紀(jì)連君

（青海省育才公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，青海 西寧 810002）

互通式立體交叉由主線、被交道路、匝道、連接線構(gòu)成。這些路通過(guò)互相影響和制衡的關(guān)系構(gòu)成了這種大型構(gòu)造物。匝道在互通式立體交叉的作用是連接上下層的道路。在經(jīng)過(guò)互通選址、互通方案的初步擬定之后，主要的工作就是匝道設(shè)計(jì)了。匝道的設(shè)計(jì)首先從平面開(kāi)始，由于匝道的作用以及考慮工程規(guī)模等因素，匝道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度顯然不宜過(guò)長(zhǎng)，否則工程規(guī)模無(wú)謂加大、汽車行駛里程過(guò)長(zhǎng)；但過(guò)短的長(zhǎng)度又會(huì)給匝道的縱斷面設(shè)計(jì)造成障礙，甚至無(wú)法滿足《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D20-2006（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范）中縱斷面的指標(biāo)，顯然后者的設(shè)計(jì)是沒(méi)有實(shí)際意義的。通常為了較好的解決這個(gè)矛盾，必須要采取一系列的有效措施，較為準(zhǔn)確的控制匝道的長(zhǎng)度。匝道在平面設(shè)計(jì)的過(guò)程中要考慮兩端連接道路的高差、跨越障礙物的高度、凈空、圓曲線的加寬及超高過(guò)渡段長(zhǎng)度等諸多因素。匝道通過(guò)變速車道從主線出入。本文提到的匝道不包含變速車道。實(shí)際上本文提到的匝道的設(shè)計(jì)是從變速車道的末端開(kāi)始的（為敘述簡(jiǎn)便暫且稱之為極限流設(shè)計(jì)法）。匝道的平面設(shè)計(jì)不包含變速車道，但要考慮變速車道對(duì)匝道的約束。

互通是平縱橫所有矛盾的高度集中和統(tǒng)一。平面設(shè)計(jì)必須要為后續(xù)的縱斷面設(shè)計(jì)和加寬及超高過(guò)渡創(chuàng)造必要的條件，否則就不是有效的平面設(shè)計(jì)。

一、主線與變速車道及匝道間的約束關(guān)系

變速車道連接主線和匝道，主線的車速高，匝道的車速低，需要在變速車道上進(jìn)行過(guò)渡，變速車道上的車速通常都很高。減速車道是由于駕駛員還沒(méi)有擺脫高速駕駛的慣性，駕駛員和車輛都需要一個(gè)時(shí)間和空間來(lái)進(jìn)行調(diào)整，而在加速車道上的車輛即將匯入主線的高速車流，此時(shí)通常是加速并且尋找合適的時(shí)機(jī)。由于變速車道的這種特性，為了確保行車的安全，在《規(guī)范》中有相應(yīng)的規(guī)定，確保平縱線形的連續(xù)。從以往的規(guī)范和《送審稿》 來(lái)看均不推薦在變速車道范圍內(nèi)進(jìn)行超高過(guò)渡。

由于匝道通過(guò)變速車道從主線出入，變速車道的形式就決定了與其相接的匝道的方位和支距（相對(duì)于主線而言）。與平行式變速車道相接的匝道，方位與主線平行（含反向）；與直接式變速車道相接的匝道，與主線間存在一個(gè)夾角（規(guī)范變速車道表格中的漸變率）。

表1

由于平行式變速車道的特性，在進(jìn)行與其相接的匝道的平面設(shè)計(jì)時(shí)，只需與主線相應(yīng)或相鄰線元的平行段（直線）同心圓（緩和曲線及園曲線）相接即可，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為簡(jiǎn)單。

對(duì)于直接式變速車道而言，要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，尤其是入口。但是由于緯地軟件強(qiáng)大的起終點(diǎn)接線功能可以歸結(jié)為一類問(wèn)題即出口問(wèn)題。下文將根據(jù)規(guī)范中關(guān)于直接式車道的規(guī)定結(jié)合具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以圖尋求一種最簡(jiǎn)單的解決方式。

