城市近郊高速公路互通立交與主線收費(fèi)站合并設(shè)置方案研究

胡順峰

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000)

機(jī)場(chǎng)高速作為城市近郊的快速通道，主要連接主城區(qū)和機(jī)場(chǎng)，高速起點(diǎn)位置的主線收費(fèi)站往往位于主城區(qū)內(nèi)，采取有效的措施特別是考慮主線收費(fèi)站與互通立交節(jié)點(diǎn)合并設(shè)置，可大大節(jié)約用地并控制工程規(guī)模。

基于減少城市近郊高速互通立交的工程規(guī)模及減少用地角度考慮，通過對(duì)湛江機(jī)場(chǎng)高速起點(diǎn)主線收費(fèi)站與山塘立交進(jìn)行合并設(shè)置，并對(duì)其進(jìn)行方案比選，可為類似工程提供借鑒。

1 概 述

1.1 立交節(jié)點(diǎn)及主要控制因素概述

山塘立交是湛江機(jī)場(chǎng)高速與海東快線進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的互通立交，海東快線為一級(jí)公路，雙向六車道，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度32.0 m。山塘立交是本項(xiàng)目的起點(diǎn)，在原調(diào)順大橋與海東快線平交基礎(chǔ)上改造而成，改造內(nèi)容主要為本項(xiàng)目主線上跨海東快線，設(shè)置為互通式立體交叉，并局部改造調(diào)順大橋終點(diǎn)路基段縱斷面。

該節(jié)點(diǎn)主要控制因素為周邊村落、民房、縣道X807及調(diào)順大橋工程。

1.2 交通量預(yù)測(cè)

山塘互通立交主交通流方向?yàn)檎拷菂^(qū)往返官渡方向，交通量為3 759 pcu/d，其余方向?yàn)? 445～2 581 pcu/d，轉(zhuǎn)向交通量均較小。根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，該節(jié)點(diǎn)匝道均采用單車道匝道，設(shè)置單車道出入口。山塘互通立交2043年交通量預(yù)測(cè)見圖1。

圖1 山塘互通立交2043年交通量預(yù)測(cè)圖(單位：pcu/d)

2 立交與主線收費(fèi)站合并總體設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)方案一

(1)方案一

由于本節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向交通量均較低，從降低工程規(guī)模、減少用地的角度考慮，設(shè)計(jì)方案一采用菱形立交與主線收費(fèi)站結(jié)合的形式，主線收費(fèi)站等寬段長(zhǎng)165 m，收費(fèi)島設(shè)置為7入9出，漸變率為1∶7。該方案遠(yuǎn)期可擴(kuò)建為全互通單環(huán)苜蓿葉型立交，擴(kuò)建后主線收費(fèi)站側(cè)匝道分合流鼻端不變，無需對(duì)主線收費(fèi)站再次改造。

方案一匝道設(shè)計(jì)速度采用40 km/h，匝道最大縱坡3.974，圓曲線最小半徑700 m。新建匝道全長(zhǎng)1.554 km。

(2)主線收費(fèi)廣場(chǎng)中心與分流鼻距離計(jì)算

車輛從收費(fèi)廣場(chǎng)內(nèi)側(cè)車道向出口匝道運(yùn)行過程應(yīng)包括反應(yīng)距離D1、等待間隙距離D2、變換車道距離D3和確認(rèn)距離D4四部分組成[1]。本項(xiàng)目主線單向行駛車道數(shù)為3條，則車輛從收費(fèi)廣場(chǎng)內(nèi)側(cè)車道行駛至出口匝道所需的最小距離可由下列公示(1)計(jì)算

D=D1+3×(D2+D3)+D4

(1)

①反應(yīng)距離D1

車輛在車道行駛時(shí)的反應(yīng)距離計(jì)算公式如公式(2)所示

(2)

式中：D1為反應(yīng)距離；V為行車速度;t1為駕駛員反應(yīng)時(shí)間。

鑒于車輛剛使出主線收費(fèi)廣場(chǎng)時(shí)速度較低，故此處行車速度V取40 km/h；根據(jù)相關(guān)研究表明，駕駛員的反應(yīng)時(shí)間一般為3 s，由此計(jì)算出反應(yīng)距離D1為33.3 m[2]。

②等待間隙距離D2

根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)研究的結(jié)論，車輛尋找出一個(gè)可插入空隙的平均時(shí)間計(jì)算公式如公式(3)所示[3]

[1-eλ1(τc-τ)]

(3)

式中：t2為可插入空隙的平均時(shí)間;tc為車輛臨界間隙，根據(jù)相關(guān)研究，一般取值為4.0 s；τ為車頭時(shí)距最小值，根據(jù)相關(guān)研究，一般取值為1.2 s;λ1為目標(biāo)車道車輛單位時(shí)間平均到達(dá)率(輛/s)，λ1=Q/3 600，Q為單車道高峰小時(shí)交通量。

本項(xiàng)目主線該路段交通量為44 632 pcu/d，由此計(jì)算得出：本項(xiàng)目車輛駛出收費(fèi)廣場(chǎng)后尋找出一個(gè)可插入空隙的平均時(shí)間t2為1.1 s。當(dāng)行車速度V=40 km/h時(shí)，等待間隙距離D2=40/3.6×1.1=12.2 m。

