专利名称：无交织环形立交的制作方法
技术领域：
本实用新型属于立交桥技术领域，尤其涉及一种无交织环形立交。
背景技术：
立体交叉(简称立交)是现代城市道路系统的重要交通组织设施。环形立交由于具备布局紧凑、占地较少、造价低廉等特点，在立交建设中得到广泛应用。然而，实践证明现行的环形立交在很多情况下并不适用，诸如特大城市中心区、左转交通量大的交叉ロ等。环形立交由环形平面交叉口演变而来，通过环道来实现各方向车辆的转弯。根据交通流的分离层次，环形立交可分为双层式、三层式和四层式等多种形式。以十字形交叉ロ 为例，三层环形立交(如图I所示)是将两条道路的直行车辆均通过上跨或下穿分离，其它车辆沿环道逆时针绕行；双层环形立交则仅将主要道路的直行车辆与其它车辆加以分离。如图2所示，是现行的环形立交的环道车流运行分析图，图中符号“〇”表示分流点、符号“ ”表示合流点、符号“▲”表示交织点。环道是影响环形立交运行质量的关键，其交通组织如同环形平面交叉ロ，入环车辆与出环车辆相互交织，绕环而行的车流频繁地发生合流和分流。现行环形立交的设计使得车辆由右侧入环、右侧出环，即右进右出(或称作外进外出)；车辆驶入环道需要从环道外侧横移变道进入环道内侧，出环则由环道内侧横移至环道外側。随着交通量的増大，可穿越空档減少，车辆无法实现交织变道；且车速越高，所需的交织长度越长，交织愈发困难。实践表明，左转交通量稍大一点就可能造成环道拥堵，致使整个立交陷于瘫痪。受用地面积和道路断面宽度的限制，现实中采用的环形立交绝大多数属于小环交，环道的交织长度非常有限，大大降低了运行速度和通行能力。即使加大环道半径，对交织段长度和环道通行能力的増加也非常有限，环道运行质量不会发生根本性改善。总体来说，现行环形立交只适用于左转交通量小、运行车速低的情况，环道交织是造成运行质量不高的根本原因。此外，立交占地庞大，造成大面积的隔离，行人过街困难是当前我国城市立交普遍存在的问题。我国城市道路行人流量大，在立交设计中处理好行人交通至关重要。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在干，针对现行立交的运行缺陷和当前立交建设中普遍存在的问题，提供一种没有环道交织的环形立交，即无交织环形立交。本实用新型进ー步所要解决的技术问题在于，提供一种便于行人通过的无交织环道立交。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种无交织环形立交，其包括环道、左转入环匝道及出环匝道，左转入环匝道进入环道的入ロ、以及出环匝道离开环道的出口分置于环道的两侧。进ー步地，所述左转入环匝道进入环道的入口位于环道的内侧，出环匝道离开环道的出口位于环道的外側。进ー步地，所述左转入环匝道进入环道的入口位于环道的外侧，出环匝道离开环道的出口位于环道的内側。进ー步地，所述环形立交还包括右转匝道，右转匝道架空。进ー步地，所述环形立交为四层式环形立交，其第一层和第三层分别通过下穿和高架供直行车辆行驶，其第二层为原地面，供行人或非机动车通行，其第四层为环道、左转入环匝道及出环匝道。进ー步地，所述环形立交为两层式环形立交，其第一层为原地面，供行人或非机动车通行，其第二层为环道、左转入环匝道及出环匝道，除右转之外的车流均由环道通过交叉ロ。进ー步地，所述环形立交为十字交叉ロ的环形立交，其具有四个象限，于每个象限内均具有一个左转入环匝道及一个出环匝道，并按照先入后出的逆时针方向排列。进ー步地，所述环道的半径R = 400^/i，其中，i为坡道纵坡。进ー步地，所述环道外侧匝道与主线引道及环道内侧匝道的纵坡相同，环形立交的占地面积为I. 25S-1. 5S，其中，S表示环道围合的面积。进ー步地，所述环道分为基本段和出入段两种路段，基本段是位于跨象限相邻出环匝道出口与左转入环匝道入口之间的环道部分，出入段是位于同一象限相邻左转入环匝道入口与出环匝道出口之间的环道部分。进ー步地，所述环道设有掉头车道时，基本段的车道数Nb ^队+1，出环匝道的车道数Ntj =队+1，出入段合流点处的车道数N1 ^ Nb+Nx,出入段分流点处的车道数Nj ^ (NB+NQ)-1，其中，队为左转入环匝道的车道数。