長(zhǎng)沙繞城高速公路入口立交節(jié)點(diǎn)方案研究*

陳勖， 陳明， 楊保興

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司， 上海 200125)

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，大部分已建成繞城高速公路逐漸進(jìn)入城市范圍內(nèi)，產(chǎn)生了將高速公路融入市政道路網(wǎng)的需求。但由于高速公路全封閉的特殊性，與城市道路相交時(shí)節(jié)點(diǎn)需采用立交形式，實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)交通轉(zhuǎn)換，并在“高改快”后為快速路與主干路互通預(yù)留位置。

潭州大道即原坪塘大道南延段是湖南長(zhǎng)沙湘江新區(qū)岳麓片區(qū)坪浦組團(tuán)內(nèi)一條重要的南北向交通大動(dòng)脈，主要承擔(dān)中、遠(yuǎn)距離過(guò)境交通功能，同時(shí)兼顧道路沿線部分集散、服務(wù)交通功能。繞城高速公路入口優(yōu)化工程作為整個(gè)潭州大道快速化改造的一段，包含潭州大道-繞城高速公路(三環(huán)線)立交，是連接繞城高速公路及潭州大道的重要交通節(jié)點(diǎn)，是快速路網(wǎng)、高速路網(wǎng)融合的關(guān)鍵工程，其區(qū)位和交通重要性不言而喻。該文以長(zhǎng)沙潭州大道-繞城高速公路(三環(huán)線)立交為例，基于節(jié)點(diǎn)周邊的現(xiàn)狀和交通需求，綜合多方面因素對(duì)節(jié)點(diǎn)立交形式選擇進(jìn)行剖析，通過(guò)幾種立交方案比較得出最優(yōu)方案。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

長(zhǎng)沙繞城高速公路入口優(yōu)化工程是潭州大道快速化改造中的一段，位于湖南湘江新區(qū)洋湖片區(qū)及大王山片區(qū)，北起洋湖立交，南至蓮坪大道。潭州大道改造樁號(hào)范圍為K0+006.65—K2+465.91，路線長(zhǎng)2.459 km。主路采用高架形式敷設(shè)，規(guī)劃綠線寬75 m，標(biāo)準(zhǔn)段車道規(guī)模為主路雙向六車道、輔路雙向六車道。

全線設(shè)置1處樞紐立交即潭州大道-繞城高速公路(三環(huán)線)立交，被交道路(繞城高速公路)改造范圍為K0+655—K2+355，路線長(zhǎng)1.7 km。設(shè)置2對(duì)落地匝道即洋湖落地匝道及蓮坪大道落地匝道。其中：洋湖落地匝道在連塘路以南落地，銜接連塘路，在三環(huán)線以北接入潭州大道主路高架；蓮坪大道落地匝道在蓮坪大道以北落地，銜接蓮坪大道，在藍(lán)山路以北接入潭州大道主路高架。工程地理位置見圖1。

圖1 工程地理位置示意圖

1.2 主要功能定位

1.2.1 繞城高速公路出入口工程功能定位

長(zhǎng)沙大河西先導(dǎo)區(qū)的大王山旅游度假區(qū)定位為具有影響力的旅游度假區(qū)及山水洲融合的綠色新城。長(zhǎng)沙繞城高速公路入口優(yōu)化工程位于繞城高速公路以南、坪塘大道以西、聯(lián)江路以北，作為大王山片區(qū)交通提質(zhì)及停車設(shè)施配套項(xiàng)目，其聯(lián)系內(nèi)外交通并連接路網(wǎng)，可使片區(qū)內(nèi)部交通流駛向高速公路實(shí)現(xiàn)快速紓解，緩解內(nèi)部交通壓力。

