互通立交设计速度及运行速度分析_孙平

公路　２０１３年６月　第６期ＨＩＧＨＷＡＹ

　Ｊｕｎ．２０１３　Ｎｏ．６

（）０４５１－０７１２２０１３０６－００５９－０４　　　　中图分类号：Ｕ４１２．３５　　　　文献标识码：Ｂ　文章编号：

互通立交设计速度及运行速度分析

孙　平，吕志敏

（）中交第二公路勘察设计研究院有限公司　武汉市　４３００５６

摘　要：目前高速公路几何线形设计理念已逐渐过渡到以运行速度为指导的理念，但对互通式立体交叉匝道范围内匝道设计速度与运行速度的协调性研究仍相对较少。通过对匝道范围内设计速度与运行速度关系进行分析，以榆佳高速公路互通式立交平纵面线形为研究对象，探讨了车辆在实际运行速度下匝道线形设计的安全性问题。

关键词：高速公路；互通立交；设计速度；运行速度；平纵面线形

路面干净而潮湿、　　运行速度定义为在天气良好、自由流状态下，路段上第８５％位的车辆行驶速

１］

。在高速公路运营过程中，度［造成许多交通事故

后加速的过程，在此过程中，只要匝道的线形指标与则线形设计良好，运行速度的可能变化情况相适应，车辆运行安全。

１．２　匝道范围内车辆减速运行

当车辆由主线出口的减速车道终点驶入匝道范无论匝道的线形指标如何，车辆都将经历从主围时，

线较高运行速度变化到匝道较低运行速度的过程，也就是说，匝道范围车辆的减速均为被动减速，无法随驾驶员的主观意识随意进行。

当匝道线形指标变化均衡合理时，事故率较低；而当匝道的线形指标存在突变导致车辆的运行速度变化不适应线形指标变化时，将容易造成引发交通事故。因此，为验算线驾驶员操作失误，

形指标的合理性，需对车辆的减速运行过程进行计算，公式如下：

的主要原因之一，往往是路线设计指标与车辆实际

２］

。因此行驶速度所要求的线形指标之间的脱节［

我国的高速公路几何线形设计理念，已逐渐由以设计速度为指导过渡到以实际运行速度为指导。该理念通过对初拟线形的车辆运行速度进行预测，判断并以此对线形道路的几何设计指标是否满足要求，

平纵组合进行优化。而互通立交作为高速公路的重要组成部分，目前对其匝道范围内设计速度与运行速度之间是否协调的研究还相对较少。因此本文希望通过分析高速公路互通立交匝道范围内设计速度探讨匝道线形设计的合理与运行速度之间的关系，性与安全性。