二、直接式變速車道分析

以主線設(shè)計(jì)速度120km/h、直接式單車道數(shù)據(jù)為例：

（漸變段+變速車道的長(zhǎng)度）×漸變率=（100+145）×1/25=9.8m。

在分流鼻處推算一下此時(shí)匝道偏離主線的支距：

支距=3.5/2+3.5+0.6+0.6+0.6+1+3.5/2=9.8米。

按照上述方法逐一計(jì)算不同車速下的數(shù)值得到表1。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，從幾何圖形上分析，直接式（變速車道）其實(shí)就是主線通過(guò)寬度簡(jiǎn)單加寬增加的一個(gè)特別的車道，其漸變段起點(diǎn)位于距離主線外側(cè)車道外側(cè)邊緣半個(gè)單車道匝道的行車道寬度的位置主線，終點(diǎn)位于分流鼻處，其終點(diǎn)位于分匯流鼻處，漸變段起點(diǎn)則為硬路肩分流鼻樁號(hào)±（漸變段+變速車道的長(zhǎng)度）。這將作為下文控制變速車道的長(zhǎng)度的理論依據(jù)。先找到變速車道的終點(diǎn)然后采取倒推的方式找到變速車道的起點(diǎn)位置（設(shè)計(jì)變速車道長(zhǎng)度時(shí)候要考慮主線坡道的修正）?？梢栽O(shè)想通過(guò)樁號(hào)、寬度的數(shù)字描述就可以實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

三、超高過(guò)渡段長(zhǎng)度

下面我們以假設(shè)一下最不利的情況，確定超高漸變段的長(zhǎng)度。根據(jù)超高漸變率的計(jì)算公式，最不利的組合應(yīng)該是最大的超高和最大的加寬值同時(shí)出現(xiàn)的情況，通過(guò)查閱規(guī)范中的表格不難得出，設(shè)計(jì)車速為30km/h時(shí)最緊迫的平曲線，就是這種最不利的組合。

經(jīng)過(guò)查閱規(guī)范中表11.1.9 互通式立體交叉范圍內(nèi)主線形指標(biāo)。我們不難發(fā)現(xiàn)：設(shè)置互通的主線超高一般為4%，極限為5%。而匝道緊迫的圓曲線所對(duì)應(yīng)的超高是-8%，以匝道設(shè)計(jì)速度30km/h為例，根據(jù)超高漸變率的計(jì)算公式，我們可以得出：

旋轉(zhuǎn)軸為左路緣帶外邊線時(shí)（0.05+0.08）*（0.5+3.5+2.75）*200=175.5m

旋轉(zhuǎn)軸為行車道中心線時(shí)（0.05+0.08）*（3.5/2+2.75）*250=146.25m

加寬漸變段所需長(zhǎng)度 2.75*15=41.25m

連接這兩個(gè)反向圓曲線是組成S型的兩條緩和曲線。如果按照極端的線元長(zhǎng)度來(lái)考慮，似乎只有兩倍的緩和曲線最小長(zhǎng)度，這個(gè)長(zhǎng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到超高過(guò)渡的要求的。但這只是平面設(shè)計(jì)最基本的要求，通常分流鼻附近的車速較高，還有曲率的限制，綜合考慮減速行程（很遺憾新規(guī)范中從送審稿中去掉了這部分內(nèi)容），再加上通常不會(huì)在臨近主線的位置上采用這么小的半徑，筆者本人設(shè)計(jì)及參與過(guò)的互通設(shè)計(jì)中，匝道緊迫線形所對(duì)應(yīng)的超高一般為6%。所以極限流設(shè)計(jì)法適應(yīng)絕大多數(shù)的情況。

四、變速車道結(jié)合緯地軟件的具體實(shí)體

“工欲善其事，必先利其器”，筆者使用的軟件是中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院研發(fā)的緯地三維道路CAD系統(tǒng)。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)變速車道就是充分利用緯地系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件管理的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行的。根據(jù)上文變速車道分析的結(jié)果，可以非常輕松的通過(guò)修改主線所在項(xiàng)目緯地路幅寬度文件（*.wid）來(lái)實(shí)現(xiàn)變速車道的設(shè)計(jì)。

