高速公路集散车道设置原则和设计方法

Vol120 　No11 公 　路 　交 　通 　科 　技 2003 年 2 月 JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT 文章编号 : 1002Ο0268 (2003) 01Ο0054Ο04 收稿日期 : 2002Ο04Ο24 作者简介 : 谢洪新 (1969 - ) , 男 , 安徽萧县人 , 东南大学博士研究生 , 主要从事交通工程研究 1 高速公路集散车道设置和设计方法 谢洪新1 , 毛洪强2 , 王 　华2 , 陈荣生1 (11 东南大学交通学院 , 江苏 　南京 　210096 ; 21 安徽省公路勘测设计院 , 安徽 　合肥 　230041) 摘要 : 高速公路集散车道的设计一直是我国公路技术标准及规范中的一项空白 , 在工程实践中缺乏统一的技术标准。 通过对集散车道进行深入研究 , 结合实践经验 , 本文详细论述了高速公路集散车道的设置原则 , 提出了集散车道关键 要素的设计方法 , 与工程设计人员探讨 , 并供参考。 关键词 : 高速公路 ; 互通式立交 ; 集散车道 ; 交织 ; 设计 中图分类号 : U4161366 　　　　　　文献标识码 : A De sign of CollectorΟdistributor Road for Expre ssway XIE HongΟxin1 , MAO HongΟqiang2 , WANG Hua2 , CHEN RongΟsheng1 (11Transportation College , Southeast University , Jiangsu　Nanjing　210096 , China ; 21Highway Survey and Design Institute of Anhui Province , Anhui　Hefei 　230041 , China) Abstract : Due to the fact that there is no specifications for the design of collectorΟdistributor road in P1R1China at present1 Based on practical experience and theory , the authors set forth in this paper principles and design methods of expressway collectorΟdistributor road1 So that it may be for reference to engineers1 Key words : Expressway ; Interchange ; CollectorΟdistributor road ; Weaving ; Design 0 　概述 集散车道是高速公路及其互通式立交的重要组成 部分 , 是一段单向的辅助道路 , 与高速公路的直行车 道横向分开 , 中间设置分隔带 , 在两端与高速公路相 连。集散车道一般与高速公路平行 , 也有采用不平行 的型式 , 即与主线分离 , 中间不设分隔带 (如图 1 (a) ) 。设置集散车道的目的主要是消除高速公路互通 式立交段的交织 , 并减少驶入和驶出道口的个数 , 把 大多数的交通紊乱转移到集散车道上 , 从而使高速公 路直通运行更加安全 , 并有更大的通行能力和更高的 车速。集散车道可以在一个互通式立交内设置 , 也可 沿高速公路连续一段距离通过两个或多个互通式立 交[4 ] (如图 1 (b) 、 (c) ) 。目前我国高速公路集散车 道的设置 , 由于规范中没有规定相应的技术标准 , 绝 大多数都是设计人员根据自己的理解和经验 , 或是参 考日、德、美等国的一些实例进行设计。