滬武高速董浜樞紐改擴(kuò)建方案研究

曹文濤，李志濤，孫學(xué)琴

(1.江蘇交通控股有限公司，江蘇 南京 210019；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019)

滬武(上?！錆h)高速公路是上海至成都國(guó)家高速公路并行線，全線共766 km。其中太倉(cāng)至常州段貫穿江蘇省南沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，受區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的影響，建成通車以來(lái)交通流量持續(xù)增長(zhǎng)，擁堵已成常態(tài)，目前正在進(jìn)行擴(kuò)容研究。董浜樞紐是滬武與沈海(沈陽(yáng)—?？?高速公路的交叉樞紐，是項(xiàng)目路交通轉(zhuǎn)換量最大、影響范圍最廣的樞紐，如何保證其在營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下進(jìn)行改擴(kuò)建值得深入研究。

1 工程概況

1.1 互通現(xiàn)狀

董浜樞紐現(xiàn)狀為對(duì)角雙環(huán)變異苜蓿葉形樞紐(見(jiàn)圖1)，主線上跨被交道，匝道橋上跨主線和被交道。主線滬武高速公路設(shè)計(jì)速度為120 km/h，董浜樞紐內(nèi)部及以西為雙向四車道，樞紐以東至蘇滬界為雙向六車道。被交道沈海高速公路設(shè)計(jì)速度為120 km/h，樞紐內(nèi)部為雙向四車道，樞紐以外為雙向六車道。主流向蘇通大橋往返上海方向匝道設(shè)計(jì)速度為80 km/h，環(huán)形左轉(zhuǎn)彎匝道設(shè)計(jì)速度為40km/h，其他匝道設(shè)計(jì)速度為60 km/h。

圖1 現(xiàn)狀董浜樞紐及建設(shè)條件

項(xiàng)目區(qū)為蘇南經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，東南象限董浜鎮(zhèn)區(qū)城市化進(jìn)程較高，緊靠樞紐外側(cè)分布大量廠房，其他象限零星分布民房。被交道沈海高速公路上的董浜互通與董浜樞紐的間距為2.1 km，董浜樞紐改造應(yīng)盡量減小對(duì)鄰近工點(diǎn)的影響。

1.2 交通量調(diào)查分析及預(yù)測(cè)

1.2.1 過(guò)江通道對(duì)交通量的影響分析

由于現(xiàn)狀江蘇省過(guò)江通道數(shù)量少、間距大，多個(gè)過(guò)江通道存在擁堵情況，董浜樞紐連接的蘇通大橋是其中最擁堵的大橋之一。為滿足江蘇省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、過(guò)江交通量增長(zhǎng)和實(shí)現(xiàn)江蘇省相關(guān)交通規(guī)劃的需要，2020年國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《長(zhǎng)江干線過(guò)江通道布局規(guī)劃(2020—2035年)》，其中江蘇省規(guī)劃建設(shè)的過(guò)江通道為13座，分別為錦文路過(guò)江通道、南京地鐵4號(hào)線過(guò)江通道、南京市域快速軌道過(guò)江通道、南京上元門(mén)過(guò)江通道、南京七鄉(xiāng)河過(guò)江通道、龍?zhí)堕L(zhǎng)江大橋、寧儀城際鐵路過(guò)江通道、潤(rùn)揚(yáng)第二過(guò)江通道、江陰第二過(guò)江通道、江陰第三過(guò)江通道、張皋過(guò)江通道、蘇通第二過(guò)江通道、海太過(guò)江通道。

為準(zhǔn)確分析新增過(guò)江通道對(duì)董浜樞紐直行交通和轉(zhuǎn)向交通的影響，先將滬武高速公路的現(xiàn)狀交通組成中剝離出過(guò)江交通出行總量，再獲取已通車運(yùn)營(yíng)過(guò)江通道的利用情況，依據(jù)建設(shè)時(shí)序逐步從路網(wǎng)中加入新增過(guò)江通道，最后按照最短路徑、容量限制、出行習(xí)慣、收費(fèi)政策、限行等因素進(jìn)行過(guò)江通道交通流量平衡分布。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，未來(lái)區(qū)域內(nèi)滬蘇通大橋、海太過(guò)江通道、蘇通第二過(guò)江通道的建成對(duì)蘇通長(zhǎng)江公路大橋分流較明顯，預(yù)測(cè)分流比例分別為20.0%、18.5%和10.6%，其他新增過(guò)江通道的分流作用對(duì)董浜樞紐交通量的影響較小。