１　互通立交匝道的运行速度计算

１．１　匝道范围内车辆运行速度变化情况

在立交匝道范围，车辆实际运行速度将随着匝

４］

。道结构型式、线形指标的变化而变化［

Ｖａ＝２２ａｓ０－

／将速度单位换成ｋ公式转变为：ｍｈ后，Ｖａ＝２２５．９２ａｓ０－

／）；式中：Ｖａ为末期运行速度（ｍｓＶ０为初始运

２

／）；／），。行速度（ｍｓａ为加速度（ｍｓｓ为距离（ｍ）

（）车辆制动加速度的确定及修正：参考相关资１

料，对处于平坡段或上坡段的减速车辆，制动加速度

２

／；可取２当车辆处于下坡段时，制动器产生．０ｍｓ

的部分制动加速度将用于克服坡度，此时实际制动

图１　匝道范围内运行速度变化Ｖ－ｔ曲线

２

／，加速度应为（式中：２．０－ｉ×ｇ）ｍｓｉ为超高横坡２

（，／）。％）ｍｓｇ为重力加速度（

从图１可看出，车辆在匝道范围将经历先减速、收稿日期：２０１３－０３－２７

（）车辆进入匝道范围时的初速度：实践证明，２

—６０１３年　第６期　０—　　　　　　　　　　　　　　　　公　　路　　　　　　　　　　　　　　　　２

主线设计速度越高，出口车辆运行速度越低于主线车速；主线设计速度越低，出口车辆运行速度

越接近于主线车速。车辆进入匝道初速度取值可见表１。

／ｋｍｈ

减速运行后的末速度

５０ｍ

１００ｍ４５．１８　３４．８７　０．００　５０．４９　４１．５２　１４．９７　５２．９４　４４．４８　２１．８６　５５．２９　４７．２４　２７．０６　

１５０ｍ０．０００．０００．００１４．５３０．０００．００２４．３３０．０００．００３１．１９１２．１７０．００

表１　匝道范围减速与行程关系

匝道纵坡（上坡）

主线设计速度

１２０　

０

１００　８０　１２０　

＋２％

１００　８０　１２０　

＋３％

１００　８０　１２０　

＋４％

１００　８０　

出口初速度

８５　８０　７０　８５　８０　７０　８５　８０　７０　８５　８０　７０　

６８．０７　６１．７１　４８．０４　６９．９１　６３．７３　５０．６２　７０．８１　６４．７２　５１．８６　７１．７０　６５．７０　５３．０７　

１．３　匝道范围车辆加速运行

车辆在驶出匝道范围线形条件最紧张的路段后（，一般为匝道平曲线半径最小路段）车辆将逐渐开始并以一定的速度汇入主线。而加速过程的运行加速，

主要是验算车辆在经过速度最低点后，在速度研究，

特定的加速度及加速长度范围内，是否能在到达主线入口时，将车辆加速至安全的汇流速度。匝道范围加速运行曲线计算公式与减速过程类似，详见下式：

２

／；过程的加速度取１对于上坡加速段则应相．２ｍｓ２／。应修正为（１．２－ｉ×ｇ）ｍｓ

（）车辆在匝道上开始加速时的初速度：对于存在２

其加速过程应从收费站处算起，初速度收费站的匝道，

；若匝道不存在收费站，可考虑由小半径平曲线终为０

点开始算起，并以曲线的设计速度作为初速度。（）车辆的安全汇流速度：对于环圈匝道，安全３

／汇流速度可取５对于一般立交的定向半定０ｋｍｈ；／取６对于枢纽立交的定向半定向匝向匝道，０ｋｍｈ；／道，取７０ｋｍｈ。

（）满足安全汇流的匝道加速长度如表２。４

Ｖａ＝２２５．９２ａｓ０＋

２

／（可以得出：ｓ＝（Ｖａ－Ｖ２２５．９２ａ）０）

（）匝道加速运行过程的加速度：本文中对加速１

表２　满足安全汇流的匝道加速长度

匝道纵坡（下坡）

（／）初速度／ｋｍｈ

０　

／下坡０

４０　５０　０　

－２％

４０　５０　０　

－３％

４０　５０　０　

－４％

４０　５０　

（／）汇流速度／ｋｍｈ

５０　６０　７０　５０　６０　７０　５０　６０　７０　５０　６０　７０　

２）（／实际加速度／ｍｓ

所需加速度长度／ｍ

８０．３８６４．３０７７．１６９６．０７７６．８５９２．２２１０６．４６８５．１７１０２．２０１１９．３７９５．５０１１４．５９

１．２０　１．２０　１．２０　１．００　１．００　１．００　０．９１　０．９１　０．９１　０．８１　０．８１　０．８１　

互通立交设计速度及运行速度分析０１３年　第６期　　　　　　　　　孙　平　吕志敏：　２—６１—

２　匝道各平面线元的理论设计速度

根据上述分析，匝道上车辆实际运行速度是不断变化的，只要运行速度的变化进程与匝道各部分线形指标则能保证运行安全。以下对匝道范的取值变化相适应，

围不同线元安全运行的理论设计速度进行分析。２．１　圆曲线的理论设计速度计算

车辆以一定的速度在匝道圆曲线上行驶时，将其中部分离心力由匝道的超高产生一定的离心力，

横坡抵消，剩余部分为横向力，主要由轮胎与路面间的摩阻力承担。圆曲线半径的计算如下式所示：

线段设置在匝道平面线形的中间路段。

３　匝道平面线形与运行速度协调性分析

根据前文中的计算，可以将减速曲线、加速曲线分析设计速度与运与理论设计速度进行叠加对比，

行速度之间的协调性。本文以榆佳高速公路互通立交匝道运行速度验算为例，对匝道平面线形设计与运行速度协调性进行分析。

３．１　麻黄梁互通Ａ型单喇叭方案的内环匝道入口如图２所示，在初拟平纵面线形条件下，车辆以／在经历半径Ｒ＝６４０ｋｍｈ速度驶入Ｂ匝道，０ｍ圆曲线上加速后到达Ａ＝７５ｍ的回旋线终点

