互通式立交出口竖曲线研究.pdf

第41卷第8 期2023年8 月文章编号：10 0 9-7 7 6 7（2 0 2 3)0 8-0 156-0 4Vol.41,No,8Journal of Municipal TechnologyAug.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.08.156互通式立交出口竖曲线研究姜诚*,甘军,刘峰,易天天(中国葛洲坝集团勘测设计有限公司，湖北武汉430 0 7 0)摘要：互通式立交出口匝道鼻端瞬时速度由主线设计速度决定，车辆经过渐变段和减速车道进行缓慢减速，进入匝道后通过运行速度过渡段减速至控制曲线的设计速度，但互通式立交出口处的竖曲线视距和缓和冲击仍是现行规范中保障行车安全的关键。结合现有模型以及研究成果，对互通式立交出口竖曲线进行了研究，认为凸形竖曲线和凹形竖曲线半径均应以停车视距为计算依据，并对停车视距进行了修正，计算了互通式立交出口凹形竖曲线与凸形竖曲线所需半径值，为相关设计人员提供了参考依据。关键词：互通式立交；凸形竖曲线；凹形竖曲线；停车视距；识别视距；缓和冲击中图分类号：U412.33Abstract:The instantaneous speed at the nose end of the interchange exit ramp is determined by the design speed ofthe mainline.The vehicle slowly decelerate through the gradual change section and the deceleration lane,and thendecelerate to the design speed of the control curves through the running speed transition section after entering theramp.But the vertical curve sight distance and the cushion at the exit of the interchange are still the key to ensurethe safety of traffic in the current specifications.Combining with the existing models and research results,the verticalcurves of the interchange exit are studied.It is concluded that both convex vertical curves and concave vertical curvesshould be calculated by the stopping sight distance.The stopping sight distance is modified to calculate the requiredradius values for the above curves at interchange exits,which provides a reference basis for relevant designers.Key words:interchange;convex vertical curve;concave vertical curve;stopping sight distance;identifying visualdistance;cushion文献标志码：AStudy on Vertical Curve at the Interchange ExitJiang Cheng*,Gan Jun,Liu Feng,Yi Tiantian(China Gezhouba Group Investigation&Design Co.,Ltd.,Wuhan 430070,China)在互通式立交设计中，保障行车安全是设计控制要素之一。高速公路交通事故主要发生在互通式立交出口上游以及人口鼻端下游30 0 m范围内。国内外相关研究表明，互通式立交出口匝道的交通事故率总体高于入口匝道。美国某项研究1表明，交通事故率与匝道交通量有关；出口匝道交通事故率与控制曲线半径有关，控制曲线半径为6 0 90 m时收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 4作者简介：姜诚，男，高级工程师，学士，主要从事互通式立交设计工作。引文格式：姜诚，甘军，刘峰，等.互通式立交出口竖曲线研究J.市政技术，2 0 2 3，41（8）：156-159.（JIANGC，G A NJ,LIU Fe t a l.St u d y o nvertical curve at the interchange exitJ.Journal of municipal technology,2023,41(8):156-159.)安全度较高，控制曲线半径为9 0 18 0 m时安全度最低，控制曲线半径大于18 0 m时半径越大交通事故率越低；出口匝道交通事故率与控制曲线转角有关,转角为6 0 90 时安全度最低,转角大于90 时转角越大交通事故率越低。潘斌宏等2 将互通式立交主线出口车道变换的驾驶员特性作为识别视距的计算依据；沈强儒等3将互通式立交出口平面第8 期处于平曲线路段和纵面较小的凸曲线作为约束条件来计算识别视距。