通常緯地的路幅寬度數(shù)據(jù)文件是由設(shè)計(jì)向?qū)傻?，通過(guò)少量的修改就可以實(shí)現(xiàn)變速車道的設(shè)計(jì)。開(kāi)始匝道線形設(shè)計(jì)首先要確定匝道的流出角（規(guī)范中的漸變率），在通常情況下可以直接去用規(guī)范中表11.3.7-3的數(shù)據(jù)，但如果出口減速需要考慮修正的話，這個(gè)流出角應(yīng)該是反算出來(lái)的：

流出角=修正后的變速車道長(zhǎng)度/支距。

確定了流出角、分匯流鼻處匝道和主線之間的距離之后，就可以開(kāi)始匝道的線形設(shè)計(jì)了，通常采用文件控制2的起點(diǎn)接線方式。由于終點(diǎn)接線需要進(jìn)行拖動(dòng)，所以匝道起點(diǎn)與主線的對(duì)應(yīng)樁號(hào)在匝道平面線形設(shè)計(jì)沒(méi)有完成以前是不確定的。在確定了匝道的平面線形以后，通過(guò)工具->搜索端部（當(dāng)前項(xiàng)目為主線或其它控制匝道）可以很容易的確定分流鼻出的兩個(gè)對(duì)應(yīng)樁號(hào)、高程、縱坡等接坡數(shù)據(jù)，然后通過(guò)編輯主線的路幅寬度文件，可以快速實(shí)現(xiàn)變速車道的設(shè)計(jì)。

五、極限流匝道設(shè)計(jì)法的優(yōu)缺點(diǎn)

首先聲明，所謂極限流設(shè)計(jì)法并不是一種新的設(shè)計(jì)方法，筆者也無(wú)顛覆傳統(tǒng)之意，這種方法與傳統(tǒng)方法最大的不同僅僅是在變速車道的處理上，根據(jù)筆者對(duì)《規(guī)范》的理解并充分利用軟件的優(yōu)勢(shì)，剔出一些冗余的操作，意在提高設(shè)計(jì)的效率，希望能夠提供一種新的思路。

極限流設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)：

1 平面線形設(shè)計(jì)非常靈活，采用后變速車道設(shè)計(jì)，節(jié)約了設(shè)計(jì)人員的精力。

2 直接式變速車道采用與主線相同的線形，符合《規(guī)范》的要求，尤其是在變速車道區(qū)間存在曲線要素點(diǎn)（如直緩、緩圓、直圓等）的時(shí)候效果尤為明顯

3 可以極為精確的控制變速車道的長(zhǎng)度并極大的簡(jiǎn)化了變速車道的設(shè)計(jì)過(guò)程

4 簡(jiǎn)化變速車道設(shè)計(jì)的同時(shí)也簡(jiǎn)化了匝道的設(shè)計(jì)

5 分流鼻處的曲率半徑將非常容易控制

極限流設(shè)計(jì)法的缺點(diǎn)：

1 有一定的跳躍性思維，習(xí)慣了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)法之后，理解起來(lái)有一定的困難。

2 在主線和匝道現(xiàn)行特別緊迫的情況下，有一定的局限性。

結(jié)語(yǔ)

從分匯流鼻處開(kāi)始進(jìn)出口匝道的平面設(shè)計(jì)，在表面上僅僅是變換了變速車道的表達(dá)方式—用主線的樁號(hào)表示變速車道。實(shí)際上大大的簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，特別是在變速車道區(qū)間內(nèi)存在曲線要素樁的時(shí)候，而且最大限度的實(shí)現(xiàn)了規(guī)范中關(guān)于“直接式變速車道直至分、匯流鼻的全長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)采用與主線相同的線形”的規(guī)定。采用這種方法進(jìn)行匝道的線形設(shè)計(jì)，可以有更多的時(shí)間和精力去解決匝道設(shè)計(jì)最突出的矛盾—平縱面設(shè)計(jì)。提高了變速車道設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，在一定程度上提高了工作效率。

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D20—2006[M].北京：人民交通出版社.

[2]道路三維集成CAD技術(shù).—緯地三維道路CAD系列軟件教程[M].北京：人民交通出版社.