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1、浅谈运行速度对互通式立交设计的影响摘要：互通式立体交叉是高速公路的重要组成部分，互通式立体交叉匝道的设计是否合理对整个高速公路的运行效率及安全有着重要的影响。目前，我国路线规范要求匝道设计指标须与设计速度相对应，但是车辆在匝道上的运行速度往往与设计速度不相符，因此本文提出采用运行速度指导设计，归纳总结匝道上车辆运行速度特征。关键词：互通式立交；匝道；设计速度；运行速度1.概述 随着我国经济和社会的快速发展，对高速公路运行的安全、舒适及通行能力提出了越来越高的要求。而互通式立交，作为高速公路的重要组成部分，是路与路之间连接的纽带，承担着高速公路出入口及交通流转化的功能，也往往是高速公路通行能力、
2、及影响运行安全和舒适的薄弱环节。因此，互通式立交设计是否合理直接关系到公路的使用效率、安全程度、行车车速、运营费用和通行能力等。目前，我国互通式立交的设计方法是基于设计速度选取设计指标的设计思路【1】，然而，设计速度过于单一，与车辆在匝道上的实际运行速度存在较大差异，因此本文提出采用运行速度指导设计，归纳总结匝道上车辆运行速度特征。 2.匝道车辆的行驶特性分析 汽车由道路A驶出到匝道上，再由匝道驶入到道路B上，汽车转弯行驶是一种变速行驶状态【2】，可分为以下五个行驶过程：从道路A上驶出至减速车道的分流、减速行驶过程；在匝道上匀速(或变速)行驶过程；从匝道汇入道路B加速车道的加速、合流行驶过程。
3、 2.1不收费立交匝道车辆行驶特性 车辆从道路A上以接近道路A的直行车流运行速度VA进行分流行驶，驶入减速车道；在减速车道上以VA为初始车速进行减速行驶，V1为减速车道终点车速；进入匝道后，车辆保持V1匀速行驶，但因减速行驶末速度的大小、驾驶员根据路况所采用的实际速度的差异等因素影响，常出现变速行驶状态，即由V1减速或加速到加速车道起点处行驶速度V2；在加速车道上，车辆以V2为初始速度，加速汇入道路B，并最终达到接近道路B直行车速VB。以上五个行驶过程对应行车速度是由VAV1V2VB。 图1匝道上汽车行驶速度变化示意图 图中表示V1 V2 为减速行驶过程，这种行驶状态是一种比较好的行驶过程，满
4、足这种行驶状态的匝道平面线形有单曲线、凸形曲线、卵形曲线等。 图中表示V1 V2 为匀速或减速行驶过程，这种行驶状态是常见的行驶过程，对应的平面线形为反向曲线(或同向曲线) 之间用适当的直线或曲线连接。 图中表示V1 V2 为加速行驶过程，这种行驶状态是一种不好的行驶过程，因为车辆在匝道上过早地加速，容易在入口附近造成减速不及而引起交通事故。其对应的平面线形为反向曲线(或同向曲线)之间用长直线或大半径平曲线连接。(但当匝道为上坡方向，车辆行驶时，可弥补这种不利影响)。 2.2 设置收费站时匝道车辆行驶特性 2.2.1车辆由道路A到收费站的行驶过程 该行驶过程可划分为：车辆以VA分流行驶过程，由
5、VA减速到V1的行驶过程，从V1匀速或变速行驶到连接线入口的车速V21，由V21在连接线上减速行驶至车速为零。 2.2.2车辆由收费站至道路B的行驶过程 由收费站处车速为零开始在连接线上加速行驶到连接线出口的车速为V22，以V22匀速或变速行驶到驶入道口入口处的车速V2，由V2加速行驶到VB，以VB速度合流到道路B的车速。 图2 收费立交匝道上车速变化示意图 3.匝道运行速度检查 本文以一座B型单喇叭互通式立交为例，分析计算匝道上不同设计参数下的小客车运行速度值，然后归纳总结运行速度范围。此互通主线设计速度为80km/h，主线运行速度为110km/h【3】。 图3 某一收费立交匝道平面线形设计
6、指标值 3.1 匝道出入口运行速度检查 假设驾驶员在三角渐变段起点处开始利用发动机的减速作用减速，此时减速度为a1，到三角渐变段结束后，车辆进入减速车道，驾驶员开始利用制动器减速至分流点处，在此段的减速度为a2【4】。那么车辆分流鼻处的速度Ve与三角渐变段长L1和减速车道长L2的关系为： Vs2Ve2=25.92(a1L1+a2L2) 图4C匝道平面设计参数 Fig 4Horizontal design parameters of the C ramp 将VS=110km/h、a1=1m/s2、a2=2m/s2、L1=80m、L2=114.462m带入上式，得到Ve=64km/h，为使车辆能够
