樞紐互通式立交改建方案優(yōu)化

周 道

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

互通式立交是高速公路上不可或缺的組成部分，是高速公路間交通轉(zhuǎn)換的樞紐，車輛出入高速公路、連接地方道路、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)的門戶。樞紐互通式立交更是高速公路之間實(shí)現(xiàn)交通便捷轉(zhuǎn)換功能的承擔(dān)者，其特點(diǎn)是交通量大，匝道一般采用直連式或半直連式，造價(jià)相應(yīng)較高，對(duì)周圍環(huán)境影響也較大。

樞紐互通式立交設(shè)計(jì)的合理與否關(guān)系到立交本身以及整條高速公路的通行能力能否達(dá)到要求，因此必須慎重。一座互通式立交型式的確定，往往是一個(gè)漸進(jìn)的過程，只有不斷地對(duì)影響因素進(jìn)行深入的分析研究，協(xié)調(diào)各方面因素，才能不斷優(yōu)化，找出經(jīng)濟(jì)、合理、快捷、安全的方案。

1 祥云寺樞紐互通式立交概況

1.1 項(xiàng)目概況

為加快區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐，加強(qiáng)與開封、商丘等區(qū)域的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，推動(dòng)沿線資源開發(fā)利用及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，尤其為了促進(jìn)河南省民航事業(yè)的發(fā)展，確定修建鄭州至民權(quán)高速公路（以下簡(jiǎn)稱“鄭民高速”）。該項(xiàng)目起點(diǎn)位于京港澳高速公路與鄭州西南繞城高速公路交匯處，終點(diǎn)位于民權(quán)縣東南部的龍?zhí)伶?zhèn)與連霍高速公路相接處，構(gòu)成區(qū)域內(nèi)連霍高速公路復(fù)線，項(xiàng)目地理位置如圖1所示。

圖1 鄭民高速（一期）路線地理位置圖

1.2 祥云寺樞紐互通式立交方案現(xiàn)狀

祥云寺樞紐互通式立交位于中牟縣謝莊鎮(zhèn)黃商村西南約300m處，是鄭州繞城高速公路與京港澳高速公路相交叉的樞紐轉(zhuǎn)換立交。交叉處京港澳高速公路和鄭州繞城高速公路的設(shè)計(jì)車速均為120km/h，路基寬度為35m，雙向6車道。

祥云寺樞紐互通式立交于2005年8月12日建成通車，為T形半定向互通立交，匝道設(shè)計(jì)車速為80km/h，最小平曲線半徑為280m，最大縱坡為4%，均為單向雙車道匝道和雙車道出入口設(shè)計(jì)。祥云寺樞紐互通式立交現(xiàn)狀如圖2所示，目前運(yùn)營(yíng)狀況良好。

圖2 祥云寺樞紐互通式立交現(xiàn)狀

鄭州西南繞城高速公路實(shí)施時(shí)，祥云寺互通式立交是按丁字交叉的樞紐互通進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)的，在立交方案的選定和匝道的布設(shè)時(shí)沒有考慮鄭州繞城高速公路向東延伸的需要。根據(jù)河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃，鄭州至民權(quán)高速公路起點(diǎn)與該互通式立交相連接，該互通式立交需改造成連接三條高速公路的十字交叉形樞紐互通式立交。

1.3 轉(zhuǎn)彎交通量

根據(jù)可研報(bào)告對(duì)鄭民高速公路鄭州段交通量的分析計(jì)算，祥云寺互通處的轉(zhuǎn)向交通量分布如圖3所示。

圖3 祥云寺樞紐轉(zhuǎn)向交通量分布圖

2 原設(shè)計(jì)方案及其優(yōu)化

設(shè)計(jì)部門提供的最初設(shè)計(jì)方案是主線接鄭州繞城高速向東，選擇由西向北匝道高架橋的北側(cè)上跨京港澳高速和匝道，見圖4。在充分利用現(xiàn)有匝道橋梁的前提下，對(duì)原有的4條匝道進(jìn)行改建、并新建4條匝道，組成全互通的半定向十字交叉樞紐立交。匝道設(shè)計(jì)車速為60km/h，最小平曲線半徑為160m，最大縱坡采用4%。主線范圍為K-2+910.529～K2+000。

圖4 原設(shè)計(jì)方案

在施工圖審查期間，針對(duì)該互通設(shè)計(jì)方案提出了局部?jī)?yōu)化建議。建議調(diào)整匝道縱坡，合理確定起橋高度，以減小橋長(zhǎng)。建議主線橋臺(tái)高度按8m控制，主線橋長(zhǎng)可減短120m，A匝道跨D匝道縱坡由3.6%調(diào)整為4%，匝道橋臺(tái)高度按10m控制，A匝道橋長(zhǎng)可減短200m，D匝道橋長(zhǎng)可減短100m?？偼顿Y估計(jì)約27 919萬元，可節(jié)約1 442萬元。