1.2.2 交通量調(diào)查與預(yù)測(cè)

交通量調(diào)查采用不間斷攝像的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法，并采用江蘇省高速公路聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，形成基準(zhǔn)年OD成果。預(yù)測(cè)采用“四階段推測(cè)法”，以江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃路網(wǎng)為基礎(chǔ)，使用Trans-CAD建模進(jìn)行交通量預(yù)測(cè)。董浜樞紐轉(zhuǎn)向交通量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 董浜樞紐不同特征年交通量預(yù)測(cè)結(jié)果(單位：pcu/d)

由圖2可知：滬武主線、被交道直行交通量均較大，上海往返蘇通大橋始終為主要交通方向，其他方向的轉(zhuǎn)向交通量相對(duì)較?。恢饕煌ǚ较虻霓D(zhuǎn)向交通量受新增過(guò)江通道分流作用的影響明顯。

1.2.3 交通適應(yīng)性分析

從預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，現(xiàn)狀樞紐形式與董浜樞紐的交通量基本相符，采用文獻(xiàn)[4]中的方法進(jìn)一步分析現(xiàn)狀樞紐匝道、匝道連接部(分流區(qū)、合流區(qū))的通行能力和服務(wù)水平，結(jié)果顯示：現(xiàn)狀樞紐所有匝道的服務(wù)水平與現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)交通量相適應(yīng)，均能滿足不低于四級(jí)的要求；在滬武主線不進(jìn)行擴(kuò)建的情況下，樞紐區(qū)受直行方向交通的影響，匝道連接部的服務(wù)水平和交通量適應(yīng)性較差，在2030年降到四級(jí)及以下；在對(duì)滬武主線擴(kuò)建的情況下，通過(guò)增加主線行車道數(shù)增強(qiáng)非影響區(qū)的通行能力，可使整座樞紐互通的服務(wù)水平得到保障。

2 互通改建方案設(shè)計(jì)與分析

2.1 改擴(kuò)建重點(diǎn)分析

(1)樞紐的功能定位高，施工期間交通組織要求較高。從路網(wǎng)角度看，主線為東西向滬武國(guó)家高速公路的重要組成部分、江蘇省規(guī)劃網(wǎng)中的“橫八”，被交道沈海高速公路為國(guó)家高速路網(wǎng)南北縱線之一、唯一一條貫通中國(guó)東南沿海地區(qū)的高速公路；董浜樞紐作為聯(lián)系這2條高速公路的樞紐互通，是東南沿海地區(qū)溝通的重要紐帶，轉(zhuǎn)向交通量大，改造期間不能長(zhǎng)時(shí)間中斷交通流或降低服務(wù)水平，施工期間交通組織要求高，改造方案論證需重點(diǎn)考慮。

(2)樞紐的整體轉(zhuǎn)向量大，營(yíng)運(yùn)期間交通組織要求較高。董浜樞紐在預(yù)測(cè)末年的總轉(zhuǎn)向交通量高達(dá)78 364 pcu/d，主要交通方向占比高達(dá)63%。大轉(zhuǎn)向交通量的樞紐改造方案論證時(shí)既要滿足各方向交通轉(zhuǎn)換的需求，還要保證整體交通組織簡(jiǎn)單清晰，便于駕駛?cè)藛T判斷。

(3)樞紐改造方案需全局考慮，避免重復(fù)建設(shè)。被交道沈海高速公路在樞紐內(nèi)側(cè)為雙向四車道，已成為交通瓶頸，樞紐改造應(yīng)全局統(tǒng)籌考慮，同步研究被交道拓寬改造，避免重復(fù)建設(shè)，以免造成工程浪費(fèi)和不良社會(huì)影響。

