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互通式立体交叉设计原理与应用.pdf道路专业学员突破370人，全网最多！
了自由流的运行条件，但被交叉道路交通流的接人，在一定程度上降低了主线直行交通的运 行效能和存在让驾驶人失误的潜在因素等。因此，在互通式立体交叉的设置和构形方案中 应处理好运行效能与出入需求之间的矛盾，使其成为路网系统中一个有机的统一体。 2）运行条件复杂 互通式立体交叉的重要功能是完成交通转换，各方向交通集中在一个有限的范围内分 流、合流和交叉，其交通组织和运行条件远比道路基本路段复杂，运行安全问题也远比基本 路段突出。 3）交通设施全面 组成互通式立体交叉的设施几乎包含了高速公路的全部，包括路线、桥梁、路基、路面 交通工程、绿化及安全设施等，而几何构造和安全设施等远比高速公路基本路段复杂。 4）环境制约突出 互通式立体交叉在一定程度上可以视为一个“面”，与一条“线”的基本路段相比，受用 地、地形、地物、地质和环保等的制更加突出，其儿何形式还往往受交通环境、社会环境和 历史人文环境的影响等。 5）投资效益受控 作为一个交通转换系统，互通式立体交叉并不是所有方向的连接方式越高级越好，对于 互通式立体交叉设计者最大的挑战，在于将投资控制在合理范围内的同时，其设计成果既满 足功能、安全和环保等多因素需求，又能达到在全寿命周期内效益最大化的目标
1.3.1设计原则 根据互通式立体交叉的技术特征，设计应符合下列基本原则： （1）多因素原则。应综合考虑功能、安全、环境、资源、全寿命周期成本、驾乘者的舒适和 便利等因素。 （2）系统性原则。组成互通式立体交叉系统的各单元之间、互通式立体交叉与整体路网 系统及与环境之间应相互协调。 （3）一致性原则。互通式立体交叉形式、几何构造及信息分布等应与驾驶人期望相 致。 （4）连续性原则。交通流运行方向、车道布置和运行速度等应具有连续性
根据我国建设程序和设计惯例，互通式立体交叉设计分工程可行性研究、初步设计、技 术设计（必要时）和施工图设计等几个阶段，各阶段设计的主要内容如下： （1）在工程可行性研究阶段，应提出总体设计目标、设计思想和设计原则；全面分析路网 结构，明确主线、被交叉公路及节点的功能定位；根据预测交通量和建设条件，拟订节点基本 类型、基本形式和建设规模等。 （2）在设计阶段，应在工程可行性研究成果及批复意见的基础上，进一步明确总体设计 原则；分析并选定交叉位置；根据交通量分布及其组成.确定交通流线主次、币道车道数及匝
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互通式立体交叉设计原理与应用
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道连接方式；在初步设计阶段，应结合现场建设条件和各方面影响因素，比选并推荐公路立 体交叉设计方案。对于交通组织和交叉形式复杂的公路立体交叉，在设计阶段应增加运行 特征的分析和评价。 概括起来，互通式立体交叉的设计内容包括方案设计、几何设计、结构设计、交通工程及 安全设施设计等。 （1）方案设计内容包括互通式立体交叉的构形和多方案的评价、比选，并最终得出推荐 方案。其中，评价分析包括通行能力分析、安全性评价、环境影响评价、社会和经济分析等。 （2）几何设计内容包括交叉公路和匝道平、纵、横等几何要素的设计以及连接部设计等 其中，连接部包括变速车道、辅助车道、集散道路、交织段、分合流端部和平面交叉等。 （3）结构设计内容包括路基、路面、桥梁、隧道、通道、防护和排水工程等。 （4）交通工程及安全设施设计内容包括交通标志、标线、信号、护栏以及收费、通信和监 控系统等。 1.3.3设计范围 原则上，互通式立体交叉的设计范围应是该节点的交通影响范围 在方案设计时，应分析和研究直接影响区规划年限的综合运输方式、道路交通发生源、 路网交通组织及其交通量的分布等，结合国民经济发展等资料预测得出互通式立体交叉各 转向交通量的分布，为互通式立体交叉的准确定位、方案设计、评价与选择提供依据。