根据JTG/TD21一2 0 14公路立体交叉设计细则4可知，互通式立交出口处通过速度主要受主线设计速度影响，但匝道的设计速度为30 8 0 km/h，因此仅将主线设计速度作为互通式立交出口匝道竖曲线控制依据略显不足，并且当主线出口处鼻端的竖曲线适当大于或等于匝道基本段落设计速度的竖曲线值时，更符合驾驶员的行车期望。同时，在竖曲线模型计算中，停车视距至关重要，根据不同的驾驶员反应时间得出的结论也有差异。如CJJ193一2012城市道路路线设计规范中驾驶员反应时间取为1.2 s;AASHTO研究中驾驶员反应时间最短取为1.64s，安实等5将响应状态中大部分驾驶员（8 5%）的反应时间取为1.3s。因此,笔者建立竖曲线计算模型，对停车视距以及凸形竖曲线和凹形竖曲线进行修正，可为类似竖曲线设计提供参考。1竖曲线计算模型在凸形竖曲线中行驶，车辆处于失重状态，如果凸形竖曲线半径较小将无法满足停车视距所需的长度，因此现行规范中凸形竖曲线以停车视距作为必要考虑条件，互通式立交出口匝道的纵面竖曲线长度应满足：1)保证停车视距所需的长度；2)视觉上的必要长度；3)缓和冲击的必要长度。凸形竖曲Tab.1 The minimum radius of ramp vertical curve near the nose end of interchange主线设计速度/鼻端通过速度(km/h)一般值/(km/h)1207010065806060552竖曲线模型修正2.1停车视距修正停车视距模型假设条件：驾驶员视高为1.2 m，物高为0.1m；计算速度取分流鼻端通过速度；潮湿路面条件；纵坡为平坡。停车视距计算模型如下：S=t+3.66+2gf(3.6)2。式中：V为设计速度,km/h;t为制动反应时间,取为2.5s;g为重力加速度，取为9.8 m/s;f为路面纵向摩姜诚等：互通式立交出口竖曲线研究线计算模型1如下：L=-200(Vhi+Vhz)2100LS2Ri=2(Vhi+Vhz)2式中：L为保证停车视距所需的竖曲线最小长度,m；Ri为保证停车视距所需的竖曲线最小半径,m;S为停车视距,m;为坡度代数差，%;h为视点高度,取为1.2 m;hz为障碍物高度,取为0.1m。则式(2)可简化为：Ri=S23.985 64凹形竖曲线中垂直方向的离心力变化对于行车舒适度的影响要大于凸形竖曲线，考虑到离心力的变化会使车身悬挂，从而使轮胎的柔性和载重等因素受到影响,因此现行规范中凹形竖曲线以缓和冲击作为必要考虑条件。凹形竖曲线计算模型 如下：L2=(4)360R2=100L2=V23.6式中：L2为缓和冲击所需的竖曲线最小长度,m;V为车辆通过鼻端的瞬时速度,km/h;R2为缓和冲击所需的竖曲线最小半径，m。互通式立交鼻端附近匝道竖曲线最小半径计算结果见表1。表1互通式立交鼻端附近匝道竖曲线最小半径停车视距/凸形竖曲线最小半径/mm计算值952 264851813751 411701 229V2(6)157S2A(1)(2)(3)(5)凹形竖曲线最小半径/m极限值一般值2.000350018002.8001400200012001800阻系数，一般地区取为0.2 90.44。实际上，驾驶员在互通式立交出口减速过程中已经处于响应阶段，从主线行驶到分流鼻端已经考虑了识别视距的要求，在该过程中驾驶员已松开加速踏板让车辆自然减速或已踩下制动器进行强制减速，显然制动反应时间取2.5s富余较多。匝道的设计速度一般为30 8 0 km/h，因此用匝道分流鼻端至控制曲线的停车距离作为停车视距计算更为合适。从踏下制动器开始至车辆停止所行驶的距离计算公式为：计算值13611 1741000840极限值150012001000850一般值2.000180015001200158式中：V为通过分流鼻端的瞬时速度,km/h;Vi为车辆停止后的速度,取为0;为减速度,取为2.4m/s26。停车视距修正值见表2。表2 停车视距修正值Tab.2 The correction value of parking sight distance主线设计速度/停车视距修正值/(km/h)(km/h)1207010065806060552.2凸形竖曲线修正JTGD20一2 0 17 公路路线设计规范规定，互通式立交、服务区、停车区等出口路段应满足识别视距的要求，如果匝道出口处采用识别视距将与互通式立交主线出口段形成连续的识别区域，可给予驾驶员足够的距离以读取标志、决策和行动，更有利于行车安全。因此，互通式立交出口匝道处的停车视距按识别视距（1.2 5倍停车视距）考虑更为合适。凸形竖曲线修正值见表3。从表3可以看出，主线设计速度为12 0 km/h的互通式立交出口凸形竖曲线半径一般值较规范一般值大约150 m，计算值较规范极限值大约40 0 m；主线设计速度为10 0 km/h和8 0 km/h的互通式立交出口凸形竖曲线半径与规范近似；主线设计速度为6 0 km/h主线设计速度/(km/h)识别视距/m120701006580606055注：括号内数值为一般值，即1.5倍计算值。从表4可以看出，主线设计速度为12 0 km/h的互通式立交出口凹形竖曲线半径计算值约为规范计算值的1.8 倍；主线设计速度为10 0 km/h的互通式立交出口凹形竖曲线半径计算值约为规范计算值的1.5倍；主线设计速度为8 0 km/h的互通式立交出口凹形竖曲线半径计算值约为规范计算值的1.3倍；主线设计速度为6 0 km/h的互通式立交出口凹形竖曲线半径计算值与规范计算值近似。