之前有个“使用纬地绘制单喇叭互通”的系列还没有写完,借此在这里继续探讨下。
对于A型喇叭的环形匝道,比较常见的做法有:采用单圆、采用双圆(卵形)、三圆(水滴形)。
在规范上没有对环形匝道的做法有明确的要求,但是部分地方上有出台过文件提到过相关内容。如近期接触的一个山东的高速,搜集了点地方标准,里面就提到了:

准备从几个方面来简单探讨下
不同线形环形匝道上行驶特征
不同线形环形匝道优势
卵形、水滴形的线形组合
圆形、卵形、水滴形的应用
▐ 不同线形环形匝道上行驶特征
► 理想速度变化方式:
对于A型喇叭互通,车辆在入口环形匝道上的理想的行驶方式是随着靠近主线,车速逐渐加快。
最好就是如下方式:沿着箭头持续加速,一直到并入主线:

但实际上是比较困难的,因为中间有小半径圆弧(深蓝色),一般为60m,它的线形指标较前后路段线形的指标差。
► 实际速度变化特征:
车速比较快的车辆减速时通过缓和曲线(运行速度过渡段)并不能把速度降下来,尤其是从主线出口驶出的车辆,一般都要到控制圆曲线的中段,这位置时候速度最低,随后开始加速。
借用一张图看个趋势:是《互通式立体交叉设计原理与应用》中的

上图是对应主线上减速车道的速度变化图,由于车速比较快,到了控制圆中心才把速度降下来,而目前探讨的A型喇叭,车辆是刚从收费站中驶出,速度不会很快,这里假设在控制曲线前即能把速度降下来,在这基础上比较下几种线型组合方式下的车辆速度变化特征。
单圆环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R后能匀速或者缓慢加速通过到D2,随后通过缓和曲线从D2进一步加速进入主线D3,从D1至D3,随着靠近主线,车辆在逐渐加速(不存在减速)。
双圆(卵形)环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R1后能匀速行驶至D2,随后通过缓和曲线D2到D3减速进入圆曲线R2,进入R2后能匀速或者缓慢加速至D4,进一步加速进入主线D5,从D1至D5,随着靠近主线,车辆有先减速再加速的过程。
三圆(水滴形)环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R1后能匀速行驶至D2,随后通过缓和曲线D2到D3减速进入圆曲线R2,进入R2后能匀速或者缓慢加速至D4,随后通过缓和曲线D4到D5加速进入圆曲线R3,进入R3后能匀速或者缓慢加速至D6,再进一步加速进入主线D7,从D1至D7,随着靠近主线,车辆有先减速再加速的过程。
▐ 不同线形环形匝道优势
► 单圆环形匝道:
a.符合入口匝道行驶期望
对于A型单喇叭互通来说,单圆环形匝道的速度变化相对其他两种方式更连续,比较符合入口匝道行驶期望:即随着靠近主线,车速逐渐加快。而双圆(卵形)、三圆(水滴形)均存在减速再加速的过程。
b.用地、规模相对节省
现在基本农田是非常宝贵。这个意会一下,采用一个小的半径的用地肯定比采用小半径+稍大一点的半径的组合起来的用地、规模能节省一点。
由于以上优点,许多早期A型喇叭互通的入口环形匝道采用单圆。
► 双圆(卵形)、三圆(水滴形)环形匝道:
a.能加大出口匝道线形指标,提高安全性
互通设计时需要统筹考虑每条匝道的线形,应使匝道线形和车速相适应。
在喇叭互通中,环形匝道不是孤立的存在,它和出口匝道这条S型曲线是一体的。见下图:

S型曲线的终点所搭接的半径R2是环形匝道的半径R1偏移而来,受制于R1。
(对于出口匝道(S型曲线),由于驶出主线的车辆车速比较高,为了安全,R2、R3需要尽量配置标准高一点的线形指标。)
R1是由环形匝道的设计速度确定。环形匝道的设计速度一般采用40km/h。
(环形匝道设计速度过大,会引起用地面积大量增加,加大投资规模和运营成本。因此环形匝道设计速度一般不大于40km/h。)
查阅规范中规定如下:

所以R1一般会采用60m。有时候会由于地形、用地、规模等限制因素,这个半径还会进一步降低。
当采用单圆时,S型曲线终点直接接这个小半径的圆弧R1偏出的R2,很可能遇到急反转弯,对流出的车辆行驶不利,易发生危险。
所以为了提高流出匝道的安全性,需要加大半径R2,也就需要加大环形匝道的半径R1,自然就增加了互通规模。
这时候,双圆(卵形)、三圆(水滴形)的出现就完美解决了这个问题:
卵形、水滴形把其中第一个大圆半径接流出匝道的S型曲线,保证了流出车辆的安全。用第二个小圆作为环形匝道的控制半径,控制住了互通的规模。
见下图:环形匝道采用卵形,R1为大圆,R2为小圆,而主线流出匝道接的R3是由R1偏移而来,半径指标比环形匝道的控制圆R2大的多。