因此往往会 产生这样或那样的问题 , 比如 : 可以不设的情况下设 图 1 　集散车道的基本情况 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 置了集散车道从而增加了投资 ; 集散车道应设未设从 而导致交通引导混乱、交通容量降低 ; 集散车道的长 度、宽度等不是经过计算而是凭经验确定 , 容易使集 散车道不满足交通需求等等。笔者通过较深入的研 究 , 对集散车道的设置原则和设计方法加以总结、提 炼 , 以供参考。 1 　集散车道设置的原则 在研究高速公路集散车道的设置时 , 应根据实际 情况 , 主要从交织长度的要求、直通交通量大小、出 入口个数是否影响交通标志的正确引导等方面综合考 虑。 111 　交织长度 在高速公路互通式立交的设计中 , 有时因立交型 式的关系 , 出入交通流之间会产生交织 (如图 2) 。 如果设计的交织长度 L d 不能满足要求 , 则应设置集 图 2 　交织段示意图 图 3 　交织基本图 (交织区间长度与全交织交通量的关系) 散车道 , 将交通阻隘引到集散车道上 , 从而保证直通 运行的安全、快速。交织区间长度 L 可参考日本采 用的求算方法[1 ]来确定 , 现介绍如下。 如图 3 , 交织区间长度 L , 是根据其全交织交通 量和交通流性质决定的。曲线 A、B、C 示交织区 间长度和全交织交通量的关系。另将曲线 A、B、C 的交通流运用特性示于表 1 中。在苜蓿叶型、子叶型 等高速公路互通式立交上产生的交织 , 基本上采用曲 线 B , 不得已时方可采用曲线 C。 交织区间的交通流 表 1 曲线名 交通量的运用特征 A 近似没有交织的自由交通状态 , 在交通流上受到的交织影 响微小。如车道数适当 , 行驶速度可达 70～80km/ h。 B 在交织区间中的驾驶员 , 比起在自由交通状态下的驾驶 员 , 所受其它车辆的影响程度较大 , 但行驶速度可保持 60～70km/ h。 C 速度随每辆车而有相当的变化 , 行驶状态不佳 , 行驶速度 不超过 45～55km/ h。 112 　直通交通量 在直通交通量很大的路段上 , 即使交织长度 L d 满足要求 , 但由于交织的存在 (如图 4) , 势必使直 通车道的交通容量降低 , 影响直通运行安全性 , 且车 速也随之降低。因此 , 在直通交通量接近或超过一个 车道的设计交通容量的情况下 , 应考虑设置集散车道 将直通交通流与交织交通流分离开。许多工程设计人 员忽视了这一点 , 在直通交通量很大的情况下没有设 置集散车道 , 因而导致路段交通容量和安全性大大降 低 , 且留下安全隐患。 图 4 　交织对直通交通流的影响 113 　交通标志对交通流的引导 在高速公路上尤其是互通式立交范围内 , 设置交 通标志是必不可少的 , 但有时交通标志的设置会遇到 困难 , 难以正确引导交通。在以下 2 种情况下 , 应考 虑设置集散车道。 11311 　出口分岔楔形端在邻近有2个以上 由于在出口处需设置指示方向、距离、地点及限 速等的标志 , 如果出口分岔楔形端在邻近有 2 个以上 (邻近的含义指两者之间的距离不满足交织或设置交 通标志的要求) , 则各个出口处的标志因距离过近而 难以设置或车辆高速行使而不易识别 , 从而导致车辆 运行混乱。因此 , 需设置集散车道将各出口的流出交 通量提前全部引入集散车道 , 再分别引导至各流出匝 道。这样既可减少交通标志的数量 , 又能准确、有序 地引导交通 , 使各方向交通流安全、快速运行。 11312 　出入口分合流楔形端在邻近有3 个以上 这种情况是因互通式立交的型式或相邻两互通式 立交距离很近而造成的 , 且常常存在出入交通量的交 织 , 如苜蓿叶型互通式立交。即使交织段长度满足要 高速公路集散车道设置原则和设计方法 　谢洪新等 55　　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 求 , 但因出入口个数多 , 标志聚集在一起 , 难以准确 引导交通 , 因此也应设置集散车道将所有出入交通引 导至其上 , 以减少高速公路的出入口个数 , 相应减少 标志数量 , 从而使标志清楚、明确。 