山區(qū)已通車高速公路增設(shè)互通立交方案研究
——以G65 包茂高速渝湘段土坎互通為例

曾 敏

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，重慶 401121)

1 項目背景

武隆地處重慶市東南部烏江下游， 武陵山和大婁山的峽谷地帶，重慶外環(huán)經(jīng)濟(jì)帶，是重慶主要的旅游目的地之一，距重慶主城137km。G65 包茂高速公路渝湘段橫貫全境，是武隆重要的對外連接大通道。

武隆旅游資源得天獨厚，十分豐富，有仙女山、天生三橋、天坑地縫、芙蓉洞等開發(fā)成熟景區(qū)。 年游客接待量已突破3200 萬人次，但受交通發(fā)展落后的制約，包茂高速武隆境內(nèi)僅設(shè)有白馬互通和武隆互通， 二者間距為27.8km，主要交通量均需通過現(xiàn)有的武隆互通轉(zhuǎn)換，旅游高峰期武仙路服務(wù)水平不足，導(dǎo)致長期擁堵，車輛倒灌至高速公路，影響國家主干高速公路交通，因此，在包茂高速適當(dāng)位置增設(shè)互通立交可有效利用在建的土坎烏江大橋和已經(jīng)建成的巷雙公路， 與現(xiàn)有的武仙路一起形成仙女山旅游環(huán)線，可為武隆互通分流約48%，能有效緩解武隆互通、武仙路交通擁堵狀況，極大改善武隆旅游環(huán)境，促進(jìn)武隆旅游事業(yè)的快速發(fā)展。

2 項目選址

項目擬建于G65 包茂高速公路既有白馬互通與武隆互通之間，位于隧道群路段，從武隆互通與白馬互通之間從武隆往重慶方向主要構(gòu)造物見表1：

經(jīng)過對主線既有構(gòu)造物分析， 只有黃草嶺隧道與大灣隧道之間有1307m 路基和普通橋梁，其余隧道之間距離均較短，且離土坎較遠(yuǎn)，互通立交位置比較唯一。 即設(shè)在黃草嶺隧道與大灣隧道之間(建設(shè)樁號K16+715～K18+022，運營里程K1716+546.215～K1715+239.215)。

表1 武隆白馬互通至武隆互通段主要構(gòu)造物表

3 建設(shè)條件

3.1 主線平縱面技術(shù)指標(biāo)分析

包茂高速渝湘段為雙向四車道高速公路， 設(shè)計速度為80km/h，路基寬度為24.5m，擬建位置主線平面最小半徑2350m，最大縱坡1.45%，平縱技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)互通立交的一般最小值要求。

增設(shè)土坎互通立交距離已有的白馬互通立交17.4km，距離已有的武隆互通立交10.4km(見圖1)。

圖1 擬建互通位置示意圖

3.2 交通量及匝道寬度的確定

根據(jù)《工可報告》中交通量預(yù)測分析，擬建土坎互通立交各特征年份車型的交通量分布如圖2 所示。 圖中交通量數(shù)據(jù)均參照公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTGB01-2014)規(guī)定的車輛折算系數(shù)折算為小客車。 單位：輛/日(小客車)，括號內(nèi)數(shù)據(jù)為小時交通量。 可以看出：重慶-土坎方向為主流方向，武隆-土坎為次流方向。

圖2 土坎互通交通量預(yù)測圖

根據(jù) 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)、《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》(JTG/T D21-2014)， 互通式立體交叉的通行能力由匝道、 匝道出入口端部和交織區(qū)的通行能力等確定。 同時，互通式立體交叉的匝道設(shè)置收費站時，其匝道通行能力由該收費站的通行能力所決定。

根據(jù)交通量預(yù)測值并經(jīng)計算，根據(jù)《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》(JTG/T D21-2014)7.2.2 條規(guī)定，互通立交單向單車道匝道路基寬采用9.0m (0.75m 土路肩+1.0m 硬路肩+3.5m 行車道+3.0m 硬路肩+0.75m 土路肩)，對向分隔式雙車道匝道路基寬度采用16.5m (0.75m 土路肩+3.0m 硬路肩+3.5m 行車道+2.0m 分隔帶+3.5m 行車道+3.0m 硬路肩+0.75m 土路肩)，加、減速車道采用單車道，能夠滿足最大性價比的要求。

3.3 現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件

互通區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌， 微地貌屬于斜坡陡坡地貌。 斜坡呈下陡上緩，局部有小型流水溝槽，互通區(qū)斜坡主要以耕地為主， 局部為樹林。 斜坡坡度一般為27～33°，局部為陡坎。高速公路下方為斜坡平臺，地形相對較平緩，坡度一般為15～25°。 互通區(qū)最高點位于互通區(qū)西南側(cè)， 高程為375.51m， 最低點位于互通區(qū)東側(cè)， 國道G319 區(qū)域高程為215.55m，相對高差為159.96，地形起伏較大。