基于以上原因,现在提倡环形匝道做成卵形、水滴形。本篇开头的图片中一句话就已经总结了,引用下来:
喇叭形互通尽量采用水滴形A型喇叭,利用外环(即水滴中的大圆)较高的指标适应(主线上从)减速车道(驶出的车辆)较高的车速。
▐ 卵形、水滴形的线形组合
一般小圆和大圆之比范围为1:1.5~1:2,比较常见的是采用1:1.5。
大圆和小圆半径不能相差过大,否则车辆行驶到此段时如降速过快,也易发生事故。因越靠近主线,驾驶员期望的是加速而不是减速,所以减速比较困难。
大圆和小圆半径也不能相差过小,否则对另一侧出口匝道线形指标改善有限,就设置意义不大了。
实际设计中,由于40km/h设计速度对应的圆曲线最小半径一般值为60m,所以小圆半径采用60m,大圆半径采用90m,这是比较常见的组合。
▐ 圆形、卵形、水滴形的应用
A型喇叭互通,为了增大出口匝道线形指标,提高安全性,可采用卵形、水滴形,目前卵形的见的比较多。
B型喇叭互通,出口的环形匝道采用水滴形即符合车辆的速度变化,又能增大入口匝道的线型指标,也建议采用水滴形。
而如果采用卵形,要注意大圆和小圆的顺序,是靠近主线一侧采用大圆(这个和A型喇叭的卵形的大小圆顺序是相反的),因为为了行车安全,规范对靠近分流鼻位置的曲率半径有要求,采用大圆能增大曲率半径。
还有一些其他采用环形匝道的互通,如苜蓿叶互通,并不像喇叭互通那样环形匝道的半径控制着另一条出口匝道的线形。所以如果环形半径R能达到一般值60m,采用单圆和水滴都可以,个人设计的话还是比较倾向于单圆,因为方便嘛,如果给人家咨询……那提一下也可以,改不改看人家心情。
如果R比较小,采用50m甚至更小,个人还是觉得从安全上来讲采用水滴形比较合适,毕竟环形匝道的一头是主线的入口,但另外一头可是被交路的出口,速度也还是比较快的,采用水滴线形能比较适应车速的变化。
▐ 结语
春节假期即将结束,新的一年开始了。给各位朋友拜个晚年,祝大家牛年牛气冲天。
对于A型喇叭的环形匝道,比较常见的做法有:采用单圆、采用双圆(卵形)、三圆(水滴形)。
在规范上没有对环形匝道的做法有明确的要求,但是部分地方上有出台过文件提到过相关内容。如近期接触的一个山东的高速,搜集了点地方标准,里面就提到了:

准备从几个方面来简单探讨下
不同线形环形匝道上行驶特征
不同线形环形匝道优势
卵形、水滴形的线形组合
圆形、卵形、水滴形的应用
▐ 不同线形环形匝道上行驶特征
► 理想速度变化方式:
对于A型喇叭互通,车辆在入口环形匝道上的理想的行驶方式是随着靠近主线,车速逐渐加快。
最好就是如下方式:沿着箭头持续加速,一直到并入主线:

但实际上是比较困难的,因为中间有小半径圆弧(深蓝色),一般为60m,它的线形指标较前后路段线形的指标差。
► 实际速度变化特征:
车速比较快的车辆减速时通过缓和曲线(运行速度过渡段)并不能把速度降下来,尤其是从主线出口驶出的车辆,一般都要到控制圆曲线的中段,这位置时候速度最低,随后开始加速。
借用一张图看个趋势:是《互通式立体交叉设计原理与应用》中的

上图是对应主线上减速车道的速度变化图,由于车速比较快,到了控制圆中心才把速度降下来,而目前探讨的A型喇叭,车辆是刚从收费站中驶出,速度不会很快,这里假设在控制曲线前即能把速度降下来,在这基础上比较下几种线型组合方式下的车辆速度变化特征。
单圆环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R后能匀速或者缓慢加速通过到D2,随后通过缓和曲线从D2进一步加速进入主线D3,从D1至D3,随着靠近主线,车辆在逐渐加速(不存在减速)。
双圆(卵形)环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R1后能匀速行驶至D2,随后通过缓和曲线D2到D3减速进入圆曲线R2,进入R2后能匀速或者缓慢加速至D4,进一步加速进入主线D5,从D1至D5,随着靠近主线,车辆有先减速再加速的过程。
三圆(水滴形)环形匝道:

车辆行驶至D1,即环形匝道圆曲线R1后能匀速行驶至D2,随后通过缓和曲线D2到D3减速进入圆曲线R2,进入R2后能匀速或者缓慢加速至D4,随后通过缓和曲线D4到D5加速进入圆曲线R3,进入R3后能匀速或者缓慢加速至D6,再进一步加速进入主线D7,从D1至D7,随着靠近主线,车辆有先减速再加速的过程。
▐ 不同线形环形匝道优势
► 单圆环形匝道:
a.符合入口匝道行驶期望
对于A型单喇叭互通来说,单圆环形匝道的速度变化相对其他两种方式更连续,比较符合入口匝道行驶期望:即随着靠近主线,车速逐渐加快。而双圆(卵形)、三圆(水滴形)均存在减速再加速的过程。
b.用地、规模相对节省
现在基本农田是非常宝贵。这个意会一下,采用一个小的半径的用地肯定比采用小半径+稍大一点的半径的组合起来的用地、规模能节省一点。
由于以上优点,许多早期A型喇叭互通的入口环形匝道采用单圆。
► 双圆(卵形)、三圆(水滴形)环形匝道:
a.能加大出口匝道线形指标,提高安全性
互通设计时需要统筹考虑每条匝道的线形,应使匝道线形和车速相适应。
在喇叭互通中,环形匝道不是孤立的存在,它和出口匝道这条S型曲线是一体的。见下图:

S型曲线的终点所搭接的半径R2是环形匝道的半径R1偏移而来,受制于R1。
(对于出口匝道(S型曲线),由于驶出主线的车辆车速比较高,为了安全,R2、R3需要尽量配置标准高一点的线形指标。)
R1是由环形匝道的设计速度确定。环形匝道的设计速度一般采用40km/h。
(环形匝道设计速度过大,会引起用地面积大量增加,加大投资规模和运营成本。因此环形匝道设计速度一般不大于40km/h。)
查阅规范中规定如下:

所以R1一般会采用60m。有时候会由于地形、用地、规模等限制因素,这个半径还会进一步降低。
当采用单圆时,S型曲线终点直接接这个小半径的圆弧R1偏出的R2,很可能遇到急反转弯,对流出的车辆行驶不利,易发生危险。
所以为了提高流出匝道的安全性,需要加大半径R2,也就需要加大环形匝道的半径R1,自然就增加了互通规模。
这时候,双圆(卵形)、三圆(水滴形)的出现就完美解决了这个问题:
卵形、水滴形把其中第一个大圆半径接流出匝道的S型曲线,保证了流出车辆的安全。用第二个小圆作为环形匝道的控制半径,控制住了互通的规模。
见下图:环形匝道采用卵形,R1为大圆,R2为小圆,而主线流出匝道接的R3是由R1偏移而来,半径指标比环形匝道的控制圆R2大的多。

基于以上原因,现在提倡环形匝道做成卵形、水滴形。本篇开头的图片中一句话就已经总结了,引用下来:
喇叭形互通尽量采用水滴形A型喇叭,利用外环(即水滴中的大圆)较高的指标适应(主线上从)减速车道(驶出的车辆)较高的车速。
▐ 卵形、水滴形的线形组合
一般小圆和大圆之比范围为1:1.5~1:2,比较常见的是采用1:1.5。
大圆和小圆半径不能相差过大,否则车辆行驶到此段时如降速过快,也易发生事故。因越靠近主线,驾驶员期望的是加速而不是减速,所以减速比较困难。
大圆和小圆半径也不能相差过小,否则对另一侧出口匝道线形指标改善有限,就设置意义不大了。
实际设计中,由于40km/h设计速度对应的圆曲线最小半径一般值为60m,所以小圆半径采用60m,大圆半径采用90m,这是比较常见的组合。
▐ 圆形、卵形、水滴形的应用
A型喇叭互通,为了增大出口匝道线形指标,提高安全性,可采用卵形、水滴形,目前卵形的见的比较多。
B型喇叭互通,出口的环形匝道采用水滴形即符合车辆的速度变化,又能增大入口匝道的线型指标,也建议采用水滴形。
而如果采用卵形,要注意大圆和小圆的顺序,是靠近主线一侧采用大圆(这个和A型喇叭的卵形的大小圆顺序是相反的),因为为了行车安全,规范对靠近分流鼻位置的曲率半径有要求,采用大圆能增大曲率半径。
还有一些其他采用环形匝道的互通,如苜蓿叶互通,并不像喇叭互通那样环形匝道的半径控制着另一条出口匝道的线形。所以如果环形半径R能达到一般值60m,采用单圆和水滴都可以,个人设计的话还是比较倾向于单圆,因为方便嘛,如果给人家咨询……那提一下也可以,改不改看人家心情。
如果R比较小,采用50m甚至更小,个人还是觉得从安全上来讲采用水滴形比较合适,毕竟环形匝道的一头是主线的入口,但另外一头可是被交路的出口,速度也还是比较快的,采用水滴线形能比较适应车速的变化。
▐ 结语
春节假期即将结束,新的一年开始了。给各位朋友拜个晚年,祝大家牛年牛气冲天。