(4)樞紐附近大型工點(diǎn)多，應(yīng)盡量減小對(duì)鄰近工程的影響。被交道沈海高速公路在董浜樞紐南側(cè)連續(xù)設(shè)置了董浜互通、董浜南樞紐，間距分別為2.1和2 km，形成了復(fù)合式立體交叉，改造應(yīng)盡量減小對(duì)其他工點(diǎn)的影響，避免產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。

(5)樞紐改造應(yīng)盡可能保護(hù)土地資源，減少占地。項(xiàng)目地處蘇南經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的蘇州市，土地資源非常寶貴，寸土寸金。在滿足功能的需求下，樞紐改造應(yīng)優(yōu)選占地少的方案。

2.2 互通改建方案分析

互通立交的改擴(kuò)建一般采用原位改建和移位重建兩種思路。董浜樞紐為2條國(guó)家高速公路的立體交叉，受路網(wǎng)條件、建設(shè)條件等限制，整座樞紐的主體基本不存在移位重建的可能，故針對(duì)原位改造方案進(jìn)行重點(diǎn)研究。在原位改造方案中，結(jié)合滬武主線的拼寬方式，存在現(xiàn)狀樞紐是否保留兩類方案：第一類方案為滬武主線采用分離方式進(jìn)行擴(kuò)容，現(xiàn)狀樞紐完全保留；第二類方案為滬武主線采用整體拼寬方式，樞紐進(jìn)行原位拆除改造。

2.2.1 第一類方案：滬武主線采用分離方式擴(kuò)容，現(xiàn)狀樞紐保留

通過(guò)分離主線，對(duì)直行交通量進(jìn)行分流，使現(xiàn)狀樞紐形式和匝道通行能力可滿足交通增長(zhǎng)的需求?，F(xiàn)狀樞紐完全保留，實(shí)現(xiàn)交叉高速公路的交通轉(zhuǎn)向功能，原有工程利用率高，并可較好地解決改擴(kuò)建施工期間大轉(zhuǎn)向交通的組織問(wèn)題。對(duì)比分析主線單側(cè)分離(方案一，見(jiàn)圖3)和雙側(cè)分離(方案二，見(jiàn)圖4)2種方案，其交通組織、服務(wù)水平及被交道處置等情況基本相同，但主線單側(cè)分離方案的新增用地更少，故選取單側(cè)分離方案進(jìn)行深入研究。

圖3 董浜樞紐改擴(kuò)建方案一

圖4 董浜樞紐改擴(kuò)建方案二

在現(xiàn)狀樞紐范圍外的滬武主線上設(shè)置分、合流點(diǎn)，將主線分離出整體雙向六車道，避開(kāi)東南象限的董浜鎮(zhèn)密布廠房，另辟新線從樞紐北側(cè)跨越，分離的主線采用菱形互通進(jìn)行溝通，形成菱形+現(xiàn)狀樞紐的復(fù)合式立體交叉(即方案一)。改造后樞紐區(qū)主線為“2+3”分離拼寬形式，分離拼寬主線的里程為3.5 km，新建菱形互通匝道共計(jì)4.6 km。原上跨沈海高速公路的主線橋完全保留，被交道在樞紐內(nèi)部?jī)H能滿足拼寬為雙向六車道，且在上跨橋墩處需局部壓縮硬路肩，在2030年前后，沈海高速公路的服務(wù)水平預(yù)計(jì)降至三級(jí)下限。

主線采用分離擴(kuò)容后，董浜樞紐節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)期的交通組織可采用“客貨分行”和“方向分行”2種方式。經(jīng)服務(wù)水平分析，2種方式均可滿足規(guī)范要求，客貨分行方式的容錯(cuò)糾錯(cuò)功能更強(qiáng)，但誤入交通量增加會(huì)明顯降低服務(wù)水平，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，推薦采用方向分行的方式進(jìn)行交通組織。

2.2.2 第二類方案：滬武主線采用整體拼寬，現(xiàn)狀樞紐進(jìn)行原位改造

第一類主線分離擴(kuò)容方案盡管施工期間交通組織保通壓力較小，但運(yùn)營(yíng)期的交通組織復(fù)雜且被交道拓寬凈空受限問(wèn)題未能得到有效解決。因此，提出第二類方案，即對(duì)滬武主線采用整體拼寬，現(xiàn)狀董浜樞紐原位拆除改造。結(jié)合交通量預(yù)測(cè)結(jié)果和施工保通要求進(jìn)行互通形式選擇，提出對(duì)角雙環(huán)變異苜蓿葉和直連式2種方案。