1.2.2 潭州大道快速路功能定位

(1) 主路系統(tǒng)功能定位及服務(wù)對(duì)象。1) 與城市空間結(jié)構(gòu)及功能布局的關(guān)系。促進(jìn)長(zhǎng)、株、潭一體化發(fā)展，構(gòu)筑連接湘潭、株洲的快速通道；長(zhǎng)沙市湘江綜合服務(wù)軸的主要交通承載；湘江新區(qū)內(nèi)部重要南北向軸線，聯(lián)系湘江新區(qū)內(nèi)部組團(tuán)(見圖2)。2) 與綜合交通系統(tǒng)及快速路網(wǎng)的關(guān)系。為長(zhǎng)沙市快速路網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。3) 與交通走廊的關(guān)系。為大王山旅游度假區(qū)重要南北向通道；位于大王山旅游度假區(qū)發(fā)展主軸上，串聯(lián)度假區(qū)主要景點(diǎn)及交通樞紐。4) 與交通需求的關(guān)系。為大王山旅游區(qū)主要對(duì)外聯(lián)系通道，服務(wù)市區(qū)內(nèi)主要交通樞紐轉(zhuǎn)換的交通需求。主路系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象為機(jī)動(dòng)車專用，以客運(yùn)交通為主，兼顧小型貨運(yùn)交通，不服務(wù)大、中型貨運(yùn)交通。

圖2 潭州大道與長(zhǎng)、株、潭城市群的關(guān)系

(2) 輔路系統(tǒng)功能定位及服務(wù)對(duì)象。服務(wù)沿線區(qū)域的到發(fā)交通；集散快速路系統(tǒng)的出入交通；為公共交通的重要走廊，承擔(dān)主要慢行交通服務(wù)；承擔(dān)主要貨運(yùn)交通運(yùn)輸和集散功能。輔路系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象以機(jī)動(dòng)車為主，兼顧非機(jī)動(dòng)車和行人。以小汽車客運(yùn)為主、公共交通為輔，兼顧集散及生活性貨運(yùn)交通。

2 交通分析

2.1 交通量分析

交通量大小與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民生活水平、地理位置和氣候等因素有關(guān)，隨著空間的不同和時(shí)間的差異而變化。研究交通量的變化規(guī)律，對(duì)于進(jìn)行交通規(guī)劃、交通管理、交通設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)方案比選、經(jīng)濟(jì)分析及交通控制與安全均具有重要意義。

對(duì)繞城高速公路(三環(huán)線)節(jié)點(diǎn)2040年遠(yuǎn)期交通量進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)，節(jié)點(diǎn)處各轉(zhuǎn)向交通量預(yù)測(cè)結(jié)果見表1。

表1 繞城高速公路(三環(huán)線)節(jié)點(diǎn)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果

由表1可知：該節(jié)點(diǎn)2040年遠(yuǎn)期高峰小時(shí)總流量為14 942 pcu/h，其中直行交通占交叉口總流量的64.53%，轉(zhuǎn)向流量占交叉口總流量的35.47%。轉(zhuǎn)向流量中北向東和東向北流量最大，分別占交叉口總流量的5.8%。立交節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向流量見圖3。

圖3 立交節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向流量(單位：pcu/h)

2.2 建設(shè)條件分析

潭州大道與繞城高速公路節(jié)點(diǎn)周邊建設(shè)用地受限，節(jié)點(diǎn)位于城市建成區(qū)域，立交西北象限地塊已經(jīng)出讓，東北象限為洋湖和園高層住宅小區(qū)(已建成)，西南象限為保障住房(待建)，東南象限為坪塘中學(xué)(在建)?，F(xiàn)狀和規(guī)劃用地及建筑情況見圖4。

在該節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，地鐵3號(hào)線在地下敷設(shè)，路線從北往南經(jīng)過(guò)繞城節(jié)點(diǎn)東南象限后偏轉(zhuǎn)至潭州大道路中，一直與潭州大道共線往南延伸至終點(diǎn)蓮坪大道站。繞城節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，地鐵3號(hào)線主要受橋墩影響較大，東南象限匝道橋墩需避開風(fēng)井，保證與地鐵的安全距離。

現(xiàn)狀潭州大道由西往東依次為電力、給水、中水、照明、雨水、污水、照明、燃?xì)?、通信管線，由于道路拓寬，受管道埋深影響，需將處于機(jī)動(dòng)車道下的電力、通信、給水、燃?xì)膺w改至設(shè)計(jì)人行道或非機(jī)動(dòng)車道下。繞城高速公路北側(cè)有高壓燃?xì)夤艿?，燃?xì)膺w改方案需與立交方案綜合設(shè)計(jì)。

