分离式立体交叉设置条件.doc

公路与公路交叉技术标准专题研究报告之五 分离式立体交叉的设置条件公路工程技术标准修订专题项目(NO.09)公路与公路交叉技术标准专题研究报告之五分离式立体交叉的设置条件 公路与公路交叉技术标准专题项目组二二年十二月公路工程技术标准修订专题项目(NO.09)公路与公路交叉技术标准专题研究报告之五分离式立体交叉的设置条件主编单位： 浙江省交通规划设计研究院参编单位： 华中科技大学项目负责人：刘子剑项目组成员：徐沛宁、丁赛华、施轶峰、赵云安卫 军、龚国斌、李 昊项目顾问： 成 平、李春风、陈永耀、周荣贵本报告执笔：丁赛华、龚国斌 公路与公路交叉技术标准专题项目组二二年十二月目 录1概述I2分离式立体交叉的设置条件23分离式立体交叉的设计要点24高速公路分离式立体交叉上跨与下穿型式的选择34.1考虑因素34.2高速公路上跨时的设计要点34.3 高速公路下穿时的设计要点44.4 工程实例44一级公路设置分离式立体交叉的交通条件84.1 分析理论84.2 设定条件94.3 通行能力94.4计算结果11主要参考文献12 1概述分离式立体交叉是路线交叉的的重要组成部分，在公路网中起着集散交通的重要作用。分离式立体交叉处的直行交通不会发生延滞，能取得最大效率的通行能力和安全效益。高速公路所经地区多为经济发达、人口稠密、地方道路交通便利的地区，分离式立体交叉的合理设置对高速公路的建设规模、充分发挥高速公路在公路网中的主骨架作用和对沿线区域经济的发展有较大的影响。分离式立体交叉的设置应根据路网现状和规划，综合考虑相交公路的功能、性质及地形、地质、环境和当地的经济发展程度、交通需求等因素，经技术论证后确定。分离式立体交叉设计时应使两相交公路以正交或接近正交为宜，保持两相交公路平、纵面线形的直捷、顺适，应有足够的视距和净空；跨线桥的桥型应与环境协调、经济实用、美观大方；同时，分离式立体交叉还应满足远期规划的要求。在选择高速公路分离式立体交叉上跨与下穿方案时，应综合考虑路网及附近城镇规划、线形指标、地形地质条件、交通功能、环境影响等因素，因地制宜，选择交通功能较强、行车较为舒适、造价经济的方案。本报告通过分析浙江省内高速公路分离式立体交叉上跨与下穿方案的选择情况，得出高速公路穿越平原地区的软弱地基路段时，下穿与上跨的工程造价之比为6.58.510。在研究一级公路设置分离式立体交叉的交通条件时，采用间隙理论模型和概率统计方法，通过分析一级公路或其他干线公路（主要公路）与被交公路（次要公路）在不设信号平面交叉处的交通运行情况，求出平面交叉处能够通过的最大交通流量，从而得出一级公路交叉设置分离式立体交叉的交通条件。研究数据表明，当主路交通量达到2000 pcu/h、次路交通量达到主路交通量的10%以上时，或主路交通量达到1500pcu/h、次路交通量达到主路交通量的30%时，平面交叉口的通行能力不能满足交通量的需求，应考虑将平面交叉改建为分离式立体交叉。I 2分离式立体交叉的设置条件分离式立体交叉的设置应根据路网现状和规划，综合考虑相交公路的功能、性质及地形、地质、环境和当地的经济发展程度、交通需求等因素，经技术论证后确定。下列公路与公路交叉处应设置分离式立体交叉：1高速公路与其它等级公路交叉处（除已设置互通式立交处）；2干线公路与直行交通量较大的公路相交处；3县乡公路间的交叉，当两相交公路直行交通量均较大且地形适宜、可以不考虑交通转换处。3分离式立体交叉的设计要点1主要公路的平、纵面线形应保持直捷、顺适，次要公路的平、纵面线形不得过于弯曲、起伏；2两相交公路应以正交或接近正交为宜，且交叉附近平面线形宜为直线或不设超高的大半径曲线；当交角过小或次要公路线形指标过低时，可将次要公路改线；3主要公路上跨或下穿方式的选择，应充分考虑地形、地质条件、环境影响、工程造价等因素，经技术论证后确定；4跨线桥的桥型应与环境协调，简洁明快、造型美观、结构新颖，同时力求施工方便、节约造价；5布设跨线桥时，应在平面和纵断面上具有足够的视距，在横断面上具有足够的净空，不得压缩桥下公路横断面的任何组成部分，并留有余地，尽量不使驾驶员因视觉条件的改变而降低行车速度或造成判断和操作失误；6跨线桥的桥面雨水不得散排于桥下公路路面；桥下公路的排应采用自流式排水，不宜采用动力排水；7如远期计划改为互通式立体交叉，应一次设计、分期修建，预留布设匝道的工程条件。