Journal of Municipal TechnologySi=Vi-Vi(7)2aO分流鼻端通过速度/Tab.4 The correction value of concave vertical curves分流鼻端设计速度/(km/h）第41卷表3凸形竖曲线修正值Tab.3 The correction value of convex vertical curves主线设计速度/分流鼻端设计速度/识别视距/凸形竖曲线半径/(km/h)(km/h)120701006580606055注：括号内数值为一般值，即1.5倍计算值。m78.867.957.948.6表4凹形竖曲线修正值缓和冲击/m98.51 361(2.042)84.91 174(1 761)72.31 000(1500)60.8840(1 260)3结论1)驾驶员从减速阶段到通过互通式立交出口匝道鼻端后，如有足够的视距条件将更有利于调整驾驶状态，也更符合实际驾驶期望；建议主线设计速度为12 0 km/h的互通式立交出口凸形竖曲线半径在现有规范基础上增加约40 0 m,主线设计速度为6 0 km/h的互通式立交出口凸形竖曲线半径在现有规范基m98.584.972.460.8的互通式立交出口凸形竖曲线半径一般值较规范一般值小约40 0 m。2.3凹形竖曲线修正以主线设计速度为12 0 km/h为例,通过分流鼻端的瞬时速度为7 0 km/h，不论匝道设计速度大于或小于7 0 km/h，从主线驶离的车辆都是属于持续减速或先减速再根据视野范围的道路线型调整速度状态。通过分流鼻端的瞬时速度为运行速度过渡段的最大值或最小值，采用区间最值作为计算依据以满足缓和冲击的需求显然不合适。目前，并没有研究表明缓和冲击应采用区间速度的合理取值。同时，视距不足往往是造成交通事故的主要原因，因此有些国家为了公路的整体安全，采用夜间行车的车头灯视距作为凹形竖曲线半径的计算依据，车头灯视距取值与停车视距相同7。则凹形竖曲线要同时满足缓和冲击和停车视距的要求，经计算，缓和冲击计算值小于停车视距计算值，因此推荐采用停车视距作为凹形竖曲线半径的计算依据。凹形竖曲线修正值见表4。停车视距/m凹形竖曲线半径/m2.432(3 648)2.432(3 648)1808(2.712)1 808(2.712)1313(1 970)1313(1 970)927(1 391)927(1 391)m2432(3648)1 808(2 712)1313(1970)927(1391)第8 期础上减小30 0 40 0 m。2)分流鼻端瞬时速度由主线设计速度来决定，建议设计速度大于7 0 km/h的匝道在分流鼻端采用相应设计速度的竖曲线控制指标。3)凹形竖曲线缓和冲击的要求值比保证夜间停车视距竖曲线最小半径的要求值小，将夜间停车视距作为凹形竖曲线极限最小半径的主要控制因素，其长度可包含缓和冲击和视距必要的长度；建议将现有规范中主线设计速度为12 0 km/h的互通立交出口凹形竖曲线半径增大0.8 倍；主线设计速度为10 0 km/h的互通立交出口凹形竖曲线半径增大0.5倍；主线设计速度为8 0 km/h的互通式立交出口凹形竖曲线半径增大0.3倍。MET参考文献【1刘子剑.互通式立体交叉设计原理与应用M.北京：人民交通出版社,2 0 15:6 3.(LIU ZJ.Interchange design principle andapplication M.Beijing:China Communications Press,2015:63.)【2】潘斌宏，周锡，周廷文，等.高速公路互通式立交出口识别视距计算模型J.同济大学学报（自然科学版）,2 0 2 0,48（9)：1312-1318,1352.(PAN B H,ZHOU X Z,ZHOU T W,et al.De-cision sight distance calculation model of expressway interchangeexitJ.Journal of Tongji University(natural science edition),(上接第155页）建筑几何语义信息互操作技术J.土木建筑工程信息技术，2014,6(4):11-17.(TANG S J,ZHU Q,ZHAO JQ.BIM and GISdata integration:IFC and CityGML building geometric semanticinformation interoperability technology JJ.Jouranl of informa-tion technology in civil engineering and architecture,2014,6(4):11-17.)【8 何芳.大数据时代背景下GIS对智慧城市建设的影响J.城市建设理论研究,2 0 19(10)：11.(HEF.Impact ofGIS on smart cityconstruction in the context of big data eraJ.Theoretical researchin urban construction,2019(10):11.)【9陈立波，聂倩，陶鹏杰.基于LiDAR点云控制的倾斜影像高精度几何定向技术研究J.测绘地理信息，2 0 2 1,46（Sup1)：49-52.(CHEN L B,NIE Q,TAO P J.Research on high precision 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