一些工程实例显示出 , 由于交通标志较多且未设 置集散车道 , 驾驶员在驶近互通式立交时不得不放慢 车速认真识别各种标志以免驶错车道 , 即使这样仍有 不少误行的车辆。类似的情况给行车带来极大的不 便。因此 , 集散车道的设置应与交通标志的设置结合 起来考虑。 2 　集散车道的设计 根据以上 3 个方面考虑 , 确定需要设置集散车道 后 , 就要对集散车道的长度 (起终点) 、宽度 (横断 面布置) 、分隔带等进行具体设计。 211 　集散车道长度 集散车道长度的确定是许多设计人员都感到不易处理的问题。由于规范中没有规定 , 设计长了浪费资金 , 设计短了不满足行车要求。笔者总结出一种集散车道长度的计算方法 , 与大家探讨。集散车道的长度由 3 部分组成 : 驶出车道长度、出入口之间的距离、驶入车道长度。第一个和最后一个出入口之间的距离是由匝道线位所决定 , 其间的交织段长度应满足要求 , 本文不再讨论。下面说明驶出车道和驶入车道的长度确定。图 5 和图 6 为典型的驶入和驶出车道。驶出车道由集散车道渐变段 L减 和渐变段至第一个分合流点之间的集散车道L集 组成 , 驶入车道由集散车道渐变段L加 和最后一个分合流点至渐变段之间的集散车道L集组成。驶出车道在分流点之前、驶入车道在合流点之后还包含匝道变速车道。 图 5 　集散车道设计 (一) 驶入车道 [2 ] 图 6 　集散车道设计 (二) 驶出车道 [2 ] 21111 　集散车道渐变段长度 L加 和L减 集散车道渐变段长度的确定有 2 种方法 , 一是参 照互通式立交中直接式变速车道的流出角和流入角来 确定[3 ] , 对于单车道和双车道 , 其流出角均应不大于 1/ 25 , 流入角不大于 1/ 40 , 根据流出角、流入角以及 集散车道宽度、分隔带宽度 , 即可计算出集散车道渐 公路交通科技 　2003 年 　第 1 期 56　　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 变段的长度。二是根据设计车速来确定[1 ] , 分为加速 和减速两种情况。驶入车道的渐变段上 , 车辆行驶状 态为加速 (如图 5) , 其长度 L加 可按下式计算 L加 = v 2 1 - v 2 2 2 a (1) 式中 , v1 为与主线合流必须达到的速度 , m/ s , 一般 为主线设计车速的 70 % ; v2 为初速度 , m/ s , 采用集 散车道设计车速 ; a 为平均加速度 , 取 0136～0173m/ s 2。 驶出车道的渐变段上 , 车辆行驶状态为减速 (如 图 6) 。确定减速渐变段的长度 , 可参照 AASHTO 的 方法 , 以小汽车为对象 , 按以下假定进行计算。 1) 要流出的车辆 , 以该公路平均速度通过驶出 车道的前端。 2) 一进入减速渐变段 , 就立即用发动机制动减 速 , 这样持续 3s。 3) 之后 , 以不引起驾驶员不快感的减速度 , 用 制动器减速 , 到渐变段终点 , 车辆达到集散车道设计 车速。如图 7 所示 ,减速的必要长度 L减 为 L1 + L2 , L1 为发动机制动持续 t 秒的行驶距离 ,L2 为制动器制动 的行驶距离 ,L1、L2 可按式 (2)和式 (3)计算。 图 7 　行驶条件[1 ] L1 = v0 t - 1 2 a1 t 2 (2) 式中 , v0 为减速初始速度 , m/ s , 采用主线平均行驶 速度 ; t 为发动机制动的行驶时间 , s , 取 3s ; a1 为 发动机制动的减速度 , m/ s2。 L2 = 1 2 a2 ( v21 - v22) (3) 式中 , v1 为发动机制动减速后的行驶速度 , m/ s ; v2 为集散车道的设计车速 , m/ s ; a2 为制动器制动的减 速度 , m/ s2。 减速初始速度 v0 及 a1、a2 与主线设计车速有 关 , 笔者通过计算 , 列出表 2 的数值 , 可参照取用。 在计算 L2 时 , v1 是发动机制动减速后的行驶速 度 , 如果为了保证即使没有用发动机制动减速 , 也能 有足够的距离使车辆安全地减速至 v2 , 有时以 v1 = v0 来求得 L2。 