进ー步地，所述环道未设置掉头车道时，基本段的车道数Nb ^ N1,出环匝道的车道数N。= N1,出入段合流点处的车道数Nj彡Nb+Nx,出入段分流点处的车道数Nj彡(Nb+N0)-I,其中，N1为左转入环匝道的车道数。 与现有技术相比较，本实用新型的环形立交将左转入环匝道和出环匝道分置于环道的两侧，使出入环方式由外进外出变为内进外出或外进内出，即由同侧进出变为异侧进出，通过改变左转入环匝道及出环匝道的接入方式和接入位置，消除了环道交织，减小了车辆在环道上的绕行角度。此外，将右转匝道架空，使行人能够在地面自由穿梭，可实现行人交通在地面的全互通。
图I是现行的三层环形立交的交通流线图。图2是现行的环形立交的环道车流运行分析图。图3是本实用新型无交织环形立交第一实施例的示意图。图4是本实用新型无交织环形立交第二实施例的示意图。图5是图3所示实施例的交通流线示意图。图6是图4所示实施例的交通流线示意图。图7是图3及图4所示实施例中第二层人行系统布置图。图8是坡道纵断面坡长计算示意图。[0030]图9是图3所示实施例的拓扑结构图。图10是图4所示实施例的拓扑结构图。图11是图3所示实施例的环道半径测算原理简图一。图12是图3所示实施例的环道半径测算原理简图ニ。图13是图3所示实施例的环道车道数保持平衡的计算示意图。图14是图4所示实施例的环道车道数保持平衡的计算示意图。图15是本实用新型无交织环形立交第三实施例的示意图。图16是本实用新型无交织环形立交第四实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。请一同參阅图3及图4，本实用新型的无交织环形立交包括环道I、左转入环匝道2及出环匝道3，左转入环匝道2进入环道I的入口、以及出环匝道3离开环道I的出口分置于环道I的两侧。本实用新型的环形立交将左转入环匝道2和出环匝道3分置于环道I的两侧，使出入环方式由外进外出变为内进外出或外进内出，即由同侧进出变为异侧进出，通过改变左转入环匝道2及出环匝道3的接入方式和接入位置，消除了环道I交织，减小了车辆在环道I上的绕行角度。具体地，请參阅图3，是本实用新型第一实施例的平面图，该环形立交为内进外出式无交织环形立交，其左转入环匝道2进入环道I的入口位于环道I的内侧，出环匝道3离开环道I的出ロ位于环道I的外側。左转车辆通过专用匝道(即左转入环匝道2)，由内侧进入环道1，由外侧驶出环道1，亦即左进右出。请參阅图4，是本实用新型第二实施例的平面图，该环形立交为外进内出式无交织环形立交，其左转入环匝道2进入环道I的入口位于环道I的外侧，出环匝道3离开环道I的出ロ位于环道I的内側。左转车辆通过专用匝道(即左转入环匝道2)，由外侧进入环道1，由内侧驶出环道1，亦即右进左出。对于十字形交叉ロ，环形立交具有四个象限，于每个象限内均有一个左转入环匝道2及一个出环匝道3，并按照先入后出的逆时针方向排列，外形酷似纸风车。位于环道I内、外侧的左转入环匝道2和出环匝道3分别称作环道内侧匝道和环道外侧匝道。从层次结构来看，该环形立交可视为四层式环形立交。第一和第三层分别通过下穿和高架供直行车辆行驶，且高架主线引道从环道I下起坡通过；第二层在原地面，供行人或非机动车通行；第四层为车辆左转和掉头的专用匝道(即左转入环匝道2、出环匝道3)和高架环道I ;环形立交还包括右转匝道4，右转匝道4架空，可视为第三层。就绝对高度来说，地面之上仅相当于ー层高架环道I的高度。请參阅图5和图6，其分别为内进外出和外进内出式无交织环形立交的车辆交通流线图，图5包含了右转、直行和左转车流，图6还考虑了掉头车流。就车流通行方式而言，本实用新型与现行环形立交的差别主要体现在左转车流上；直行车流径直通过交叉ロ，右转车辆通过专用匝道(即右转匝道4)转弯，无需进入环道1，均与现行环形立交相同或相似。左转车辆借助环道I完成转弯。依据车流的运行特征，将环道I划分为基本段11和出入段12两种路段。