7、安全、舒适地流出，在分流端处必须满足规范要求的平曲线最小曲率半径R=250，根据汽车行驶平衡理论RV2/127(+i)【4】，反算出分流端处须满足的最小行车速度Vmin=62km/h。计算结果VeVmin，说明设计合理，否则须调整C匝道出口线形。 3.2匝道正线路段运行速度检查 根据公路项目安全性评价指南B(l).0.1运行速度分析路段划分【5】，C匝道圆曲线半径均小于1000m，纵坡均小于3%，采用表B(1).0.2-3平曲线上的速度预测模型，如表1所示，分四段计算小客车运行速度。 表1 指南规定平曲线上的速度预测模型 L1路段为出口直线段，根据3.1计算检查结果，得到分流端处运行速度为64
8、km/h。 L2路段半径为390m1000m，圆曲线纵坡为1.53%,，故用指南表B(1).0.2-3入口直线曲线模型计算曲线中点运行速度Vmiddle： Vmiddle=-24.212+0.834*Vin+5.729*ln(Rnow) =-24.212+0.834*64+5.729*ln390 =63 km/h 车辆驶出L1路段后接半径130m1000m，按出口曲线曲线公式计算Vout： Vout=-11.299+0.936*Vmiddle-2.0601*ln(Rnow)+5.203*ln(Rfront) =-11.299+0.936*63-2.0601*ln390+5.203*ln130=
9、61 km/h L3路段圆曲线半径为130m，纵坡为2.5%，采用入口曲线曲线公式计算Vmiddle Vmiddle=1.277+0.924*Vin+6.19*ln(Rnow)-5.959*ln(Rback) =1.277+0.924*61+6.19*ln130-5.959*ln390=52 km/h Vout=11.946+0.908*Vmiddle =11.946+0.908*ln50 =16 km/h L4路段为收费站路段，车辆逐渐减速至0km/h。 用同样的方法计算A、B、D三条匝道上的运行速度，如下表2所示： 表2某立交匝道分段计算小客车运行速度表 通过对多座单喇叭互通式立交匝道运行
10、速度计算，归纳总结此类立交匝道运行速度特点如下图所示。 图5 归纳总结B型互通式立交匝道运行速度 4.采用运行速度对立交匝道设计的影响 4.1运行速度与设计速度协调性 我国传统的立交设计思路是一条匝道以一个设计速度作为控制，与车辆在匝道中的运行特征不相符。从车辆的匝道运行特性分析可知，运行速度出现梯度变化情况，因此，一条匝道的设计速度不应该拘泥于一个设计速度值，应该根据实际情况，选取具有梯度变化的设计速度值。由上图可知，匝道的运行速度在匝道中间部分均与设计速度较为相符，差值均小于20(km/h)，速度协调性良好。而当车辆运行到匝道的前、后段，尤其在匝道与高速公路的分、汇流端部处，运行速度较高，
11、远远大于设计速度，按原有的设计速度采用的圆曲线半径、纵坡、竖曲线及横坡度等不能满足实际运行车速的需求，存在安全隐患。引起设计速度与运行速度协调性不良的原因主要有平面半径过大、前后曲线半径比例不当及下坡的纵坡度过大、平纵配合不当等原因【6】。 4.2运行速度与平、纵、横设计指标 汽车在匝道上的运行速度要比公路路线没汁规范要求的设计速度高，因此，在匝道出口位置的线形应该采用高限值，避免出现与较高运行速度不相适应的平、纵、横设计指标。 4.3 超高与加宽 在设计阶段，根据规范要求，匝道圆曲线路段的超高值、加宽值选用和渐变段设置应该与设计速度相适应。然而，车辆实际运行速度高于设计速度，因此，圆曲线的超
12、高与加宽也因考虑采用此路段的运行速度作为设计依据和检查依据，适当选取比设计速度高一标准的超高和加宽值，以保证车辆正常安全行驶。 4.4行车视距 考虑实际运行速度下的小客车停车视距,从运行安全的角度出发,应在根据设计速度计算的停车视距的基础上适当予以提高。 4.5交通工程设施 在受因地形地物、交通环境等限制的地方，互通的线形设计可能无法调整到最佳指标，因此，在匝道运行速度过大，容易造成交通事故的路段设置限速标志、标线、防滑路面等交通工程设施。 参考文献： 【1】JTG D202006，公路路线没汁规范S 【2】杨少伟汽车在立交匝道上的行驶特性及平面线形. 西安公路交通大学学报:自然科学版, 1998, 18(3): 164167. 【3】郑安文,牛倬民. 高等级公路运行速度与设计车速匹配研究. 武汉科技大学学报(自然科学版): 2003，26(3): 273275. 【4】苏世毅. 基于运行速度设计方法的互通立交出口匝道设计. 北方交通: 2010，第7期: 4244. 【5】JTG/T B052004，公路项目安全性评价指南S 【6】杨春晖,杜博英. 采用运行速度评价公路行车安全性的可行性研究.公路，2005，第8期: 102105.