方案 设计应具有系统的视角，即站在直接影响区路网的整体系统层面进行研究和分析。在方案 构形时，应充分考虑工点现场条件和对环境影响的范围。 对于几何设计，互通式立体交叉的设计范围则是其构造所需要的范围，即主线和被交叉 公路受立交几何构造影响的路段及匝道所围成的全部区域。在高速公路侧，一般是变速车 道三角渐变段最远端之间的范围。双车道公路或平面交叉侧，为道路改造影响范围或交通 运行所需要的设计范围。这些范围内的各个部位和各个要素，应给予同等的重视和设计。 对于交通工程及安全设施设计，其设计范围应该远超出几何设计的范围，如出口预告标 志等，应提前设置于互通式立体交叉几何设计范围之外。 互通式立体交叉的设计应当是一个系统的设计，其设计范围涉及直接影响区的所有相 关因素。专业涉及道路工程、结构工程、交通工程、地质、运输、规划、建筑、社会、历史、经济、 生态、生物和心理学等。
道连接方式；在初步设计阶段，应结合现场建设条件和各方面影响因素，比选并推荐公路立 体交叉设计方案。对于交通组织和交叉形式复杂的公路立体交叉，在设计阶段应增加运行 特征的分析和评价。 概括起来，互通式立体交叉的设计内容包括方案设计、几何设计、结构设计、交通工程及 安全设施设计等。 （1）方案设计内容包括互通式立体交叉的构形和多方案的评价、比选，并最终得出推荐 方案。其中，评价分析包括通行能力分析、安全性评价、环境影响评价、社会和经济分析等。 （2）几何设计内容包括交叉公路和匝道平、纵、横等几何要素的设计以及连接部设计等 其中，连接部包括变速车道、辅助车道、集散道路、交织段、分合流端部和平面交叉等。 （3）结构设计内容包括路基、路面、桥梁、隧道、通道、防护和排水工程等。 （4）交通工程及安全设施设计内容包括交通标志、标线、信号、护栏以及收费、通信和监 空系统等。
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2.4接入控制与立体交又
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各级公路的接入控制要求
公路立体交叉的采用原则
注：☆应采用；口宜采用；△可采用；○个别可采用。
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互通式立体交又设计原理与应用
互通式立体交又设计原理与应用
2.5互通式立体交叉的分类
2.5.1根据节点功能分类
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2.5.2按交叉岔数分类
2.5.3按交通流线完整性分类
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3.1概述 设计控制要素是互通式立体交叉设计应考虑的基本要素和必要条件。 根据对设计控制的程度，设计控制要素可分为两种类型，即强制性控制要素和酌定性控 利要素[9]。 强制性控制要素是立法、标准和规范的有关强制性规定，或者由于经济、环境等原因不 导更改的控制性要素和条件。 酌定性控制要素是希望予以遵守的控制性要素和条件，当与设计目标发生冲突时，在审 和优化设计时可的情修改。 根据设计控制要素的内容，设计控制要素可分为安全、环境、功能、用地和成本五大要 ，强制性控制要素和定性控制要素则包含其中
3.2要素的构成及影响
安全是互通式立体交叉设计控制要素之一，也是设计需要考虑的首要因素。安全包括 吉构安全和运行安全两个方面 结构安全包括桥梁、隧道、路基、路面及其他交通设施的结构安全和耐久性等。 运行安全牵涉因素多，变化大，相对隐性，在控制上有一定的不确定性因此在互通式立