3 立交設(shè)計(jì)方案及綜合比較

3.1 設(shè)計(jì)原則

潭州大道為城市快速路，繞城高速為高速公路，該節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置樞紐立交，立交形式結(jié)合轉(zhuǎn)向交通量大小及用地等指標(biāo)高低綜合確定。設(shè)計(jì)原則如下：1) 立交設(shè)置按主輔雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2) 匝道設(shè)置滿足交通轉(zhuǎn)向功能；3) 控制用地，不突出用地綠線；4) 注意環(huán)境保護(hù)；5) 保留上下高速公路的收費(fèi)功能。

3.2 方案一：新建渦輪立交

現(xiàn)狀坪塘互通為B形單喇叭互通，收費(fèi)站規(guī)模為2進(jìn)3出，在潭州大道-繞城高速公路節(jié)點(diǎn)新建渦輪立交后，原坪塘收費(fèi)站及互通廢棄。NW、NE、SE、SW、WS、WN、ES、EN匝道均采用繞道定向或半定向匝道，形成渦輪狀，匝道位于第2、3層之間，解決立交節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向交通。潭州大道地面輔路與繞城高速公路輔路均位于第1層(地面層)，形成地面交叉口，通過(guò)信號(hào)燈進(jìn)行交通控制，解決地面輔路系統(tǒng)交通轉(zhuǎn)向問(wèn)題。繞城高速公路與潭州大道主路間的轉(zhuǎn)向交通流通過(guò)立交匝道實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，繞城高速公路與潭州大道輔路間的轉(zhuǎn)向交通流通過(guò)三環(huán)輔路與潭州大道地面道路交叉口進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所有立交匝道及繞城高速公路輔路進(jìn)出高速公路的車流均經(jīng)過(guò)收費(fèi)站(見圖5)。

圖5 方案一總體平面圖

方案一交通評(píng)價(jià)：采用渦輪立交+4個(gè)收費(fèi)站的方案，近期(2021年)收費(fèi)站進(jìn)出口飽和度較低，為二級(jí)服務(wù)水平，能滿足近期交通需求；遠(yuǎn)期(2039年)收費(fèi)站進(jìn)出口飽和度較高，為三級(jí)服務(wù)水平，能滿足遠(yuǎn)期交通需求。通過(guò)交通仿真評(píng)價(jià)，遠(yuǎn)期立交整體運(yùn)行狀況良好，服務(wù)水平能達(dá)到三級(jí)，說(shuō)明在收費(fèi)站滿足交通需求的同時(shí)，整個(gè)節(jié)點(diǎn)立交的交通運(yùn)行條件也能滿足對(duì)應(yīng)交通需求。

3.3 方案二：新建全苜蓿葉立交

采用苜蓿葉形全互通立體交叉作為比選方案之一。SW、ES、NE、WN匝道采用環(huán)形匝道解決立交左轉(zhuǎn)交通，4條匝道位于第2、3之間；NW、SE、WS、EN匝道采用右轉(zhuǎn)定向匝道，解決立交的右轉(zhuǎn)交通，4條匝道位于第2、3層之間；潭州大道及繞城高速公路均新建集散匝道交通流，NF、SF集散匝道與高速公路同處于第2層，WF、EF集散匝道與潭州大道主路高架同處于第3層。潭州大道地面輔路與繞城高速公路輔路均位于第1層(地面層)，形成地面交叉口，通過(guò)信號(hào)燈進(jìn)行交通控制，解決地面輔路系統(tǒng)交通轉(zhuǎn)向問(wèn)題(見圖6)。

方案二交通評(píng)價(jià)：通過(guò)仿真分析，遠(yuǎn)期在匝道分合流處交織較大，擁堵較嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)整體服務(wù)水平僅為四級(jí)，無(wú)法滿足節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換交通需求。