擬建互通區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為順向坡、 崩塌、滑坡，主要控制因素還有坡頂棄土場(見圖3)。

滑坡位于包茂高速ZK16+900～ZK17+180 段，即擬建互通東南側(cè)。 該滑坡為包茂高速施工時切坡開挖誘發(fā)斜坡堆積體變形而形成，長490m，寬約400m，為順長式堆積體， 面積約0.15km2， 平均厚度25m， 體積約3.75×106m3，為一土質(zhì)淺層工程滑坡，高速公路建設(shè)時該滑坡已治理。 但增設(shè)互通可能對其產(chǎn)生擾動。

順向邊坡位于互通區(qū)北東側(cè)， 該處第四系土層覆蓋薄， 主要為基巖出露， 巖性為志留系下統(tǒng)羅惹坪組一段(S1lr1)頁巖，該處巖層產(chǎn)狀為90o∠31°。 且由于地形地貌限制，原高速公路棄土場位于擬建區(qū)邊坡上方，增設(shè)互通必然對其開挖，導(dǎo)致臨空，極易發(fā)生邊坡失穩(wěn)。

已建成高速公路東側(cè)存在大面積崩塌，其厚度較大，本次勘察揭露最大厚度13.60m，據(jù)《武隆至水江段第B4合同段ZK16+920～ZK17+140 段路塹邊坡應(yīng)急施工勘察報告》中揭露該段崩坡積體厚度最大達(dá)38.2m。

圖3 擬建互通區(qū)地形、地質(zhì)平面圖

4 設(shè)計思路及原則

基于上述地形、地物、地質(zhì)、環(huán)境條件等復(fù)雜因素，綜合路網(wǎng)情況、交叉道路情況、交通量、交通組成、收費制式、投資、用地以及其他因素，本次增設(shè)的土坎互通遵循以下設(shè)計思路和原則：

4.1 功能性

互通立交的規(guī)模與匝道設(shè)計速度有著直接聯(lián)系，設(shè)計速度越大，平面半徑越大，占地和投資也會增加，在設(shè)計中做到主次分明，在確保主線交通的前提下，力求行車路線方向明確，路線短捷，使車輛行駛快速、順暢，通行能力足夠，滿足遠(yuǎn)景設(shè)計年限交通需求，本項目是典型的山區(qū)單面坡地形，宜采用較低的匝道設(shè)計速度。

4.2 安全性

運用運行速度指導(dǎo)線形設(shè)計， 充分考慮汽車在互通立交區(qū)行駛速度不斷變化的特點， 本項目高速公路與出口G319 接線高差達(dá)73m，因此在緊湊的單面坡上展線應(yīng)合理掌握技術(shù)指標(biāo)，路線平、縱、橫設(shè)計中應(yīng)盡可能照顧重車，考慮重車的安全性，也要考慮與地形、地質(zhì)的協(xié)調(diào)性；互通范圍保證足夠的視距；堅持標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的嚴(yán)肅性，不隨意降低技術(shù)指標(biāo)，以避免形成行車安全隱患。

4.3 經(jīng)濟(jì)性

立交方案的布設(shè)力求工程規(guī)模小、投資少、征地拆遷少；車輛行駛的油耗、輪耗和車損?。火B(yǎng)護(hù)和運營管理費用、全壽命周期成本低。

4.4 適應(yīng)性

由于本項目為已通車高速公路增設(shè)互通立交， 首先應(yīng)充分考慮主線條件、地形、地物條件、環(huán)境條件，因地制宜，與地形地質(zhì)充分協(xié)調(diào)，減少擾動，降低建設(shè)風(fēng)險；其次應(yīng)考慮施工期間的交通組織盡可能減小對主線的行車干擾，盡量利用高架橋梁布設(shè)下穿匝道，此條是土坎互通方案選擇的重點，同時也是難點。

4.5 重視方案比選

立交方案的比選應(yīng)綜合考慮功能、安全、工程規(guī)模、造價、環(huán)境影響等多方面因此。具體比選方式上應(yīng)針對不同的位置、不同的交叉方式、不同的立交選型、不同的布設(shè)方案等進(jìn)行比較， 同時還應(yīng)對立交的工程方案進(jìn)行比選，如順層路段強(qiáng)路基支擋方案與橋梁方案的比選、深挖方與隧道方案的比選等。

5 方案研究

根據(jù)工可對擬建互通交通流量分布的預(yù)測， 互通方案的選定應(yīng)保證主流方向匝道采用較高的平、 縱線形技術(shù)指標(biāo)；本互通立交的交通主流方向為重慶方向，結(jié)合現(xiàn)場地形、 地質(zhì)條件情況設(shè)置以下三個互通方案作同精度比較：