4高速公路分离式立体交叉上跨与下穿型式的选择4.1考虑因素1线形指标高速公路和被交公路的线形指标应满足规范要求，力求平、纵面线形直捷、顺适；2工程造价工程造价是地形、地质、线形指标、交通功能和环境等因素的综合评定指标，是衡量分离式立体交叉方案的关键因素，在满足技术要求和交通功能的前提下，应尽可能降低工程造价；3满足视距条件并与周围景观相协调，符合远期发展规划；4交通量大的公路宜下穿，以减少汽车噪声对交叉附近居民的影响和增加行车舒适度；5不良地基下高速公路宜下穿，考虑高速公路线形指标高，降低高速公路的路堤高度可大量减少路基填筑方量和桥梁结构物，大幅降低工程造价；6高速公路穿越城镇边缘或与已街道化的公路相交时，为减小对现有街道化公路的干扰和对城镇用地整体功能的影响，可以考虑采用上跨形式。4.2高速公路上跨时的设计要点1跨线桥的布孔和跨径必须满足桥下公路的净空，视距和对前方道路识别，通视的要求；2桥下为双车道或非分隔式多车道公路时，不得在行车道中间设置桥墩；当桥下公路有中间带且设中墩时，桥墩两侧应设防撞护栏，并不得侵占公路建筑限界；3应注意桥上排水设施的设置；4应注意桥上安全设施（防撞护栏、防护网）的设置；5如为分期修建，跨线桥梁应一次建成。4.3 高速公路下穿时的设计要点1跨线桥的布孔和跨径必须满足高速公路的净空、视距和对前方道路识别、通视的要求；2主孔宜一孔跨越高速公路全断面，并应有适当的边孔，以开阔视野，消除侧向限制感觉；当必须在高速公路中央分隔带设置桥墩时，桥墩两侧应设置防撞护栏并留有护栏缓冲变形的余地，不得在很短范围内改变中央分隔带的宽度而使行车道扭曲；3跨线桥应尽量避免设在高速公路凹形竖曲线的底部，以免造成视距和排水不良；4如高速公路为分期修建，跨线桥桥跨布置时应预留高速公路后期路基所需的宽度；高速公路为路堑时，应充分利用地形，将跨线桥的桥台布置在坡顶附近，不得布置于坡脚处；5跨线桥前方高速公路设有出入口时，应增设供通视用的辅助桥孔，并在桥上悬挂交通标志；6跨线桥上必须设置防撞护栏，跨越高速公路的桥孔必须设置防护网；7跨线桥上禁止设眩光照明，以免影响桥下高速行车，同时禁上设置与交通安全无关的悬挂标志；8过桥管线的设置应不影响高速公路的交通安全；9做好桥面排水设施的设置，不得直接向高速公路路面排水。4.4 工程实例高速公路经过的地形主要有平原地区和丘陵地区两种。在平原地区，一般多河流少山丘，被交公路宜下穿高速公路，这样既可方便非机动车和行人通行，又能增加高速公路的行车安全性。但如果地基条件较差，路基填料来源又特别困难，则采用高速公路下穿方式比较合理。因为高速公路下穿能降低路基填土高度，减少软基处理工程，降低工程造价；还可避免高速公路纵坡的频繁起伏，增加行车的舒适性。在丘陵地区，一般地质条件较好，但地形起伏较大，分离式立体交叉主要根据高速公路的线形、路基填筑高度和交叉处的地形地势等情况来选择高速公路上跨或下穿方式。当高速公路下穿时，会给当地群众的生产、生活带来某些方面的不便，但可以在分离式立体交叉与附近通道之间设置连络道路，以解决这一问题。在此选择了上海杭州高速公路浙江段和浙江上虞三门高速公路三处具有代表性的路段进行了详细的方案比较。1）上海杭州高速公路浙江段所经区域为杭（州）嘉（兴）湖（州）平原地区，河网密布，软土层比较厚，地基承载力较低。第一处分离式立体交叉位于余杭县境内，上海杭州高速公路K5+200K6+800段。在K5+624处，主线与九堡至笕桥机场的四级公路相交，同时在K5+874处主线 沪杭高速公路K5+624处分离式立体交叉上跨与下穿方案比较表 表1跨越型式工程项目标 准数 量建筑安装工程费(元)合 计(元)主线下穿主线上跨主线上跨主线路基26m填方:128901m3挖方:3992m319807011932806812572081-19341884=0.65路面2×10.75m26649m21758703桥梁2×12.50m357.5m14665262护栏1600m923402被交公路路基6.5m(改善)挖方:200m3181613316路面3.5m(改善)600m212000桥梁其他工程主线下穿主线路基26m填方:155445m3挖方:4973m323885308357485路面2×10.75m33067m22179558桥梁2×12.50m65.7m2925621护栏1600m863710被交公路路基8.5m(改善)填方:9600m31377234215446路面7.0m(改善)1820m217290桥梁净9+2×0.5m240m4002437护栏240m57996又跨越大寨港河。