出交叉口的交通量、立交在路网中的位置 和作用、投资条件、经济效益和环境因素这些均是影响公路立交等级的主要因素。 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 1 4 2 2 1 交通状况 交通离不丌人、车、路这三者，而立体交叉正是这三者汇集之处。要合理解 决交通问题，必须对交通状况有一个清楚的认识。交通状况和相交道路的等级、 设计车速、进出交叉口的交通量、人流量以及立交在路网中的位置和作用紧密相 关，而影响交通状况的主要因素应是相交道路的等级和交叉口的交通量。另外， 交通状况与立交等级的关系主要通过交通功能加以体现，交通功能好，表明立交 等级能够满足交通状况的要求。立交等级的大小，是交通状况所产生的要求，也 是交通功能的要求。交通功能是公路立交的主要功能，因此，交通状况对公路立 交等级的制约是一项重要因素。 2 2 2 相交道路等级 公路的分级 根据交通部现行颁布的公路工程技术标准( j t g b 0 1 - - 2 0 0 3 ) 将公路按交 通量及其使用任务、性质分为五个等级： 1 ) 高速公路：是专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。 四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2 5 0 0 0 ，一- - 5 5 0 0 0 辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均f 1 交通量 4 5 0 0 0 , - - 一8 0 0 0 0 辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日 交通量6 0 0 0 0 - - - 10 0 0 0 0 辆。 2 ) 一级公路：是供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道 公路。四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 1 5 0 0 0 3 0 0 0 0 辆；六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日 交通量2 5 0 0 0 - - - - 5 5 0 0 0 辆。 3 ) 二级公路：是供汽车行驶的双车道公路。双车道二级公路应能适应将各种 汽车折合成小客车的年平均日交通量5 0 0 0 - 1 5 0 0 0 辆。 4 ) 三级公路：是供汽车行驶的双车道公路。双车道三级公路应能适应将各种 车辆折合成小客车的年平均日交通量2 0 0 0 - - 6 0 0 0 辆。 5 ) 四级公路：是供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道四级公路应能适 应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2 0 0 0 辆以下；单车道四级公路应能 适应将各种车辆折合成小客车的年平均同交通量4 0 0 辆以下。 我国公路分为以上五个等级，而公路等级的选用应根据公路功能、路网规划、 交通量，并充分考虑项目所在地区的综合运输体系、社会经济等因素，经论证后 确定。一条公路可分段选用不同的公路等级。同一公路等级可分段选用不同的设 计速度。不同公路等级、不同设计速度的路段间的过渡应顺适，衔接应协调。拟 建公路交通量介于一级公路与高速公路之间时，应从安全、远景发展等方面予以 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 论证确定。拟建公路为干线公路时，宜选用高速公路；拟建公路为集散公路时， 宜选用一级公路。干线公路宜选用二级及二级以上公路。干线公路采用二级公路 标准时，应采取增大平面交叉间距，采用主路优先交通管理方式，采取渠化平面 交叉等措施，以减少横向干扰，其平面交叉间距不应小于5 0 0 m 。急散公路采用二 级公路标准时，非汽车交通量大的路段，可采用设置慢车道，采用主路优先或信 号等交通管理方式，采取渠化平面交叉等措施，以减小纵、横向干扰，其平面交 叉间距不应小于3 0 0 m 。支线公路或地方公路可选用三级公路、四级公路，允许各 种车辆在车道内混合行驶。 总之，公路立体交叉的等级与道路条件有密切的关系，二者相互影响、相互 制约。高等级的道路相交处设以低等级的立交，立交处的疏散能力低、车速低， 而道路的车速高、车流量大，同一时间内到达的车辆不能在相同的时问段内驶离 立交，造成车辆在立交前排队等候。