5.1 增設(shè)互通方案一

采用迂回式互通立交方案， 根據(jù)地形條件匝道利用馬溪河大橋與新屋基大橋下穿高速公路。 重慶至土坎方向匝道(即B 匝道)利用新屋基大橋上跨高速公路；土坎至武隆方向匝道(即A 匝道)利用馬溪河大橋下穿高速公路后與高速公路相接；土坎至重慶方向匝道(即C 匝道)先與A 匝道并行利用馬溪河大橋下穿高速公路后與A匝道分離后與B 匝道并行，再利用新屋基大橋上跨高速公路，然后再與高速公路相接。

本方案的設(shè)置避免了對已治理的滑坡體的擾動，同時減小了高速公路左側(cè)路塹開挖邊坡。 匝道最小平曲線半徑50m，最大縱坡5.0%。

圖4 方案一平面布置圖

方案一優(yōu)點：

互通匝道線形指標(biāo)較高，行車舒適感強(qiáng)；相比方案二挖方高度更小、對坡頂棄土場影響小。

方案一缺點：

挖方邊坡高度達(dá)到48m (且邊坡上方有高速公路原棄土場)，挖方工程量大，安全風(fēng)險較高；匝道與高速公路平行路段長且兩次上跨高速公路， 施工上垮橋期間需搭架，對高速公路干擾較多，運營影響較大；占用土地較多。

5.2 增設(shè)互通方案二

考慮到方案一挖方路段長，開挖工程量大，F(xiàn) 匝道橋梁位于都斜坡上，規(guī)模大施工困難，提出了減小次要方向匝道半徑， 采用A 形單喇叭互通立交方案， 環(huán)形匝道A匝道平曲線半徑減小至35m。

加、減速車道均采用單車道出入，加速車道采用平行式，其長度不小于180m，加速車道漸變段長采用70m；減速車道采用直接式，其長度不小于110m，減速車道漸變段長采用80m。

圖5 方案二平面布置圖

方案二優(yōu)點：

土石方量較方案一少約30 萬m3， 相對方案三無隧道，后期運營維護(hù)成本較低。

方案二缺點：

平曲線技術(shù)指標(biāo)較低，挖方邊坡較高，最高邊坡達(dá)到64m，支擋費用高，挖方坡口已臨近坡頂棄土場坡腳，可能導(dǎo)致棄土場不穩(wěn)定，影響匝道及高速公路行車安全，施工風(fēng)險大。

5.3 增設(shè)互通方案三

考慮到方案二挖方邊坡高， 在運營的高速公路上方開挖土石方對高速公路運營影響較大， 存在較大的安全風(fēng)險，因此在方案二的基礎(chǔ)上提出了A、B 匝道采用隧道形式通過的互通立交方案；采用隧道后，A、B 匝道利用已有的新屋基大橋下穿高速公路； 環(huán)形匝道最小平曲線半徑42.5m。 A 匝道隧道長194m，B 匝道隧道長326m。

圖6 方案三平面布置圖

方案三優(yōu)點：

原高陡挖方邊坡改以隧道方式通過，避免深挖方，降低了引發(fā)邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險，A、B 匝道均以下穿方式穿越高速，匝道與高速公路干擾段短，施工期間對高速公路運營影響較小，利于交通組織；匝道利用高速公路既有橋梁下穿， 施工期間對高速公路運營影響較??； 土地占用最少。

方案三缺點：

造價相對方案二更高，有520m 隧道，后期運營養(yǎng)護(hù)成本相對其他方案較高。

5.4 方案比較

3 種方案的比較結(jié)果如表2 所示。

經(jīng)過對上述三個互通立交方案進(jìn)行同深度技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后得出以下結(jié)論：

(1)方案一平面線形指標(biāo)較方案二高，主流方向技術(shù)指標(biāo)較高，行車舒適感強(qiáng)。

(2)方案二無隧道，運營期養(yǎng)護(hù)費用少，造價最低。

(3)方案三挖方邊坡較低，特別是臨近高速公路段挖方，采用隧道方案有效避免了順層深挖方，大大降低了邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險以及施工期間對高速公路的干擾； 在環(huán)境保護(hù)及節(jié)約占地方面更占優(yōu)勢。

(4)方案三匝道下穿高速公路既有橋梁，施工期間對高速公路運營影響最小，且墩高較低。

(5)方案三土石方較其他方案大大減小。

綜上所述，從互通立交功能、安全、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后，把方案三作為推薦方案。

表2 各方案主要技術(shù)及規(guī)模比較表

6 結(jié)語

本項目互通區(qū)域地形復(fù)雜，地質(zhì)非常脆弱，受工程開挖影響非常大，互通立交布設(shè)基于自然生態(tài)保護(hù)、綠色公路設(shè)計的理念，通過環(huán)境影響分析，盡量避免大填大挖，減少人為邊坡、對植被的破壞，推薦采用隧道方案代替高陡邊坡，減少對現(xiàn)狀不良地質(zhì)的擾動，降低施工風(fēng)險。

綜上所述： 山區(qū)已通車互通立交的增設(shè)應(yīng)全方位對比和考量地形、地質(zhì)、交通干擾、環(huán)境影響、安全風(fēng)險等因素后確定最佳方案。