城市近郊高速公路互通立交与主线收费站合并设置方案研究

2022-02-20胡顺峰

黑龙江交通科技 2022年12期

关键词：山塘海东交通量

胡顺峰

(广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东广州 510000)

机场高速作为城市近郊的快速通道，主要连接主城区和机场，高速起点位置的主线收费站往往位于主城区内，采取有效的措施特别是考虑主线收费站与互通立交节点合并设置，可大大节约用地并控制工程规模。

基于减少城市近郊高速互通立交的工程规模及减少用地角度考虑，通过对湛江机场高速起点主线收费站与山塘立交进行合并设置，并对其进行方案比选，可为类似工程提供借鉴。

1 概述

1.1 立交节点及主要控制因素概述

山塘立交是湛江机场高速与海东快线进行交通转换的互通立交，海东快线为一级公路，双向六车道，设计速度80 km/h，路基宽度32.0 m。山塘立交是本项目的起点，在原调顺大桥与海东快线平交基础上改造而成，改造内容主要为本项目主线上跨海东快线，设置为互通式立体交叉，并局部改造调顺大桥终点路基段纵断面。

该节点主要控制因素为周边村落、民房、县道X807及调顺大桥工程。

1.2 交通量预测

山塘互通立交主交通流方向为湛江城区往返官渡方向，交通量为3 759 pcu/d，其余方向为1 445～2 581 pcu/d，转向交通量均较小。根据交通量预测结果，该节点匝道均采用单车道匝道，设置单车道出入口。山塘互通立交2043年交通量预测见图1。

图1 山塘互通立交2043年交通量预测图(单位：pcu/d)

2 立交与主线收费站合并总体设计方案

2.1 设计方案一

(1)方案一

由于本节点转向交通量均较低，从降低工程规模、减少用地的角度考虑，设计方案一采用菱形立交与主线收费站结合的形式，主线收费站等宽段长165 m，收费岛设置为7入9出，渐变率为1∶7。该方案远期可扩建为全互通单环苜蓿叶型立交，扩建后主线收费站侧匝道分合流鼻端不变，无需对主线收费站再次改造。

方案一匝道设计速度采用40 km/h，匝道最大纵坡3.974，圆曲线最小半径700 m。新建匝道全长1.554 km。

(2)主线收费广场中心与分流鼻距离计算

车辆从收费广场内侧车道向出口匝道运行过程应包括反应距离D1、等待间隙距离D2、变换车道距离D3和确认距离D4四部分组成[1]。本项目主线单向行驶车道数为3条，则车辆从收费广场内侧车道行驶至出口匝道所需的最小距离可由下列公示(1)计算

D=D1+3×(D2+D3)+D4

(1)

①反应距离D1

车辆在车道行驶时的反应距离计算公式如公式(2)所示

(2)

式中：D1为反应距离；V为行车速度;t1为驾驶员反应时间。

鉴于车辆刚使出主线收费广场时速度较低，故此处行车速度V取40 km/h；根据相关研究表明，驾驶员的反应时间一般为3 s，由此计算出反应距离D1为33.3 m[2]。

②等待间隙距离D2

根据现有相关研究的结论，车辆寻找出一个可插入空隙的平均时间计算公式如公式(3)所示[3]

[1-eλ1(τc-τ)]

(3)

式中：t2为可插入空隙的平均时间;tc为车辆临界间隙，根据相关研究，一般取值为4.0 s；τ为车头时距最小值，根据相关研究，一般取值为1.2 s;λ1为目标车道车辆单位时间平均到达率(辆/s)，λ1=Q/3 600，Q为单车道高峰小时交通量。

本项目主线该路段交通量为44 632 pcu/d，由此计算得出：本项目车辆驶出收费广场后寻找出一个可插入空隙的平均时间t2为1.1 s。当行车速度V=40 km/h时，等待间隙距离D2=40/3.6×1.1=12.2 m。

③变换车道距离D3

根据现有相关研究的结论，车辆横移速度J=1 m/s[4]，本项目主线车道宽为3.75 m，故横移时间t3取3.75 m，则变换车道距离D3可由公式(4)计算得出

(4)

式中：D3为变换车道距离;V为行车速度;t3为横移时间。

将行车速度V=40 km/h带入上式，可以计算出反应距离D3为41.7 m。

④确认距离D4

确认距离指车辆驶入外侧车道后，在自由流状态下确认出口匝道的安全距离，取值可按3 s行程计，则确认距离D4与反应距离D1相等，为33.3 m[5]。

综上所述，车辆从收费广场内侧车道行驶至出口匝道所需的最小距离D=33.3+3×(12.2+41.7)+33.3=228.3 m。

山塘立交收费广场中心与前方分流鼻净距为280 m，满足要求。

(3)通行能力分析

海东快线出口道为三条直行车道、一条直行左转车道、一条右转车道，匝道出口道为两条左转车道、一条右转车道，信号周期为海东快线北行直行左转30 s，海东快线南行直行左转30 s，由机场下高速匝道左转10 s,由调顺下高速匝道左转10 s,信号周期共88 s。

一个信号周期的通行能力为

Cap海东快线直行=1 650×3.5×(30/88)=1 969 pcu/h

Cap海东快线左转=1 550×0.5×(30/88)=264 pcu/h

Cap匝道左转=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可见，方案一平交口通行能力满足2043年交通需求。

2.2 设计方案二

本节点被交路海东快线为一级公路，设计速度80 km/h。且根据交通量预测，海东快线直行交通量较大，单方向直行交通量为26 464 pcu/d。

为减少对海东快线直行车辆的干扰，方案二近期采用单喇叭方案。远期交通量增长后，在原单喇叭方案的基础上完善为全互通立交。即近期实施A、B、C、D、G、I匝道，机场往山塘方向车辆可通过C匝道右转进入海东快线，行至G匝道平交口处转向。海东快线往调顺方向车辆通过G匝道进入H匝道，再通过D匝道进入本项目主线。调顺往山塘方向车辆可通过A、G匝道进入海东快线平交口进行转向。山塘往机场方向车辆通过B匝道连接主线。远期交通量增长后，通过拆除C、D、G匝道部分路基，新建C、D、E、F、G、H、J、K匝道，将本立交完善为全互通立交后，可取消海东快线的平交口。

方案二匝道设计速度采用40 km/h，近期匝道最大纵坡3.95%，圆曲线最小半径60 m。近期新建匝道全长2.323 km。新建匝道桥2座，全长441.6 m。

山塘立交方案二交通量分析如表2。