互通式立交与服务设施合并设置条件探讨

邓国忠，曹帆，吴勇，王琪

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

至2012年底，中国高速公路通车里程已达9.6万km，已经超越了美国的9.2万km，居世界第一。至2018年底，中国的高速公路里程增加到13.8万km，继续位居世界第一位。高速公路的快速发展离不开互通式立体交叉、服务设施的建设，互通式立体交叉与服务设施同时也能促进高速公路发挥出更加巨大的经济、社会效益。但部分项目受地形、用地条件限制，难以单独布设互通式立体交叉与服务设施场地，而二者又必须布设时，考虑对二者进行合并设置很有必要。

1 服务设施与互通式立体交叉概述

1.1 服务设施的功能

服务设施指高速公路上为车辆、驾驶人和乘客提供服务功能的场所和建筑设施范围的总称，主要由休息设施、停车设施和附属设施3部分组成(该文中服务设施特指服务区或停车区)。服务设施能有效保证高速公路的交通安全、提高高速公路的服务水平并促进高速公路经济的健康、快速发展。

1.2 互通式立体交叉的功能

互通式立体交叉是指主线和被交叉公路在不同立面标高上，利用匝道进行相互连通的分离式交叉，是高速公路沿线重要的构造物之一。互通式立体交叉应能满足交叉公路间交通转换的需要，按照交叉公路不同等级和功能，其可划分为一般互通式立体交叉和枢纽互通式立体交叉两种类型。互通式立体交叉能有效降低事故率、提高交叉口通行能力并方便出入控制管理。

2 互通式立体交叉与服务设施合并设置的影响因素分析

互通式立体交叉是公路交通量转换的关键节点，服务设施是保证公路安全运营的重要保障。互通式立体交叉与服务设施因功能与服务对象不同通常独立设置，但在地形条件非常困难的情况下，对二者进行合并设置是必要的，同时在工程上也是经济合理的。

2.1 交通量

预测交通量是确定项目等级和规模的基础，是影响合并设置方案的重要因素，如果合并设置存在较大使用交通量，首先将导致合并设置占地规模偏大，从而在路线走廊带内较难同时找到符合主线线形指标、地质条件良好和地形平坦开阔满足使用需求的区域；其次采用合并设置方案时，由于需要同时满足互通式立体交叉的交通转换功能和服务设施的临时分合流功能，导致匝道的连接段或多或少会存在交织行为。根据《道路通行能力》中第5.2.2条，当匝道交织量越大、交织段越长，合并设置区域交通流组织将越复杂，不合理的交通流组织设计也易使驾驶人错过出入口或误判行驶方向，造成交通误判行驶方向，甚至造成拥堵或交通事故，降低高速公路的通行能力和服务水平。因此，在没有条件单独设置而又必须设置互通式立体交叉和服务设施的路段，交通量将是合并设置方案必须考虑的首要因素。

2.2 间距

当遇到高速公路沿线适合互通式立体交叉和服务区布设的空间或者距离不能满足规范规定的最小间距，且经论证互通式立体交叉和服务设施均要设置的情况时，设计人员通常采用合并设置方案以解决有限的空间和规定的间距无法同时满足的矛盾。例如，中国的镇海互通式立交与镇海服务区、街头互通式立交与天台服务区以及营松路互通式立交与靖宇服务区等合并设置方案都是互通式立交、服务区间距小于规范规定值，设计人员综合考虑主线线形指标、沿线地形、地质条件和征拆迁工程量后，决定采取两者合并设置方案。根据JTG/T D21-2014《公路立交设计细则》(以下简称《细则》)中5.4.4条规定，互通式立体交叉和服务设施之间的间距不应小于表1中规定值。

表1 互通式立体交叉与服务设施最小间距

3 互通式立体交叉与服务设施合并设置临界交通量计算

现行JTG B01-2014《公路工程技术标准》、《细则》以及JTG B05-2015《公路路线设计规范》中均未明确规定合并设置条件，且行业内也缺乏这方面的系统研究。该文将对合并设置交通量这个较易量化的影响因素，运用数理统计及理论计算分析，提出一个较符合目前中国现状的一个界限值。