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（3）防护：当受客观条件限制，难以实施容错型设计时，为预防或减少重大伤害事故，应 采取防撞或防止冲出路外的措施。 在上述三个层次中，预防是运行安全设计的最高层次；容错是预防的补充；防护则是运 行安全的最后防线。因此，在运行安全设计中，应以预防为重点，使所设计的互通式立体交 叉满足下列要求： （1）分流、合流、交叉及运行方向改变等，应有利于驾驶人迅速感知和处理信息、正确决 策和采取行动。 （2）标志、信号及其他信息的设置和处理等，应为驾驶人提供人性化的引导，最大程度减 少驾驶人的反应时间。 （3）各交通流线的三维构造，应与车辆行驶动力特性相一致，为车辆提供连续和安全的 运行条件。 （4）有条件时应提供宽容的路侧条件，给出错的车辆以减少损失的机会和空间
满足功能要求是互通式立体交叉设计的前提条件。功能包括社会需求和交通需求等。 社会需求包括社会发展需要、当地国民经济发展需要、人民群众生产和生活的需要，以 及人们在精神层面的高品位出行需求等。工 交通需求包括路网系统的交通需求和节点的交通转换需求 1）满足路网系统的交通需求 满足路网系统的交通需求，就是要在互通式立体交叉位置的选择、规模和形式的选择 时，站在整个路网的角度，充分认识该节点在整个系统中的功能和作用，使所设计的互通式 立体交叉满足下列要求： （1）所选取的互通式立体交叉位置能为主交通发生源提供近便的服务，以充分发挥其 效益。 （2）所选取的互通式立体交叉形式能担负起在路网系统中相应的角色并发挥其作用。 （3）互通式立体交叉各个部位的服务水平与交叉道路相当范围内的服务水平相协调，使 互通式立体交叉及其附近路段的交通流平稳流畅，以保证整体路网系统的有序运行。 2）满足节点的交通转换需求 交通转换是互通式立体交叉最主要的功能，作为路网系统中的重要节点，互通式立体交 叉要能担当系统中一个重要子系统的角色。对于这个子系统，不仅要满足各向系统流在流 经该节点时的流量和流速的要求，而且要与整个路网系统有机地结合起来。具体来讲，就是 要使匝道及其连接部与交通量的大小及方向分布相适应。 与交通量相适应，即所设计的互通式立体交叉要能充分满足该节点各方向的交通需求， 根据互通式立体交叉功能和交通量的大小，提供相应的满足设计服务水平的通行能力。与 交通量相适应的要求主要体现在如下几个方面： （1）互通式立体交叉形式与交通量及其分布相适应。 （2）匝道形式与交通量及其组成相适应。 （3）匝道车道数与交通量及其组成相适应。 （4）匝道连接方式与交通量及其组成相适应
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互通式立体交叉设计原理与应用
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环境要素包括社会环境、自然环境和历史文化环境等。 社会环境要素包括项目影响区国民经济与社会发展现状及规划、城镇分布及规划、产业 布局及规划、土地开发规划、文物分布、相关单位及公众的意见和要求等。 自然环境不仅仅指地形、地质和水文条件等，它还包括人类、植物和动物三类群体，以及 这三类群体在大自然中各自所起的作用。环境保护的内容也不仅仅包含防噪声污染、大气 污染和水土流失等基本内容，同时还包括对三类群体的保护和营造和谐的景观等。 互通式立体交叉设计对自然环境的考虑，就是要尊重环境，最大程度对环境进行保护。 目前在世界上被公认的环境保护设计理念是：公路建设对环境的破坏应降低到最低程度，当 破坏不可避免时，应最大程度予以恢复。 具体来讲，在互通式立体交叉设计中对环境的考虑主要有如下几个方面： （1）位置、形式的选择要综合考虑当地经济布局、交通状况、城镇和交通规划、工点地形 地物、地质、水文、植物和矿产资源等。 （2）在满足交通需求和安全的前提下，匝道形式的选择和布局应尽可能减少用地面积， 减少绕行距离，降低油耗和运营成本。 （3）互通式立体交叉的空间造型、桥梁结构等要与周围环境相协调。 （4）给驾驶人提供连续的行驶路线和开阔的视野，以形成连续的内部景观。 5）细部设计、坡面处理、绿化乃至硬质景观的设置等，要与自然环境和历史文化环境相 办调。 在互通式立体交叉设计中，还应把握服务社会原则，提倡公众参与，充分考虑受影响群 体和非政府组织的意见。这对于提高互通式立体交叉的社会质量具有不可忽视的作用