设计车速、初始速度及减速度 表 2 主线设计车速 (km/ h) 120 100 80 60 初始速度 v0 (km/ h) 90 80 70 60 发动机制动的减速度 a1 (m/ s2) 0199 0194 0182 0173 制动器制动的减速度 a2 (m/ s2) 214 212 210 1138 　　通过上述 2 种方法求出集散车道渐变段长度 , 在 设计中取较大值即可。 21112 　渐变段至分合流点之间的集散车道长度 L集 渐变段至分合流点之间的集散车道长度 L集是集散 车道的一部分 , 它是指从集散车道分隔带端部至最近 的分合流点之间的距离。多数情况下 , 其中还包含互 通式立交匝道的变速车道。由于在集散车道、其前后 主线及分合流处均需设置相应的禁令标志、指示标志 和指路标志等 , 因此 L集的长度首先应满足各种交通标 志设置的最小间距。如果其中不含有变速车道 , 则其 长度宜大于 200m , 特殊情况下 , 也不得小于 150m。 如果 L集 中包含匝道的变速车道 , 则还要考虑变 速车道的长度。变速车道分减速车道和加速车道 2 种 情况。匝道减速车道一般包含在集散车道驶出车道 中 , 集散车道分隔带端部至减速车道起点的距离应满 足交通标志设置的要求。虽然集散车道设计车速较 低 , 但考虑到有些车辆在交通量较小时会以较高的车 速行驶 , 因此为确保行车安全 , 减速车道 (包括渐变 段) 不宜过短 , 其长度可参照文献 [ 3 ] 中有关变速 车道长度的规定 , 按主线设计车速降低一级来取值。 匝道加速车道一般包含在集散车道驶入车道中 , 同 样 , 加速车道终点至集散车道分隔带端部的距离也应 满足交通标志设置的要求。加速车道长度主要考虑能 够满足匝道上的驶入交通可以安全、顺畅地以集散车 道设计车速汇入集散车道交通流中 , 因此其长度可以 比驶入主线的加速车道长度 (含渐变段) 要短 , 具体 应根据实际情况确定。 212 　集散车道宽度 在工程实例中 , 集散车道的宽度各不相同。虽然 规范中没有明确集散车道的宽度 , 但可以通过道 路横断面各组成部分的功能 , 结合实际情况来确定。 集散车道宽度即指其横断面组成 , 通常包括行车道、 路缘带、硬路肩、土路肩等几部分。行车道分为单车 道和双车道 2 种情况 , 由于集散车道设计车速一般为 30～50km/ h , 因此行车道宽度按照规范取 3150m (单 车道) 或 7100m (双车道) 比较合适。路缘带宽度一 般为 0150m。硬路肩宽度的取值是考虑当大型车在最 小半径平曲线的路肩上停车时 , 半挂 (下转第 62 页) SMA 在高等级公路路面工程中的应用 　杨国忠等 57　　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 出现的原因主要是纤维拌和不匀以及用油量过高。如 前所述 , 该路段在拌和过程中采用人工添加素纤维的 方法 , 人为的疏忽和称量的误差就在所难免。从这一 点来看 , 木质素纤维的添加还应采用机械添加为宜。 当油斑直径大于 5cm 时应及时对油斑区域进行处 理。对于在宁通公路南京段施工过程中出现的油斑 , 我们采用了两种处理方法 : 一是在油斑上撒机制砂 ; 二是将其切除重新填补。 613 　沥青的选择 进口 SBS改性沥青有着良好的性能 , 这从稳定度 以及动稳定度的试验结果可以看出 , 特别是反映抗车 辙性能的动稳定度试验 , 同样是 SMAΟ13 , 宁合公路 南京段的动稳定度数值几乎是宁通公路广九段的 3 倍。但综合其他指标 , 使用普通沥青生产的 SMA 只 是略逊于使用改性沥青的 , 而远远超过现行规范标准 的路面使用性能要求。以最佳沥青用量 519 %计算 , 以现行价格 , 普通沥青 2 000 元/ t , 改性沥青 2 500 元 / t , 单沥青费用即可节约 1 ×215 ×519 % × (2 500 - 2 000) 元/ m3 , 而使用改性沥青对温度有着比使用普 通沥青更高的要求 , 还会造成生产效率的降低。