3.4 方案三：新建雙苜蓿葉立交

在方案二的基礎(chǔ)上，提升主流向匝道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用雙苜蓿葉+雙半定向立交方案。NE、WN匝道采用環(huán)形匝道解決立交左轉(zhuǎn)交通，位于第2、3層之間；SW、ES匝道根據(jù)交通需求分析采用半定向匝道，ES匝道位于第2、3層，SW匝道位于第2～4層，層次較高；NW、SE、WS、EN匝道采用右轉(zhuǎn)定向匝道，解決立交的右轉(zhuǎn)交通，4條匝道位于第2、3層之間。潭州大道及繞城高速公路均新建輔助車道集散匝道交通流；潭州大道地面輔路與繞城高速公路輔路均位于第1層(地面層)，形成地面交叉口，通過(guò)信號(hào)燈進(jìn)行交通控制，解決地面輔路系統(tǒng)交通轉(zhuǎn)向問(wèn)題(見圖7)。

圖6 方案二總體平面圖

方案三交通評(píng)價(jià)：通過(guò)仿真分析，遠(yuǎn)期由于苜蓿葉匝道服務(wù)能力較低，在匝道分合流處交織較大，擁堵較嚴(yán)重，節(jié)點(diǎn)整體服務(wù)水平僅為四級(jí)，無(wú)法滿足節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換交通需求。

3.5 方案四：新建雙喇叭立交

保留現(xiàn)狀平塘收費(fèi)站立交，確保東西方向交通連續(xù)進(jìn)出收費(fèi)站；在潭洲大道聯(lián)江路以南新建單喇叭立交，與現(xiàn)狀平塘收費(fèi)站立交形成雙喇叭組合立交，保證潭州大道主路與繞城高速公路各方向的全互通，位于第2層。潭州大道地面輔路位于第1層(地面層)，與聯(lián)江路形成地面交叉口，通過(guò)信號(hào)燈進(jìn)行控制，解決地面輔路系統(tǒng)交通轉(zhuǎn)向問(wèn)題(見圖8)。

圖7 方案三總體平面圖

方案四交通評(píng)價(jià)：通過(guò)仿真分析，由于收費(fèi)站規(guī)模僅3進(jìn)5出，隨著遠(yuǎn)期旅游客流的增大，依據(jù)排隊(duì)論計(jì)算，入口的交通強(qiáng)度大于1，排隊(duì)系統(tǒng)紊亂，排隊(duì)長(zhǎng)度溢出，交通擁堵嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)使用排隊(duì)論理論進(jìn)行計(jì)算；出口的交通強(qiáng)度亦如此。節(jié)點(diǎn)整體服務(wù)水平僅為四級(jí)，無(wú)法滿足交通需求。

圖8 方案四總體平面圖

3.6 優(yōu)缺點(diǎn)比較

4種方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 4種立交方案比較

由表2可知：根據(jù)規(guī)劃定位及交通流量預(yù)測(cè)結(jié)果，在潭州大道-繞城高速公路節(jié)點(diǎn)需新建三環(huán)樞紐立交。針對(duì)全渦輪方案、全苜蓿葉方案、雙苜蓿葉方案和雙喇叭立交方案進(jìn)行同深度對(duì)比，苜蓿葉立交左轉(zhuǎn)匝道均為環(huán)形匝道，交織嚴(yán)重，通行能力較低，且突破規(guī)劃綠線；雙苜蓿葉立交部分左轉(zhuǎn)功能提升，但仍存在交織嚴(yán)重、突破綠線及與建筑距離過(guò)近等問(wèn)題；雙喇叭立交造價(jià)較低，但收費(fèi)站規(guī)模過(guò)小，同時(shí)突破綠線面積極大，實(shí)施極有難度；全渦輪立交左轉(zhuǎn)匝道均為半定向匝道，線形指標(biāo)較高，匝道設(shè)計(jì)速度較高，行車舒適性較好，通行能力較高，交通適應(yīng)性強(qiáng)。綜上，推薦采用方案一即全渦輪立交方案。

4 結(jié)語(yǔ)

繞城高速公路入口立交節(jié)點(diǎn)方案設(shè)計(jì)中需著重考慮的因素如下：1) 主干路提質(zhì)改造與高速公路相交時(shí)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)從近遠(yuǎn)期規(guī)劃相結(jié)合出發(fā)；2) 城市主干路提質(zhì)改造穿越現(xiàn)狀高速公路時(shí)，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及安全性、運(yùn)行效率、占地大小、對(duì)交通的影響和工程費(fèi)用等，確保方案合理、可行。