现代设计对成本的理解和掌握已经远远超出了初期投资成本的概念，进而引出了全寿 命周期成本分析（TotalLifeCycleCostAnalysis）的概念。 全寿命周期成本分析也称寿命周期成本分析（LifeCycleCostAnalysis，LCCA），用于评 价可行性研究项目的总经济价值，包括初始成本和进一步成本一一整个寿命周期内的维护 修复、重建和翻新处理成本等。对于互通式立体交叉而言，包括建设成本、运营成本、交通事 故成本、征地费用、对环境的影响、养护、维修费用和建设期间对现有交通的延误等。 在美国，LCCA既是政府法令，又是工程投资的评估、计算方法。政府指令LCCA首先在 交通、公路系统的基础设施工程和管理中实行。 推行全寿命周期成本分析的目的，并不是为了否定追求节省的建设成本，而是通过对工 程投资的评估，使所选择的方案有利于发展先进技术，降低初期投资比，优化施工、养护，考 虑环境保护，以获得优良的总寿命结构性能，是一种完善、科学的成本理念
设计车辆是互通式立体交叉设计所采用的代表性车型，其外廓尺寸、轴荷、质量和运行
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性能是用于几何设计的主要依
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3.4.3鼻端附近设计速度
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日本规定的出口匝道分流鼻端通过速度
运行速度指中等技术水平的驾驶人根据实际道路条件、交通条件和良好气候条件等能 保持的安全速度。通常采用测定速度的第85百分位行驶速度（即v8s）作为运行速度。 由于设计速度对一特定路段而言是一固定值，这一值作为基础参数，用于规定一个路段 的最低设计标准，但难以获得连续和与实际运行速度相适应的线形。因此，德国、法国、美 国、澳大利亚等国家广泛运用了以运行速度为基础的路线设计方法，以车辆的实际运行速度 作为线形设计速度，从而有效地保证了视距、平曲线半径、超高、纵坡和竖曲线半径等指标与 设计速度的合理搭配。 目前，我国主要采取以设计速度控制设计、以运行速度检验和调整线形的运行速度应用 方法。 根据《公路立体交叉设计细则》规定，按设计速度完成匝道线形设计后，宜对线形指标变 化较大等路段进行运行速度的检验，当不满足相邻路段运行速度连续性或设计速度与运行 速度一致性的要求时，应调整匝道平纵面线形或修正超高和视距等指标。 基于运行速度的线形设计要点如下： （1）在选用设计速度时，应尽可能使设计速度与运行速度V85一致，可结合主线设计速度 和互通式立体交叉类别，根据匝道形式及其可能达到的运行速度选择与之相适应的设计 速度。 （2）根据相邻路段运行速度和运行条件的变化，灵活掌握各路段的设计速度，并提供相 应的线形指标。 （3）按设计速度完成匝道线形设计后，根据平、纵面指标，弯坡组合及相邻路段运行速度 等，通过运行速度预测模型或类似工程实地调查的运行速度累计分布曲线，分单元测算运行 速度。 （4）对各相邻单元间运行速度的连续性进行检验，建议的检验指标为：小客车运行速度 差不超过20km/h，运行速度梯度不超过10km/h/100m；大货车运行速度差不超过15km/h 运行速度梯度不超过6km/h/100m。 (5）对各单元运行速度与设计速度的一致性进行检验，建议的检验指标为：设计速度与 运行速度差不超过20km/h。 （6）当不满足相邻路段运行速度连续性或设计速度与运行速度一致性的要求时，应通过 周整匝道平纵面线形满足连续性和一致性要求，或通过修正超高和视距等指标满足一致性 要求。 （7）出口匝道可通过设置足够长度的运行速度过渡段，满足运行速度连续性要求。 （8）当为一般互通式立体交叉时，由于收费站和平面交叉的影响，较大的运行速度差难