如果排队等候时间太长，排队车辆多，势必 影响路段上车辆的行车速度，影响车辆的运营效益，削弱高等级道路快捷、舒适 的运行效果。因此，当立交不能很好地疏散交叉口的车流时，就要考虑立交等级 是否满足要求。相反，若在低等级的道路相交处设以高等级的立交，立交的通行 能力大大超过交通量，又会造成浪费。因此，公路立交的等级应与相交道路的等 级协调一致。 2 2 3 相交道路设计车速 相交道路的设计车速与立交区主线和匝道的设计车速有直接的关系。立交区 主线的设计车速应采用与路段相应等级的设计车速( 菱形立交除外，其通过平面 交叉口、存在冲突点的直行车流的设计车速可采用与路段相应等级道路设计车速 的7 0 ) ，以保证行车的顺适安全和高效率；匝道的设计车速由于地形、用地、造 价等原因，通常比主线设计车速小，一般是主线设计车速的5 0 7 0 。匝道的设 计车速与道路状况( 如转弯半径大小、纵坡、宽度) 、交通组织( 如单向行驶、 双向行驶、有无平交路口) 、交通状况有关。设计速度高对道路状况、交通组织、 交通状况的要求也就高，立交等级也高，立交技术指标就要采用较高的标准。 我国公路的设计车速如下表2 1 ： 表2 1 我国公路的等级及设计车速 t a b 2 1r o a dg r a d ea n dd e s i g ns p e e df o ro u rc o u n t r y 公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路 设计车速 1 2 01 0 08 01 0 08 06 08 06 04 03 02 0 ( k m h ) 对比山区高等级公路的取值一般采用l o o k m h ，8 0 k m h 的设计速度，少数路段 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 1 6 采用6 0 k m h 的设计速度。 2 2 4 进出交叉口的交通量 在规划年限内，相交道路平面交叉口的预计交通流量将达到饱和程度，而且 采取路网分流、信号灯控制等综合治理措施也难以缓解规划期末高峰时段将出现 的车流拥塞。这时就需要设置立交，才能承担起大交通量的运行。任何一类交通 设施，包括立交，通行能力都是有限的，并且同一类交通设施，由于结构不同， 提供的交通条件不同，它所能满足的交通量也是不同的。例如，按基本动线关系， 立交可分为：完全立交型立交、部分立交型立交、交织型立交、平交型立交。其 中，完全立交型立交匝道数与转弯方向数相同，没有冲突点，没有交织路段，车 辆在分离的独立匝道上行驶，车辆之间没有相互干扰，通行能力较大；交织型立 交匝道数少于转弯方向数，有不同转弯方向共用的匝道，形成交织路段，使车辆 之间相互存在着干扰，影响立交的通行能力，因而使交织段立交的通行能力小于 完全立交型立交和部分立交型立交；平交型立交也是匝道数少于转弯方向数，相 交道路的基本动线间存在平交冲突点，使车流之问的相互干扰较大，对立交通行 能力的影响也较大，因而平交型立交的通行能力是最大的。 由此可见，不同类型的公路立交，其通行能力是不一样的，在满足交通量的 大小上也是不一样的，这种满足程度可用公路立交的等级来表示。因此，有必要 划分公路立交等级，根据交叉口的交通量的大小，可以采用不同等级的公路立交 来满足交通量的需求。 2 2 5 立交在路网中的位置和作用 公路网是高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路所组成的统 称，并且公路网还要与城市道路网一起考虑，以及还要应结合城市的功能分区、 交通运输、建筑艺术和自然地形等进行规划。我国现有的道路系统形式可归纳为 四种主要类型：方格网式、环形放射式、自由式和混合式。目前，我国大多数城 市的高速公路还是采用方格和环形放射式的混合式。在公路系统中，各条公路的 性质、功能不同从而形成的立交交叉口的等级也不同。高速公路、一级公路形成 的网格点是重要的交叉口，交通功能要求高，对立交等级自然也要求高；公路网 内部干道交叉处立交等级应低一些，这是由立交交叉口所处位置的重要性决定的。 另外，公路网中，立交所处的位置不同，立交等级也不相同。比如重庆绕城高速 公路位于外环，而外环离市区较远，用地也就较宽裕，从而立交等级受到的影响 小，立交等级及其技术指标值自然就高些；重庆内环高速公路位于市区，其用地 条件受到较大限制，对立交等级有较大的影响，立交等级及其技术指标值自然就 低些。因此，在公路网中，市区内的立交等级低于市郊立交等级，并且公路网立 交等级重要性是与相交道路的等级密切相关的。 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 2 2 6 投资条件 对立交的投资主要是立交的工程费用，而工程费用包括修建立交的构造物、 跨线桥、道路时所需要的费用及立交用地范围内的建筑拆迁费。