3 方案優(yōu)化原則

經(jīng)過縱坡優(yōu)化調(diào)整的立交方案雖然縮短了橋梁長(zhǎng)度、降低了工程造價(jià)，但該平面布置中存在鄭民高速主線線形指標(biāo)低、橋梁高度高等缺點(diǎn)。受項(xiàng)目業(yè)主的委托，在仔細(xì)核查現(xiàn)有祥云寺互通的控制因素，結(jié)合區(qū)域地形、地物特點(diǎn)，針對(duì)該立交施工圖設(shè)計(jì)方案（見圖4），制定了以下三個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。

（1）保證功能：滿足樞紐互通式立交交通轉(zhuǎn)換功能，確保京港澳高速、西南繞城高速、鄭民高速交通流的順利轉(zhuǎn)換。

（2）最大限度地利用現(xiàn)有工程：充分利用已建成的立交匝道，減少現(xiàn)有工程的廢棄和過多拆遷，以免造成不良的社會(huì)影響，且利于建設(shè)期的保通。

（3）降低造價(jià)：在滿足遠(yuǎn)景交通量的同時(shí)，盡可能靈活運(yùn)用指標(biāo)，以壓縮規(guī)模、節(jié)約占地、減少拆遷、降低投資。

4 優(yōu)化方案論證

4.1 優(yōu)化方案

4.1.1 方案一

（1）優(yōu)化思路：現(xiàn)有方案跨越已有的匝道位置較高，從位于最高層的匝道上跨越，導(dǎo)致主線路基較高，橋長(zhǎng)較長(zhǎng)。故應(yīng)考慮盡可能從現(xiàn)有匝道的低處跨越京港澳高速和匝道，以縮短主線橋長(zhǎng)。

（2）方法措施：主線南移，在立交南側(cè)二層匝道橋附近上跨現(xiàn)有由南向西的匝道。充分利用原有匝道橋，其他匝道依主線緊湊布設(shè)，見圖5。

（3）優(yōu)化成果：主線橋長(zhǎng)減少150m、匝道橋長(zhǎng)增加257m；匝道總長(zhǎng)減短1 525m；占地減少57畝?？偼顿Y估計(jì)約26 150萬元，可節(jié)約1 769萬元。

圖5 方案一

4.1.2 方案二

（1）優(yōu)化思路：主線走低，降低新修匝道橋高度，減少主線及匝道橋長(zhǎng)。

（2）方法措施：主線下穿京港澳和現(xiàn)有匝道，充分利用現(xiàn)有匝道橋，其他匝道依主線緊湊布設(shè)，見圖6。

（3）優(yōu)化成果：節(jié)省原主線跨線橋1 058m，增加匝道橋333m；減短匝道總長(zhǎng)1 204m；在京港澳交叉處增設(shè)2×14m箱涵，涵長(zhǎng)50m；兩側(cè)各修U形槽395m，連接下穿引道150m，常水位下設(shè)抗拔樁5 292m，設(shè)自動(dòng)抽水泵站1座，節(jié)約占地36畝?？偼顿Y估計(jì)約20 369萬元，可節(jié)約7 550萬元。

該方案對(duì)京港澳的保通有一定壓力，運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較大（泵站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用及污水處理費(fèi)用），且存在著一定的排水風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，下穿EK0+940處匝道橋梁基樁會(huì)損失4m受力區(qū)間，需進(jìn)行驗(yàn)算加固。

圖6 方案二

4.1.3 方案三

（1）優(yōu)化思路：隨低就高跨京港澳高速，下穿較高的匝道。

（2）方法措施：主線上跨京港澳高速、下穿E匝道橋，見圖7。

（3）優(yōu)化成果：主線橋長(zhǎng)增長(zhǎng)9m，匝道橋長(zhǎng)增加474m；匝道總長(zhǎng)減短399m；占地增加73畝?？偼顿Y估計(jì)約29 405萬元，將增加1 486萬元。由于受現(xiàn)有京港澳高速與E匝道高差及距離的制約，上跨京港澳的凈空不能滿足5.5m這一地方標(biāo)準(zhǔn)要求，但可滿足5m這一國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7 方案三

4.2 方案比選

經(jīng)對(duì)上述優(yōu)化方案進(jìn)行了控制性平面和縱面設(shè)計(jì)，下面對(duì)主線及匝道縱坡線形、匝道總長(zhǎng)度、匝道橋總長(zhǎng)度及面積、互通占地等工程量和建安費(fèi)投資進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。

表1 方案比較表

4.3 比選結(jié)論

綜合各方面因素，方案一在鄭民高速主線縱坡、橋梁面積、占用土地等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，因此推薦采用方案一。

5 結(jié)語

鄭民高速與京港澳高速、鄭州西南繞城高速間的祥云寺互通式立交已經(jīng)按照優(yōu)化方案一建成通車，目前運(yùn)行狀況良好，方案優(yōu)化達(dá)到了預(yù)期的效果，獲得了業(yè)主和有關(guān)部門的肯定。

祥云寺樞紐互通式立交的改建方案，是高速公路路網(wǎng)規(guī)劃不斷調(diào)整階段中的一個(gè)比較具有代表性的例子，筆者對(duì)該立交改建方案的優(yōu)化過程和方法進(jìn)行了介紹，希望能為今后的類似立交設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

[1] 交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] 張廷楷，張金水.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[3] 高速公路叢書編委會(huì).高速公路立交工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]JTG B01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]JTG D20—2006，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].