环形交叉中心岛设计方法示例

曹贤桂

环形平面交叉是一种常见的平面交叉形式,一般适用于左转弯交通量较大的四肢及四肢以上的道路交叉口。常见于城市边缘连接公路与城市道路分散入城的交口,城区内当两相邻路口比较接近而交通量较大时,由于设置信号管制一次绿灯难以通过,而采用环形交叉,其适用交通量以不超过2 000辆为宜。

在环形交叉设计中中心岛的半径是一个关键性的指标,部分设计者认为环岛半径越大,则服务水平、安全性越高,这是一个误区。下面以一个城市环岛为例,介绍环岛半径选取的方法和需要注意的问题。

某环形交叉为五肢交叉(见图1),道路 AD为二级公路入城段,设计速度为60 km/h,道路BE为城市道路,设计速度为40 km/h,道路C为高速公路连接线,设计速度为40 km/h。交口位于城市边缘,现阶段交通量较小,高峰时段交通量总和为 651辆/h(小客车)。

原设计中心道半径为45 m,显然偏大。下面从四个方面分析该环形交叉中心道半径的取值。

1 根据设计速度计算

根据CJJ 37-90,城市道路设计规范第6.2.2条规定:“交叉口内设计速度应按各级道路计算行车速度的0.5倍～0.7倍计算,直行车取大值,转弯车取小值”。本环道中 AD路设计速度为60 km/h,如按照0.5倍取值,即设计速度约 30 km/h,中心岛最小半径35 m。如按照0.6倍取值,设计速度约35 km/h,中心岛最小半径50 m。

该规范是1991年发布的国家行业标准,在实施过程中发现,如果环岛内行车速度过高,不利于交叉口行车安全,不但不能改善通行能力,还会造成较大的浪费,因此在2006年11月标准编写组的《城镇道路工程技术标准》(讨论稿)中,将该条改为了“交叉口设计车速是计算交叉口几何设计指标的依据,可采用路段设计车速的0.5倍～0.7倍,设计直行车道时可取上限,设计转弯车道可取下限,但环行交叉口设计车速不宜大于20 km/h”。但是该条现尚未实施,现行规范仍然采用CJJ 37-90城市道路设计规范。设计者显然是简单的套用了规范,并采用了规范的中值,如果按照现行规范的要求,环岛半径应取低值35 m。

如果设计速度采用20 km/h,根据公式:

R=V2/[127(μ±i)]-b/2。

算得R＞18 m即可满足要求。其中,R为半径;V为设计速度;μ为横向力系数,取 0.14～0.18;i为横坡,取-1.5%(反超高)～+1.5%(正超高);b为靠中心岛内侧车道宽度。

2 根据交通量计算

交织段的设计通行能力按下式计算(见图2):

其中,CD为交织段设计通行能力,此时重型车比例不超过15%,如果重型车比例超过15%,应对该式进行修正;l为交织段长度,m;w为交织段宽度,m;e为环交入口平均宽度,e=1(e1+2 e2),m,e1为入口引道宽度,m,e2为环道凸出部分的宽度,m。

公式适用于下列条件:

引道上没有因故暂停的车辆;

环交位于平坦地区,纵坡不大于4%。

根据本环道的情况:w=14.5,e1=10.5,e2=13.5,lmin=30 m。可计算出CD=2 429辆/h(小客车)。根据管委会提供的交通量数据,估计现阶段环岛交通量为551辆/h(小客车)。

如 lmin值采用25 m,可计算出 CD=2 281辆/h(小客车)。如果未来交通量以每年10%的增长速度递增,在15年后将达到2 281辆/h(小客车)。

因此,即使环岛半径采用25 m,其通行能力也可满足交通量要求。

注:以上交通量均为高峰小时交通量DHV,如果换算成年平均日交通量ADT,应按下式计算:

其中,K为高峰小时系数,在0.1～0.15之间,本次取值0.12;D为方向不均匀系数,在 0.5～0.75之间,本次取值为0.6。

则DHV=2 281辆时,ADT=31 681辆/d(小客车)。

3 根据交织段长度

根据规范要求,如果设计速度取30 km/h,要求的最小交织段长度为35 m。如果设计速度取20 km/h,要求的最小交织段长度为25 m。本环岛中B,C方向之间的交织段长度最短,l=31 m。

如果其他尺寸不变,而在原位缩小半径至25 m,B,C方向之间的交织段长度将不足25 m。

4 根据交织角

根据以上设计速度和交通量计算结果来看,本环岛半径45 m偏大,设计单位采用该值的原因可能是为了满足交织角的要求,交织角以右转弯车道外缘1.5 m和中心岛缘石外1.5 m的两条切线的夹角表示,交织角不宜大于40°。一般来说,环道半径越大,角度越小,行车越安全。

本环岛中 B,C方向的交织角为38.3°,角度偏大,这是由于这两条道路本身的夹角过小造成的。如果其他尺寸不变,而在原位缩小半径,交织角将超过40°。

5 综合分析

本环岛的设计受到B,C方向的小夹角,交织段长度与交织角的限制,采用了45 m的大半径,占地面积和工程量大。而由于设计速度偏高,安全性得不到保障,而环岛绕行距离较长,虽然设计速度提高了,但运行效率并未提高。因此应采取措施缩小中心岛半径,针对该交口,可以通过以下方法进行优化:

1)将该环形交叉中心岛南移5 m～15 m,使B,C方向交织段长度增加,交织角减小,再缩小半径。

2)适当调整E道路和C道路的线位,增大夹角,使五肢道路分布更为均匀,可以进一步缩小半径。

笔者通过试验发现,在现有条件下,可以将半径缩小至25 m以满足各方面的要求。由于增加了 C,E道路改建,工程量与原方案基本持平,但占地面积与拆迁量远小于原方案。