总体上看，立交 等级越高，工程费用就越高，对立交的投资要求就越高。实际上，投资额与工程 费用不一定相等，一个立交工程能否按规划设计完成，取决于投资的大小，如果 投资额小于工程费用，势必影响立交工程。从目前我国的经济水平来看，投资太 大有一定网难，有些市交的规划设计从经济角度出发，从而降低了立交的等级， 致使立交的几何线形和交通功能差，不能起到良好的作用。 基于以上可以看出，投资条件与公路立交等级的关系是相互影响的。不同的 公路立交等级对投资费用有不同的要求，投资费用的多少反过来影响公路立交等 级的高低，投资大，立交等级就高，立交的交通功能就好。由于投资问题比较复 杂，故只能在具体的立交设计中作具体分析。因此，本论文在立交等级的制定中， 不以投资条件作为立交等级划分的基本依据，仅作为实际规划设计中需要考虑的 一项重要因素。 2 2 7 经济效益 立交的经济效益有三方面的含义：1 指立交建成后，提高了行车速度，减少 了行车延误时间所获得的车辆费用的节省、车辆行驶的油耗和轮耗；2 立交的建 立，使得区域的交通状况有了很大的改善，促进地区经济发展所带来的效益；3 安全性增加，减少了事故所带来的经济损失。立交等级越高，车辆行驶条件越好， 延误越小，对车辆的运费、损耗降低带来的效益越高，安全性随几何线形良好而 提高。对地区经济发展方面的影响，其程度难于估算，但可以肯定，立交给交通 带来的便利加快了区域交通运输的频率，提高了运输服务水平，随着立交等级的 提高，交通的快捷程度提高，对地区经济发展的影响更大。反之，如果在经济方 面有一定的要求和当地经济发展需要更快捷的、更大通行能力的交通服务，这对 立交等级提出了要求，影响了立交等级的确定。因此，经济效益与立交等级的关 系也是相互影响的。 综上分析，等级不同的立交在车辆行驶损耗、事故经济损失方面大小不同， 但其影响的程度差异很小，可不作为确定立交等级考虑的因素。而从地区经济发 展前景对立交的要求来看：地区经济发展程度刺激交通量的增长，这一增长反映 在交叉口交通量的增多，使立交等级相应变化。因此不同地区，应有不同的立交 等级。 2 2 8 环境因素 立交是一个复杂的综合体，立体交叉由于受到地域的限制，需要占用大量土 地，动迁大量房屋，挪移地上地下公用设施，因而立交的修建要与环境结合。环 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 1 8 境因素主要有：1 立交上车辆产生的噪音、排放废气的大气污染对周围居民的影 响以及立交对居民居住建筑采光的影响；2 立交占地区域拆迁难易性；3 立交附 近人流量大小、商业化程度；4 立交与周围景观的协调。因此，立交等级与环境 的关系是相互影响、相互制约的，也就是说立交等级影响环境，环境从一定程度 上制约立交。 由以上几个影响因素分析可以得出，立交等级与交通状况、相交道路等级、 进出交叉口的交通量、立交在路网中的位置和作用、投资条件、经济效益和环境 的关系是相互影响、相互制约的。但是在立交等级的划分时，首先应将交通功能 作为主导因素，再考虑其他因素的重要程度。 2 3 影响公路立交类型的因素及分析 2 3 1 立交分类体系的状况 自从本世纪3 0 年代美国建成世界上第一座立交桥至今，立交已经有1 0 0 多种， 常用的也有7 0 余种。从不同角度进行划分，立交可以划分为以下几种类型： 按相交道路交通流是否可以相互转换，立交可分为： 1 ) 分离式立交 2 ) 互通式立交 按相交路线的交通流性质可分为： 1 ) 车行立交：包括机非分行立交和机非混行立交 2 ) 人行立交：包括人行天桥和人行地道 按交叉口基本动线的相互关系可分为： 1 ) 完全立交型立交 2 ) 部分立交型立交 3 ) 交织型立交 4 ) 平交型立交 按立交左转匝道的形式可分为： 1 ) 定向型立交 2 ) 半定向型立交 3 ) 非定向型立交 按立交的外形可分为： 1 ) 喇叭形立交 2 ) 苜蓿叶形立交 3 ) 子叶形立交 第二章公路立交等级及其类型的关系分析 1 9 4 ) 梨形立交 5 ) 环形立交 6 ) 菱形立交 7 ) 碟形立交 按管理方式可分为： 1 ) 收费立交 2 ) 不收费立交 其中，按立交左转匝道形式分类以及按交叉口基本动线的相互关系分类是两 种重要的分类方式，其原因如下： 1 ) 不同行车方向的车流在交叉口上交错运行，会产生不同类型的危险点，给 行车安全带来隐患，这些危险点分为分流点、合流点和冲突点。其中，以直行及 左转弯两种车流造成的冲突点对交叉口的通行能力和行车速度影响最大。而互通 式立体交叉型式的设计，即类型的选择，其实质就是如何处理平面交叉中产生的 分流点、合流点和冲突点，也就是如何分别处理不同行驶方向的