若主线上跨，则需建造357.5m长的主线桥梁一座，同时跨越被交公路与大寨港。如果主线下穿，则需建造240m被交公路桥梁和接线，虽然仍要建造主线跨越大寨港长65.7m的桥梁，但减少了主线跨越被交公路的桥梁，避免了高路基填筑。主线上跨和下穿方式的详细比较见表1。2）第二处分离式立体交叉位于桐乡市境内，上海杭州高速公路K4l+700K42+400段。在K42+031处，主线与桐乡至高桥的三级公路相交，若主线上跨被交公路，则需建造260m的主线桥梁一座；而主线下穿被交公路，只需建造被交公路的桥梁和接线，同样避免了建造主线桥梁和高路基。主线上跨和下穿方式的详细比较见表2。 沪杭高速公路K42+031处分离式立体交叉上跨与下穿方案比较表 表2跨越型式工程项目标 准数 量建筑安装工程费(元)合 计(元)主线下穿主线上跨主线上跨主线路基26m填方:69245m31654036117069618065790-11820940=0.68路面2×10.75m2660m2738005桥梁2×12.50m260m8755352护栏700m559568被交公路路基7.0m挖方:2900m34985113979路面6.0m2450m2108994桥梁其他工程主线下穿主线路基26m填方:29369m37021692326027路面2×10.75m15050m21186630桥梁护栏700m437228被交公路路基8.5m填方:14800m33538455169239路面7.0m3460m2153082桥梁净9+2×0.5m280m4594650护栏280m67662防护工程6600m35705243）上虞三门高速公路所经区域为浙江中部的湖沼积平原地区，地层浅部由亚粘土和淤泥质土组成，地势低平，河渠纵横交错。 第三处分离式立体交叉位于上虞市境内，上虞三门高速公路K19+000K23+000段。主线上跨方案：主线纵断面的变坡点桩号为K21+220，高程为13.89m，上坡为1.2%，下坡为1.55%，考虑行车的安全性和舒适性，竖曲线半径采用一般最小半径10000m。分离式立体交叉桥型采用预应力砼空心板，桥梁配跨为11×20+15(梯形孔)+3×20+15(梯形孔)+7×20 m，全桥布跨匀称，上部结构线条简捷明快，桥梁施工方便。 上虞三门高速公路K21+221.5处分离式立体交叉上跨与下穿方案比较表 表3方 案项 目主 线 上 跨 主 线 下 穿桥 梁 长 度 (m)454.04317.74桥头填土高度 (m)4.94.6主要工程数量桥梁上部砼数量 (m3)7244.92680.0指标(m3/m3)0.6570.569钢绞线 (t)196.85256.703钢 筋 (t)476.569197.406桥梁下部砼(m3)墩台身1774.2933.2基 础3037.61980.8钢筋(t)墩台身151.24878.595基 础156.91888.023路基挖 方 (m3)172412174745填 方 (m3)267112272095路面面 层 (m2)5121065672基 层 (m2)5363768862工程费用桥 梁 (万元)18101040路基路面 (万元)20172230主线下穿/主线上跨3270/3827=0.85主线下穿方案：能降低主线路基填筑高度，减少路堤填方和软基处理的费用。但主线桥因受中心河桥(20+440)、小舜江大桥(K22+705)和K22+000处机耕路通道的标高限制，能降低路基高度的路线长度仅为1.5km。被交公路跨线桥变坡点设在主线的中央分隔带中间，被交线桩号为K0+350，变坡点高程为15.88m，上、下纵坡均为3%，竖曲线半径取“规范”的一般最小值R=4500m。被交公路跨线桥桥型采用预应力砼空心板，桥梁配跨为7×16+13(梯形孔)+4×16+13(梯形孔)+7×16m。方案比较：该分离式立体交叉主要为上虞上风集团职工上下班使用。上风集团共有职工二千多人，每年的生产总值达五亿多元，大部分产品出口国外，车流、人流进出非常频繁。而且主线与被交公路交叉处距104国道只有370m左右，如采用被交公路上跨，车辆过跨线桥后马上进入104国道，行车安全性大大降低。因此当地政府及上风集团均希望主线上跨，以利于交通安全。综合考虑上述情况，该分离式立体交叉采用主线上跨方案，详细比较见表3。根据以上三处上跨与下穿的方案比较，可以得出：高速公路穿越平原地区的软弱地基路段时，下穿与上跨的工程造价之比在6.58.510左右。