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以避免，此时应提供足够长度的运行速度过渡段。 （9）当为三岔Y形枢纽等立交且匝道按主线延续路段设计时，匝道设计速度与主线设 计速度差应符合连续性要求，当运行速度差超过20km/h时，应通过线形分段过渡变化或设 置限速标志等，减少相邻路段的运行速度差。
3. 6 *2g/ (3.6)
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美国AASHTO识别视距计算表
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各地区的设计小时交通量系数（%
当交通量为混合交通量时，应按下列公式折算为以当量小客车为单位的 通量：
昆合交通量时，应按下列公式折算为以当量小客车为单位的设计小时交
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高速公路车辆折算系数
在互通式立体交叉设计阶段，应提供节点交通量分布图，明确各方向和各路段的设计小 时交通量。 3）15分钟高峰小时交通量 15分钟高峰小时交通量通常作为确定车道数和进行通行能力分析等的基础数据。 15分钟高峰小时交通量可按下式计算：
GB/T 33260.4-2018 检出能力 第4部分：最小可检出值与给定值的比较方法15分钟高峰小时系数PHF值
服务水平为衡量一定交通量时的运行条件及其为驾乘者提供的服务质量的一种 与行车速度、行驶时间、驾驶自由度、交通延误程度及舒适性和方便程度等因素有 美国将服务水平分为A～F六级【19]。我国现行《公路工程技术标准》规定公路服
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互通式立体交叉最低设计服务水平
各级服务水平下的交通流状态描述如下： （1）一级服务水平：交通流处于自由流状态。交通量小，行驶速度高，车流密度小，驾驶 人能自由或较自由地按个人意愿选择所需速度，车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的 影响。超车需求远小于超车能力，被动延误少。在交通流内驾驶的自由度很大，为驾驶人 乘客或行人提供的舒适度和方便性非常优越。 （2）二级服务水平：交通流状态处于稳定流的较好部分，驾驶人基本按个人意愿选择行 驶速度TZZB 1083-2019 广告布用水性阻燃乳液，但需注意到交通流内有其他使用者，并可能影响到行驶速度的选择。交通流中驾驶 的自由度较一级服务水平略有下降。交通设施所提供的舒适和方便程度下降。 （3）三级服务水平：交通流状态处于稳定流的中间范围，车辆间的相互影响变大，选择速 度受到其他车辆的影响，驾驶时需要注意交通流内其他使用者，舒适和便利程度与二级服务 水平相比有明显下降。 （4）四级服务水平：交通流处于稳定流范围下限，但是车辆运行明显地受到交通流内其 他车辆的相互影响，速度和驾驶的自由度受到明显限制。在交通流中驾驶，要求部分驾驶人 切实提高警惕。总的舒适度和方便性明显下降。教 （5）五级服务水平：交通流处于拥堵流上半部分，运行条件等于或接近通行能力值。所 有车辆的速度都降到很低，但行驶速度相对一致，交通流中驾驶的自由度极少，为了适应这 种驾驶，一般需要强迫行人或车辆让路。舒适和方便程度极差，驾驶人和行人受到的阻碍一 般都很大。在这个水平上运行通常不稳定，因为交通流中流量稍有增大或微小波动，都会引 起交通阻塞。 （6)六级服务水平：交通流处于拥堵流下半部分，是通常意义上的强制流或阻塞流。交 通需求超过其充许的通过量，车流排队行驶，队列中的车辆出现停停走走现象，运行状态极 不稳定，可能在不同交通流状态间发生突变
3.6.3公路通行能力