基本段11是指位于跨象限相邻出环匝道3出口与左转入环匝道2入口之间的环道部分，其上绕环车辆各行其道；出入段12是指位于同一象限相邻左转入环匝道2入口与出环匝道3出口之间的环道部分，车辆合流或分流，无交织。对于四路交叉ロ，环道I由四对出入段12和基本段11沿车流方向(逆时针方向)顺序连接而成。暂不考虑车辆掉头，左转车辆转向可分为五个阶段①入环阶段，经左转入环匝道2驶离主线进入环道I 与由上一入ロ进环的左转车辆并列行驶过ー出入段12 独自绕环驶过一基本段11 与由下一入ロ进环的左转车辆并列行驶过ー出入段12 出环阶段，经出环匝道3驶离环道I进入主线。第一阶段和第五阶段均行驶在专用匝道上，较少受到干扰；第二至第四阶段则通过环道I完成。其中，第二和第四阶段在环道I出入段12内 完成，存在内外并列的两股绕环左转车流，如车道数设置合理，原则上两股车流不会相互干扰；第三阶段则在环道I基本段11内完成，仅存ー股左转车流。若有掉头车辆，则其与左转车辆共道行驶，至第四阶段的出入段12末端，掉头车辆将与左转车辆分流，左转车辆进入出环匝道3，掉头车辆则与由该出入段12起始端入口驶入的左转车辆继续绕环而行，直至由同一出环匝道3驶离环道I进入主线，完成掉头。另外，环道I还可为误入左转入环匝道的右转和直行车辆提供行驶路径。右转车辆在掉头车辆环道行驶路径的基础上，继续在环道I上驶过ー对基本段11和出入段12，经对向左转车辆出环匝道3驶离环道I进入主线，完成右转。直行路径存在两条①在右转车辆环道行驶路径的基础上，继续在环道I上驶过两对基本段11和出入段12后，由出环匝道3驶离环道I进入主线进入环道I出入段12后，直接由该出入段12末端连接的出环匝道3出环，此种方式直行车辆将与其它绕环车辆发生交织，故可通过标线施划加以禁止。由以上分析可知，在环道I出入段12的起終点附近会发生合流和分流。合流视车道数的多少分为并道合流和并排行驶合流两种若合流后车道数減少，则两股车流需要并道而行，将造成较大干扰；否则，各行其道，并无干扰。即便是合流共道，也与现行环形交叉口中横移变道式的交织有本质区别，故称本实用新型为无交织环形立交。可见，环道I的车道数目对交通流的运行状态大有影响，其确定方法详见后述。无交织环形立交中左转车辆运行的另ー特点是在环道I上的转弯角度大幅减小，如图5和图6中的这一角度约为130°。环道I上的左转角度主要取决于内侧匝道的接入位置，即左转车辆在内侧匝道上转过的角度。内侧匝道接入位置愈靠近目标主线出口道，在环道I上的转弯角度和绕行距离愈小，而对从其下穿行的其它匝道的放坡限制越大。故环形内侧匝道的接入位置的确定应综合考虑两方面的要求，放坡方面的限制将在后续描述。人性化的歩行系统是本实用新型的另ー特点，如图7所示，在地面设置对角(X形)人行横道，于对角人行横道之间可设置公交场站、停车场、地铁ロ等，将地面让位于行人，使行人能够在地面自由穿梭，可实现行人交通在地面的全互通，缩短了行人过街时间，弱化了立交的隔离作用。分析发现，与现行环形立交不同，无交织环形立交环道I半径的关键控制要素不是交织段长度，而是位于环道I围合区域内、地面以上的引道和匝道的放坡问题。具体来说，包括高架主线引道、右转匝道4以及环道内匝道；而下穿主路引道和环道外匝道可影响立交的整体占地面积，对环道半径无影响。为实现立交内不同层次间的顺畅过渡和连接，坡道须在一定长度内以符合规定的坡度克服层间高差，如图8所示。即坡长决定了环道半径的大小，其可由式(I)求得。1 - —j—----(1 ■>其中，I表示坡长(m) ；i表示纵坡) ；H表示立交层间总高差(m)，即上下层路面之间的高程差，包括净高和构造物(跨线桥或地道桥)上部结构的总厚度；h。表示桥下净高(m) ;hu表示构造物上部结构总厚度(m)，包括建筑结构高度和路面铺装层结构厚度。为便于计算，对该立交几何模型进行简化并做如下假设①忽略路面或桥面宽度的影响，将立交表示为各部分中心线的连接形式，如图9及图10所示；②将匝道坡长视为两点间的直线长度，不考虑平曲线的影响立交范围内地面高程无变化。