因 此 , 从满足使用性能上看 , 使用普通沥青可以获得比 使用改性沥青更好的经济效益。 7 　结语 以上仅结合 3 条路的施工及路用情况对 SMA 的 配比设计、施工以及一些相关问题做了简单的分析与 讨论。宁通公路南京段自建成通车后已经过了 3 年较 大交通量的考验 , 仍然保持着较好的路用性能。而宁 合公路南京段与宁通公路广九段因通车时间不长 , 其 时效性仍有待检验 , 我们将对其进行进一步的观察。 参考文献 : [1 ] 　沈金安 1 改性沥青与 SMA 路面 [M] 1 人民交通出版社 , 19991 [2 ] 　黄卫 , 等 1SMA 配合比设计的研究 [J ] 1华东公路 , 2000 (12) 1 [3 ] 　中华人民共和国交通部 1 沥青路面施工技术规范 (JTJ032Ο94) [ S] 1 人民交通出版社 , 19941 [4 ] 　中华人民共和国交通部 1 沥青及沥青混合料试验 (JTJ052Ο 2000) [ S] 1 人民交通出版社 , 20001 (上接第 57 页) 车利用剩余宽度可以慢慢地通过 , 单 车道左侧可以取 1100m , 右侧取 2150m , 双车道两侧 均取 1100m。土路肩的取值是考虑能够在其宽度范围 内设置护栏、标志牌等设施 , 一般情况下与主线的土 路肩宽度一致 , 为 0150m 或 0175m。 当集散车道与主线是由分隔带隔开时 , 在分隔带 一侧 (左侧) 不设硬路肩 , 仅在行车道与分隔带之间 设置路缘带 , 外侧设置硬路肩和土路肩。如果集散车 道与主线分离且具有一定距离 , 则主线和集散车道的 两侧均设置硬路肩和土路肩 , 中间不设分隔带。因 此 , 集散车道的宽度有以下 4 种情况 : (1) 有分隔带 单车道。 (2) 有分隔带双车道。 (3) 无分隔带单车 道。(4) 无分隔带双车道。各种情况的路基宽度 , 可 根据上述横断面各部分宽度来确定。 213 　分隔带宽度 集散车道分隔带的宽度 , 文献 [ 2 ] 中建议城区 取 8m , 野外取 15m。但是 , 针对我国公路用地十分 紧张的实际情况 , 分隔带的宽度不宜过宽 , 根据主线 交通量及驶入集散车道的交通量的大小 , 结合《公路 建设项目用地指标》的规定 , 在高速公路上的集散车 道分隔带宽度取 210～510m 较为适宜。分隔带有时根 据地形也设置成变宽形式 , 最宽处会远远超过 5m , 中间可专门进行绿化设计 , 既美化公路 , 也大大增加 了行车的安全性。 分隔带端部应进行特殊处理 , 以便给误行车辆提 供返回余地 , 端部的偏置值可按照文献[3 ] 中互通式 立交的有关规定 , 端部半径根据分隔带宽度确定。 3 　结语 高速公路集散车道的设计一直是我国公路技术标 准及规范中的一项空白 , 在工程实践中缺乏统一的技 术标准 , 设计人员只能根据自己的经验或参考国内外 的一些资料来进行设计 , 或多或少地带有一些盲目 性。因此 , 笔者通过研究 , 结合多年的设计经验和国 内外的设计实例 , 对集散车道设置原则和设计方法提 出了自己的观点 , 尤其对集散车道长度、宽度及分隔 带等要素的确定给出了明确的计算公式或规定。本文 旨在抛砖引玉 , 与工程设计人员共同探讨 , 以使集散 车道的设计早日规范化。 参考文献 : [1 ] 　日本道路公　 1 设计要领第四集 [ S] 11987Ο041 [2 ] 　王伯惠 1 道路立交工程 [M] 1 大连理工大学出版社 , 19921 [3 ] 　中华人民共和国交通部 1 公路路线 (JTJ011Ο94) [ S] 1 北京 : 人民交通出版社 , 19941 [4 ] 　罗霞 1 高速公路立体交叉规划与设计 [ M] 1 成都出版社 , 19921 公路交通科技 　2003 年 　第 1 期 62　　　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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