4一级公路设置分离式立体交叉的交通条件通过分析一级公路或其他干线公路（主要公路）与被交公路（次要公路）在不设信号平面交叉处的交通运行情况，考虑采取交通管理、交通组织等改善措施后，求出平面交叉处能够通过的最大交通流量，从而得出一级公路交叉设置分离式立体交叉的交通条件。4.1 分析理论采用间隙理论模型和概率统计方法，以仅有主、次两个方向交通流的交叉口模型为研究对象，推出交通量与通行能力之间的关系，通过比较实际交通量和实际通行能力，判断交叉口的通行能力是否满足要求，是否需要改建为分离式立体交叉。4.2 设定条件1无信号交叉口处采取主路优先原则2主路和支路都为连续非间断流3主路车头时距概率密度分布为f（t），且主路交通量q为已知4当主路上车头时距为t时，可以通过g（t）辆支路上的车流；g（t）为一引进量5交叉口处交通流向见图。 图14.3 通行能力在主路优先通过无信号平面交叉口处，主路车流优先通过交叉口的冲突区，不产生延误，支路车流必须在交叉口前等待，只有当主路车流间至少有一个tc 的间隔时，即t>tc时，才允许支路上的车通过，支路车辆就是找这样的空档来通过的。假如知道支路车流穿越主路车流的临界间隙和随车时距分别为tc和tf ，当主路上车头时距t满足tc（n1）tf t<tcntf 时，支路可以通过n辆车。即g（t）为分段函数：g（t）n, 当tc（n1）tf t<tcntf ,(n=1,2,3,)g（t）也可表示成： 式中，pn（t）为t时间间隔内有n辆支路车通过交叉口的概率。采用负指数分布模型的车头时距f（t）et 为主路交通流量，若q以辆/时计，则：q/3600次路的通行能力Cqq=q=q （4.1）式中：C次路通行能力（pcu/h）q主路交通量，即为支路的冲突交通量（pcu/h）q/3600(pcu/s)临界间隙时间，对停车待机通过者79s，对减速待机通过者，68s次要公路上车辆的随车时距，35s，的具体取值应该按各地实测的试验数据来定。当次路各方向的交通量均小于实际通行能力时，认为该交叉口的通行能力满足要求；否则，认为该交叉口的通行能力不满足要求。4.4计算结果假设主要公路交通流量为10002400pcu/h，次要公路交通流量为1001000pcu/h，在主、次公路交通量的多种不同组合情况下，采用上述理论计算公式，验算平面交叉处的通行能力，验算结果表4：平面交叉通行能力验算结果汇总表 表4组合主路次路 次/主路 交通量比例通行能力交通量交通量（pcu/h）（pcu/h）（%）1100076076.00 满足要求2100078078.00 不满足3120066055.00 满足要求4120068056.67 不满足5150042028.00 满足要求6150044029.33 不满足7160036022.50 满足要求8160038023.75 不满足9180028015.56 满足要求10180030016.67 不满足11200020010.00 满足要求12200022011.00 不满足1322001406.36 满足要求1422001607.27 不满足1524001004.17 满足要求1624001205.00 不满足通过上述分析和验算，可以得出如下结论：当主路交通量达到2000 pcu/h、次路交通量达到主路交通量的10%以上时，或主路交通量达到1500pcu/h、次路交通量达到主路交通量的30%时，平面交叉口的通行能力不能满足交通量的需求，应考虑将平面交叉改建为分离式立体交叉。主要参考文献1）A Policy on Geometric Design of Highway and Streets，AASHTO，Washington，D.C.，19942）公路工程技术标准（JTJ00197），中华人民共和国交通部发布，1997年3）公路路线设计规范（JTJ01194），中华人民共和国交通部发布，1994年4）高速公路立交工程，高速公路丛书编委会，人民交通出版社，2001年5）刘次华，概率论与数理统计方法，华中科技大学出版社，2000年6）郭耀煌，运筹学与工程系统分析，中国建筑工业出版社，1986年7）王炜、高海龙、李文权， 公路交叉口通行能力分析方法，科学出版社，2001年8）刘建军、韩凤春、刘东，交通工程学基础，人民交通出版社，1995年9）公路通行能力手册（初稿），交通部公路科学研究所、北京工业大学，2002年12