③變換車道距離D3

根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)研究的結(jié)論，車輛橫移速度J=1 m/s[4]，本項(xiàng)目主線車道寬為3.75 m，故橫移時(shí)間t3取3.75 m，則變換車道距離D3可由公式(4)計(jì)算得出

(4)

式中：D3為變換車道距離;V為行車速度;t3為橫移時(shí)間。

將行車速度V=40 km/h帶入上式，可以計(jì)算出反應(yīng)距離D3為41.7 m。

④確認(rèn)距離D4

確認(rèn)距離指車輛駛?cè)胪鈧?cè)車道后，在自由流狀態(tài)下確認(rèn)出口匝道的安全距離，取值可按3 s行程計(jì)，則確認(rèn)距離D4與反應(yīng)距離D1相等，為33.3 m[5]。

綜上所述，車輛從收費(fèi)廣場(chǎng)內(nèi)側(cè)車道行駛至出口匝道所需的最小距離D=33.3+3×(12.2+41.7)+33.3=228.3 m。

山塘立交收費(fèi)廣場(chǎng)中心與前方分流鼻凈距為280 m，滿足要求。

(3)通行能力分析

海東快線出口道為三條直行車道、一條直行左轉(zhuǎn)車道、一條右轉(zhuǎn)車道，匝道出口道為兩條左轉(zhuǎn)車道、一條右轉(zhuǎn)車道，信號(hào)周期為海東快線北行直行左轉(zhuǎn)30 s，海東快線南行直行左轉(zhuǎn)30 s，由機(jī)場(chǎng)下高速匝道左轉(zhuǎn)10 s,由調(diào)順下高速匝道左轉(zhuǎn)10 s,信號(hào)周期共88 s。

一個(gè)信號(hào)周期的通行能力為

Cap海東快線直行=1 650×3.5×(30/88)=1 969 pcu/h

Cap海東快線左轉(zhuǎn)=1 550×0.5×(30/88)=264 pcu/h

Cap匝道左轉(zhuǎn)=1 550×2×(10/88)=352 pcu/h

平交口各方向通行能力及交通量如表1所示。

表1 山塘立交方案一交通量分析表

由表1可見，方案一平交口通行能力滿足2043年交通需求。

2.2 設(shè)計(jì)方案二

本節(jié)點(diǎn)被交路海東快線為一級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度80 km/h。且根據(jù)交通量預(yù)測(cè)，海東快線直行交通量較大，單方向直行交通量為26 464 pcu/d。

為減少對(duì)海東快線直行車輛的干擾，方案二近期采用單喇叭方案。遠(yuǎn)期交通量增長(zhǎng)后，在原單喇叭方案的基礎(chǔ)上完善為全互通立交。即近期實(shí)施A、B、C、D、G、I匝道，機(jī)場(chǎng)往山塘方向車輛可通過C匝道右轉(zhuǎn)進(jìn)入海東快線，行至G匝道平交口處轉(zhuǎn)向。海東快線往調(diào)順方向車輛通過G匝道進(jìn)入H匝道，再通過D匝道進(jìn)入本項(xiàng)目主線。調(diào)順往山塘方向車輛可通過A、G匝道進(jìn)入海東快線平交口進(jìn)行轉(zhuǎn)向。山塘往機(jī)場(chǎng)方向車輛通過B匝道連接主線。遠(yuǎn)期交通量增長(zhǎng)后，通過拆除C、D、G匝道部分路基，新建C、D、E、F、G、H、J、K匝道，將本立交完善為全互通立交后，可取消海東快線的平交口。

方案二匝道設(shè)計(jì)速度采用40 km/h，近期匝道最大縱坡3.95%，圓曲線最小半徑60 m。近期新建匝道全長(zhǎng)2.323 km。新建匝道橋2座，全長(zhǎng)441.6 m。

山塘立交方案二交通量分析如表2。

表2 山塘立交方案二(近期)交通量分析表

以一個(gè)信號(hào)周期時(shí)間為96 s，一個(gè)信號(hào)周期的通行能力為

Cap直=1 650×3.0×(43/96)=2 217 pcu/h

Cap匝道左轉(zhuǎn)=1 550×1.0×(22/96)=355 pcu/h

Cap海東快線左轉(zhuǎn)=1 550×1.0×(25/96)=404 pcu/h

由表2可見，方案二平交口通行能力滿足2043年交通需求。

3 方案對(duì)比

對(duì)設(shè)計(jì)方案一、二進(jìn)行同深度比選，比選結(jié)果如表3所示。

表3 山塘立交方案對(duì)比表

方案比選結(jié)論：考慮施工的可操作性、施工組織、地方道路的影響、征地拆遷的協(xié)調(diào)難度和工程造價(jià)規(guī)模等，本立交采用方案一為推薦方案。

4 結(jié) 論

(1)城市近郊高速公路起點(diǎn)的主線收費(fèi)站基本位于市區(qū)內(nèi)，考慮將其與互通立交節(jié)點(diǎn)合并設(shè)置，可大大節(jié)約市區(qū)內(nèi)用地并控制工程規(guī)模。

(2)主線收費(fèi)廣場(chǎng)中心與互通立交分流鼻的凈距應(yīng)滿足駕駛?cè)说呐袛嘈枨蟆?/p>

(3)互通立交基于投資成本考慮采用近遠(yuǎn)期結(jié)合方案時(shí)，立交的遠(yuǎn)期方案應(yīng)考慮無需對(duì)主線收費(fèi)站再次進(jìn)行改造。