3.1 基本假设

服务设施的规模主要受交通量影响，互通式立体交叉主要受匝道承担的转弯交通量影响，所以合并设置条件中关于交通量的界定应该主要由互通式立体交叉出口匝道转向交通量来决定。

基本假设：

(1)公路设计服务水平为三级，方向不均匀系数D取0.6，设计小时交通系数K取0.15。

(2)简化汽车分类，将中型车和大型车合并为一类统称中型车，车辆折算系数取其平均值2.0；小客车改称为小型车，其他较大车辆改称为大型车。

(3)由《公路工程项目建设用地指标》(以下简称《用地指标》)的调研资料可知：中国高速公路小型车的比例一般约占60%，中型车的比例一般约占25%，大型车的比例一般约占15%；服务设施的驶入率小、中、大型车分别为0.15、0.04、0.12；交通量自然数与当量数的加权换算系数取1.65。主线单向交通量计算时，大型车比例分别选取10%、20%、30%、40%和60%作为计算基础，小型车和中型车比例将大型车剩余比例按照3∶2分配计算得出。

(4)根据对中国一些比较典型的合并设置案例进行统计分析，该文主线单向交通量以表2作为研究依据，在此范围波动不大时均适用。

表2 双向四车道高速公路单向设计小时交通量

3.2 统计分析

通过查阅相关施工图设计资料和运用Google Earth软件对中国部分互通式立体交叉与服务设施合并设置案例进行查找筛选，得出合并设置方案的匝道横断面类型如表3所示。

对表3进行分析可知：① 统计的19处互通式立体交叉与服务设施合并设置的案例中，喇叭形合并设置案例占68.42%，半定向Y形合并设置案例占15.79%，半苜蓿叶形案例占5.26%。菱形合并设置案例占10.53%；② 在调查的共同出口匝道断面类型中，Ⅰ型匝道占89.5%，Ⅱ型匝道占10.5%；③ 在调查的共同入口匝道断面类型中，Ⅰ型匝道占84.2%，Ⅱ型匝道占15.8%。

3.3 计算结果

由于服务区的设置增加了匝道的绕行距离，通过前文的统计分析结论及结合匝道主要承担转弯交通量，所以计算结果均采用单向单车道匝道(Ⅰ型)是合适的；另外，根据《用地指标》中服务区车辆驶入率(小、中、大型车分别在20%～30%、5%～10%、12%～15%区间取值)，即可确定主线驶入服务设施的交通量。最后，通过计算单向单车道匝道设计小时交通量的上限值即单车道匝道的设计通行能力，并作为合并设置中互通式立体交叉出口匝道转向交通量界限值(T)。

结合4.1和4.2节可以计算得到驶入服务设施小客车单向高峰小时交通量(折算后)，计算过程如表4所示。

表3 合并设置方案匝道横断面类型

表4 驶入服务设施小客车单向高峰小时交通量(折算后)计算 veh/h

注：T0=DDHV/1.65；T1=(DDHV/1.65)×0.15；T2=(DDHV/1.65)×0.25；T3=(DDHV/1.65)×0.6；T4=(小型车高峰小时交通量×0.15+中型车高峰小时交通量×0.04+大型车高峰小时交通量×0.12)；Ti=单向高峰小时交通量×1.65。

由表4得：Tmax=max{Ti=10%，20%，30%，40%，60%}=573 veh/h。

结合工程实际，并考虑部分安全因素的影响取Tmax=600 veh/h。

综上所述，当双向四车道主线预测的第20年交通量小于表2中上限值，且互通式立体交叉出口匝道转向交通量T<600 veh/h时，可以考虑合并合置方案。

4 结论

(1)结合互通式立体交叉和服务设施合并设置方案的特点，分析了交通量和间距对二者合并设置的影响。

(2)当主线为双向四车道，且同时满足下面两个条件：① 预测的第20年交通量小于表2中上限值；② 互通式立体交叉出口匝道转向交通量T<600 veh/h，且该路段将二者分别单独布设不可行时，适合对互通式立体交叉与服务设施进行合并合置。