图9及图10中标注了 3类高程控制点①图中符号“ ”表示坡道低点，是指某坡道所克服的高差的高程起始计算点，并不是指坡道的起点(最低点)；②图中符号“O，，表示坡道高点，指所克服高差的高程终讫计算点；③图中符号“ (X) ”表示“下方坡道低点，上方坡道高点”，是指该平面投影点对应的位于下层匝道或引道上点为其坡道低点，对应的位于上层匝道或引道上的点为其坡道高点。例如，A点为右转匝道4坡道低点，其上须为车辆通行提供净高点为右转匝道4坡道高点，其下须为行人通行提供净高；C点则为左转入环匝道2坡道高点和高架引道坡道低点，二者之间须为高架上的车辆通行提供净高。据上述分析可知，要计算环道半径，首先需分别确定高架主线引道、右转匝道4以及左转环道内匝道的关键高程控制点，三者均在环道范围内经历由坡道低点到坡道高点的过渡(如图9及图10)。在同一坡道上，若高差一定，则相邻最近的一对坡道低点和高点为此坡道的关键高程控制点。高架主线相继从环道I和左转入环匝道2下穿过，并在环道I中心处上跨地面人行道，C点和H点为本引道的高程控制点。C点上方与左转入环匝道2间需要满足机动车的净高要求点下方从桥梁底部与地面间需要满足行人的净高要求。右转匝道4相继从环道I和左转入环匝道2下穿过，并在匝道中点处上跨人行道，A1点和B点为本匝道的高程控制点。A'点上方与左转匝道间需要满足机动车的净高要求点下方从桥梁底部与地面间需要满足行人的净高要求。4条左转入环匝道2可分为两类，两条上跨高架主线，两条上跨下穿主路。上跨高架主线的左转入环匝道2起主导作用，其相继从环道I和另ー左转入环匝道2下穿过，井上跨高架主线引道，A'点和C点为本匝道的高程控制点。A'点与上方左转入环匝道2间以及C点下方与高架主线引道路面间均需要满足机动车的净高要求。分别用ls，1E,し表示高架主线引道、右转匝道4、左转环道内匝道高程控制点间(C-H，A' -B, -C)的坡长。结合测算和前文假设，将匝道与环道I的几何关系简化为“圆内接四方形”，如图11及图12所示。正方形的边代表右转匝道4和左转入环匝道2，其边长可分别由Ik和し表示为KkIk，もし；对角线代表高架主线引道，环道I半径R可由Is表不为Ksls。则满足高架主线引道、右转匝道4、左转入环匝道2放坡要求的环道半径Rs，Rr，Rl可分别由式⑵ ⑷求得。Rs = Ks Is(2)Rr =Kr-IrI ^2(3)Rl ^ Kl-Il/^⑷环道半径的最小设计值R为R = maK(Rs,RR,RL)(5)= max(Ks -Is,Kr -Ir/-J2,Kl几何模型量测试算，若不考虑路线非直线系数的影响，Ks, Kl, Ke分别约等于I. 2，
2.5，I.25 ;而实际设计中，匝道主要由曲线连接而成，故在环道I半径的估算中，Ks，も，Kk分别取为I. 2，2.0，I. O。由式(5)得R = ,21 s，机,IL / 病(6)由式(I)知，若坡度一定，则高差决定了坡长。根据相关规范，确定机动车和行人(自行车)的净高分别为5. Om和2. 5m。构造物上部结构厚度则随材质、跨度及荷载等而变化，综合考虑有关因素，假定跨线桥和下穿地道桥的上部结构总厚度分别为I. 5m和1.0m。则控制点间的高差如表I所示。表I坡道高程控制点及高差设计值
掉獅去—_控制点—f —高差(m)_
坡道低点坡道高点hcKH _
高架主线CH2.51.54.0
右转匝道A'B2.51.54.0
左转匝道A'C5.01.56.5
_ 下穿主线 _ -H|_ 5.0 _1.0 _ 6.0 —根据表I的高差，在纵坡一定时得Rs Re RL = 0.85 I 0.81。即当主线引道和匝道采用相同纵坡时，右转匝道4放坡所需的环道I半径最大。可见，在设计中，环道I半径由右转匝道4所決定。R = -j2lR =400V2//(7)纵坡大小主要由道路等级和设计车速决定，如表2所示。表2城市立交引道和匝道的最大纵坡
最大纵坡----车速度09P,__---
冰冻地区44
非冰冻地区45结合式(7)和表2，求得典型纵坡取值下的环道I半径，如表3所示。若纵坡控制在2 5%，则环道I半径为285 115m。表3典型纵坡的环道半径及立交占地面积