(1)方案三：對(duì)角雙環(huán)變異苜蓿葉。該方案為樞紐原位改建，形式和現(xiàn)狀樞紐相同(見(jiàn)圖5)。該方案與交通的主要流向相符，并可充分利用現(xiàn)狀樞紐占地。滬武主線雙側(cè)拼寬為八車道整體斷面，新的互通匝道避開(kāi)原有匝道位置重建。原上跨沈海高速公路的主線橋通過(guò)左、右分幅施工調(diào)整橋跨，被交道在樞紐內(nèi)部拼寬為標(biāo)準(zhǔn)的雙向八車道斷面，服務(wù)水平可始終保持在三級(jí)以上，保證國(guó)家主干道發(fā)揮較好的功能。施工期匝道先建新后拆舊，除交通量較小的環(huán)形匝道外，其他方向基本不需要中斷交通，可較好地解決大流量交通組織問(wèn)題。

圖5 董浜樞紐改擴(kuò)建方案三

(2)方案四：直連式互通。該方案將左轉(zhuǎn)彎環(huán)形匝道調(diào)整為內(nèi)轉(zhuǎn)彎半直連式，形成直連式互通立交(見(jiàn)圖6)，其形式與交通流向相符，可充分利用原有占地，并解決方案三環(huán)形匝道在施工過(guò)程中中斷交通的問(wèn)題。該方案內(nèi)轉(zhuǎn)彎半直連匝道同時(shí)跨越主線、被交道及匝道，形成“4層式”立交，橋梁規(guī)模增加較多，樞紐整體高度較大，工程造價(jià)較高，景觀效果不佳。

圖6 董浜樞紐改擴(kuò)建方案四

對(duì)比方案三和方案四，從滿足工程需求和節(jié)約工程造價(jià)角度，方案三優(yōu)勢(shì)明顯，環(huán)形匝道改造中斷交通的問(wèn)題可通過(guò)發(fā)達(dá)的區(qū)域路網(wǎng)來(lái)尋求解決方案。因此，選擇方案三進(jìn)行進(jìn)一步研究和比選。

2.3 互通方案比選

在兩類方案中優(yōu)選出方案一和方案三，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)狀樞紐利用、施工期和運(yùn)營(yíng)期交通組織、被交道處置及景觀等多因素綜合分析，兩方案各有優(yōu)勢(shì)，均有較高的研究?jī)r(jià)值。方案三雖然總造價(jià)稍高，但運(yùn)營(yíng)期交通組織簡(jiǎn)單，更符合行駛習(xí)慣，整體景觀效果更好，且能較好地解決被交道拓寬改造問(wèn)題，故將方案三作為推薦方案(見(jiàn)表1)。

表1 董浜樞紐改擴(kuò)建方案比選

3 結(jié)語(yǔ)

高速公路中樞紐互通立交是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及面較廣，而運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的樞紐改造需考慮的因素更多。該文以董浜樞紐為例，采用“四階段推測(cè)法”，以江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃路網(wǎng)為基礎(chǔ)，依據(jù)全省高速公路網(wǎng)建設(shè)時(shí)序，重點(diǎn)考慮新增過(guò)江通道的影響，預(yù)測(cè)了董浜樞紐改擴(kuò)建完成后20年的交通量；通過(guò)交通適應(yīng)性評(píng)價(jià)，分析了現(xiàn)狀互通與交通量的適應(yīng)性，為方案制訂提供依據(jù)；分析了改擴(kuò)建重點(diǎn)，并結(jié)合滬武主線的改擴(kuò)建，論證了保留現(xiàn)狀樞紐的主線分離擴(kuò)容和原位拆除改建兩類方案，優(yōu)選方案后進(jìn)行多維度比選，最終推薦采用總體相對(duì)較優(yōu)的方案進(jìn)行改擴(kuò)建。