根据表２，车辆在此线形条件下只ＢＫ０＋１４９．５５７，　需运行９而此时车辆实际已经运行了５．５０ｍ，

车辆能在保证舒适性的前提下，安全地１４９．

５５７ｍ，　

驶入内环匝道，设计安全性良好。

２

Ｒ＝１２７ｕ±ｉ不设超高时，并取“值，则公ｉ为路拱横坡，－”式转变为：

ＲＶ＝２７ｕ＋ｉ

／）；式中：Ｖ为运行速度（ｍｓＲ为圆曲线半径（；。ｍ）ｕ为横向力系数；ｉ为超高横坡（％）

（）横向力系数的取值：横向力系数的大小，直１接影响司乘人员舒适感，本文对横向力系数最大值取０．１５。

（）匝道最大超高值的确定：参考陕西省多个高２

速公路项目的运营经验，充分考虑大型载重车辆超超载等因素影响，最大超高值取６高、．０％。

此时平曲线理论设计速度计算公式可转换为：

Ｖ＝６．６７Ｒ２．２　缓和曲线的理论设计速度计算

我国对缓和曲线采用回旋线，汽车行驶在回旋其离心加速度将随曲率的变化而变化。若变线上，

化过快，将使司乘人员产生不舒适感。离心加速度的变化可用离心加速度变化率表示：

２·３ａ＝＝ｓ＝

ｔＲＬｓＡ２

４］

根据冯心宜［对离心加速度变化率的取值取

图２　麻黄梁互通Ａ型单喇叭初拟线形

／。将速度转换为ｋ／公式为：１．０ｍｓｍｈ后，

３．２　麻黄梁互通Ｂ型单喇叭方案的内环匝道出口

如图３所示为Ｂ型单喇叭方案初拟平纵面线／形，主线设计速度为１内环匝道平曲线最００ｋｍｈ，／ｈ。由于内环匝设计速度为４小半径为６０ｍ、０ｋｍ道半径小，且距离出口鼻端较近，因此应对其减速行程进行计算，确保车辆在进入内环匝道时运行速度能满足设计速度要求。因此，在初拟的平纵线形条／件下，车辆以８到０ｋｍｈ的速度从出口鼻端驶出，达第一段回旋线Ａ＝７车速已降至５ｍ起点时，

／车辆一共只需运行约１３５．５ｋｍｈ，３２ｍ的距离即可

Ｖ＝３．６Ａ３

２／）；）；式中：ａｍｓｔ为时间（ｓＬｓｓ为离心加速度（；为缓和曲线长度（ｍ）Ａ为离心加速度变化率。２．３　直线的理论设计速度计算

由于直线本身并非匝道范围车辆运行速度控制／（因此其理论设计速度可取８主线设计因素，５ｋｍｈ／。由此也可速度１２０ｋｍｈ时的匝道最大初速度）判断，当匝道范围出现直线时，可能诱使驾驶员提前加速，因此直线宜出现在主线出入口路段，不应将直

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在保证舒适性的前提下安全停稳车辆。路段的实际运行速度均小于平面线元的理论设计速度，车辆能在保证舒适性的前提下，安全地驶入内环匝道，设计安全性良好

。

图４　青云枢纽方案一初拟线形

能运行的速度进行计算，确定匝道范围内减速及加

图３　麻黄梁互通Ｂ型单喇叭方案初拟线形

并以此来检验匝道线形指标速运行速度变化情况，

是否合理。假如线元指标理论设计速度不满足运行速度要求，则需要优化，以确保设计速度与运行速度榆佳高速公路互通立交初拟平纵相协调。经检验，

面线形指标均满足安全性要求。参考文献：

［］１０００年度公路建设标准规范计划项目．高速　交通部２

］公路运行速度设计方法与标准［Ｓ．［］］２ＴＧＢ０１－２００３　公路工程技术标准［Ｓ．　Ｊ　［］］３ＴＧＤ２０－２００６　公路路线设计规范［Ｓ．　Ｊ　

［］浅谈互通立交设计中的运行速度及设计速度４　冯心宜．

［］（）Ｊ．广东公路交通，２０１２，２．

［］］互通立交平面线形设计的经验探讨［５Ｊ．广东　冯心宜．

（）公路勘察设计，２０１０，１．

［］方靖，周荣贵，祝站东．公路运行速度特征６　汪双杰，

］（）研究［中国公路学报，Ｊ．２０１０，１２．

３．３　青云枢纽方案内环匝道出口

如图４所示，在初拟的平纵面线形条件下，车辆／到达第一段回旋线桩以８０ｋｍｈ速度从主线驶出，／号ＧＫ车速已降至４车辆一共０＋１００时，５．３ｋｍｈ，只需运行约１６５ｍ的距离即可在保证舒适性的前提下安全停稳车辆。之后经圆曲线匀速行驶后开始／加速进入被交路，此时车辆以４０ｋｍｈ速度开始加／速，到汇入主线速度达到６０ｋｍｈ只需９５．５ｍ。说明路段的实际运行速度均小于平面线元的理论设计速度，车辆能在保证舒适性的前提下，安全地驶入环形匝道，亦能让驾驶员在加速过程中有较大的自由设计安全性良好。度，

４　结语

通过对榆佳高速公路互通立交不同匝道车辆可