权利要求1.一种无交织环形立交，包括环道、左转入环匝道及出环匝道，其特征在干，所述左转入环匝道进入所述环道的入口、以及所述出环匝道离开所述环道的出口分置于所述环道的两侧。
2.如权利要求I所述的无交织环形立交，其特征在于，所述左转入环匝道进入所述环道的入口位于所述环道的内侧，所述出环匝道离开所述环道的出口位于所述环道的外側。
3.如权利要求I所述的无交织环形立交，其特征在于，所述左转入环匝道进入所述环道的入口位于所述环道的外侧，所述出环匝道离开所述环道的出口位于所述环道的内側。
4.如权利要求I至3中任意一项所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环形立交还包括右转匝道，所述右转匝道架空。
5.如权利要求I至3中任意一项所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环形立交为四层式环形立交，其第一层和第三层分别通过下穿和高架供直行车辆行驶，其第二层为原地面，供行人或非机动车通行，其第四层为所述环道、左转入环匝道及出环匝道。
6.如权利要求I至3中任意一项所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环形立交为两层式环形立交，其第一层为原地面，供行人或非机动车通行，其第二层为所述环道、左转入环匝道及出环匝道，除右转之外的车流均由所述环道通过交叉ロ。
7.如权利要求I至3中任意一项所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环形立交为十字交叉ロ的环形立交，其具有四个象限，于每个象限内均具有一个左转入环匝道及ー个出环匝道，并按照先入后出的逆时针方向排列。
8.如权利要求7所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环道的半径及=400^2//,其中，i为坡道纵坡。
9.如权利要求7所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环道外侧匝道与主线引道及环道内侧匝道的纵坡相同，所述环形立交的占地面积为1.25S-1.5S，其中，S表示所述环道围合的面积。
10.如权利要求7所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环道分为基本段和出入段两种路段，所述基本段是位于跨象限相邻出环匝道出口与左转入环匝道入口之间的环道部分，所述出入段是位于同一象限相邻左转入环匝道入ロ与出环匝道出口之间的环道部分。
11.如权利要求10所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环道设有掉头车道时，所述基本段的车道数Nb ^队+1，所述出环匝道的车道数％ =队+1，出入段合流点处的车道数Nj≥Nb+Nx,出入段分流点处的车道数Nj ^ (Nb+Nq)-1，其中，N1为左转入环匝道的车道数。
12.如权利要求10所述的无交织环形立交，其特征在于，所述环道未设置掉头车道吋，所述基本段的车道数Nb ^ N1，所述出环匝道的车道数ル=N1，出入段合流点处的车道数Nj≥Nb+Nx,出入段分流点处的车道数Nj ^ (Nb+Nq)-1，其中，N1为左转入环匝道的车道数。
专利摘要本实用新型涉及一种无交织环形立交，包括环道、左转入环匝道及出环匝道，左转入环匝道进入环道的入口、以及出环匝道离开环道的出口分置于环道的两侧。本实用新型的环形立交将左转入环匝道和出环匝道分置于环道的两侧，使出入环方式由外进外出变为内进外出或外进内出，即由同侧进出变为异侧进出，通过改变左转入环匝道及出环匝道的接入方式和接入位置，消除了环道交织，减小了车辆在环道上的绕行角度。
文档编号E01C1/04GK202430605SQ20112024707
公开日2012年9月12日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者宋淑正, 张谦, 王京元 申请人:深圳大学