樞紐互通式立交設計方案比選研究

陳 洋，汪海芳

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

南京至鹽城高速公路是江蘇省“六縱十橫十五射”高速公路網(wǎng)的重要段落，為規(guī)劃中的“射三”。其建設將有力支撐江蘇省區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，對完善高速公路網(wǎng)絡，改善沿海經(jīng)濟帶與長江經(jīng)濟帶城市之間交通條件，促進沿線區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展，提升南京首位度，加速推動寧鎮(zhèn)揚同城化進程等具有重要意義。

擬建項目路線在高郵市內(nèi)由西向東延伸，依次與連淮揚鎮(zhèn)鐵路、京滬高速公路等相交，綜合考慮高速公路路網(wǎng)格局與戰(zhàn)略規(guī)劃，并從經(jīng)濟發(fā)展角度出發(fā)，設置高郵樞紐互通，實現(xiàn)寧鹽高速與京滬高速間的交通轉(zhuǎn)換。

1 互通概況

1.1 工程標準

高郵樞紐互通主線采用設計速度為120 km/h的高速公路標準[1]，雙向6車道通行。路基采用分離式路基[2],左右幅路基均為17 m，其中：行車道寬3×3.75 m，右側(cè)硬路肩寬3.0 m(含路緣帶寬0.50 m)，左側(cè)硬路肩寬1.25 m(含路緣帶寬0.50 m)，土路肩寬2×0.75 m。

被交路為京滬高速，京滬高速作為全國范圍內(nèi)的重要南北干線公路，現(xiàn)階段正在進行“4改8”的改擴建工程，施工圖設計已經(jīng)完成。設計速度采用120 km/h，交叉范圍內(nèi)為整體式路基[3]，寬度采用42 m，其中：行車道寬2×4×3.75 m，硬路肩寬2×3.0 m(含路緣帶寬2×0.50 m)，中間帶寬4.5 m(中央分隔帶寬3.0 m，路緣帶寬2×0.75 m)，土路肩寬2×0.75 m。

1.2 預測交通量

本樞紐作為高郵市內(nèi)車輛轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點，連接京滬高速。根據(jù)工程可行性研究報告中交通量預測結(jié)果，2042年高郵樞紐互通交通量分布如圖1所示。

圖1 高郵樞紐互通2042年預測交通量

該節(jié)點2042年南京至北京雙向年平均日交通量為11 898 pcu/d，南京至上海雙向年平均日交通量為1 216 pcu/d，鹽城至北京雙向年平均日交通量為5 651 pcu/d，鹽城至上海雙向年平均日交通量為2 665 pcu/d，故南京至北京方向為主交通流方向，次交通流方向為鹽城至北京方向。

2 互通設計控制因素

互通范圍內(nèi)控制因素直接影響著互通方案，高郵樞紐互通受限因素較多，主要有以下幾方面。

(1)與連淮揚鎮(zhèn)鐵路相交，該鐵路為雙線電氣化高速鐵路，設計速度為250 km/h，需確保連淮揚鎮(zhèn)鐵路運營安全。

(2)與X307、京滬高速接連相交，且被交路京滬高速與連淮揚鎮(zhèn)鐵路并行相距較近，兩線距離最近僅約60 m。

(3)路線從特平村一組與二組之間穿越，沿線有大量住宅。

(4)附近分布有高郵創(chuàng)美生物質(zhì)能源公司和特平村糧食烘干廠等地方企業(yè)。

(5)交叉周圍環(huán)繞車邏大河。

互通影響范圍控制因素見圖2。

圖2 互通設計主要控制因素

3 互通設計方案研究

3.1 交叉方式的確定

(1)主線與被交路。

南北向的連淮揚鎮(zhèn)鐵路、京滬高速兩線并行，與本項目交叉處相距約60 m。若采用橋梁上跨形式，需同時上跨連淮揚鎮(zhèn)鐵路和京滬高速，受縱斷面控制，橋梁規(guī)模大，墩高較高，工程造價高，且施工期間對連淮揚鎮(zhèn)鐵路和京滬高速影響較大。另外，原鐵道部“鐵建設[2012]23號”文中規(guī)定：“高速鐵路(含客運專線鐵路及城際鐵路)與公路交叉跨越，應按鐵路優(yōu)先上跨公路的原則進行”，本項目與鐵路交叉處，鐵路橋梁梁底高程為9.529 m，地面標高為2～3 m，具備一定的下穿條件，綜合考慮到上跨高鐵報批及建設難度均較大、高鐵橋梁跨徑為32.5 m，故本項目采取分離式路基的方式下穿連淮揚鎮(zhèn)鐵路的交叉方式。下穿高鐵后，由于距離較近，縱斷面高程難以滿足上跨京滬高速的技術(shù)條件，目前京滬高速處于“4改8”改擴建施工圖設計階段，經(jīng)與京滬高速管理、設計單位反復溝通、協(xié)調(diào)，路線采取下穿京滬高速的交叉方式。

(2)匝道與高速。

匝道與京滬高速交叉若采用匝道下穿方式，京滬高速主線縱斷面抬高較多，引起京滬高速主線橋梁規(guī)模增大較多，故采用匝道上跨方式與京滬高速連接；本項目主線采用下穿方式與鐵路和京滬高速交叉，設計標高約為4～6 m，故匝道宜采用上跨方式與主線高速連接。

3.2 樞紐布設象限的選擇

由于鐵路位于京滬高速西側(cè)，且鐵路部門要求樞紐匝道路基坡腳線或橋梁正投影距離鐵路中心線大于30 m，西側(cè)象限鐵路對匝道平面布設限制較多；考慮到車邏大河位于本項目主線南側(cè)，為減少匝道橋梁規(guī)模，最終將連接京滬高速的樞紐匝道布設于東北象限。

3.3 方案擬定

(1)方案一：高郵樞紐Y型+A型單喇叭方案(如圖3所示)。

圖3 高郵樞紐Y型+A型單喇叭方案

設計思路：為減少寧鹽高速匝道對特平村拆遷的影響，同時考慮繞避能源公司和糧食烘干廠，推出Y型+單喇叭樞紐互通方案。該方案寧鹽高速一側(cè)匝道的布設采用A型單喇叭匝道互通布設形式，寧鹽高速一側(cè)匝道對能源公司及糧食烘干廠影響較小，但是對特平村二組的拆遷影響仍然較大，由于該方案匝道未穿越車邏大河，該互通方案橋梁建設規(guī)模相對較低。由于該方案考慮到對特平村一組的主要道路X307及沿河道路的保通，該互通方案環(huán)形匝道半徑設計較小為60 m，該處匝道設計速度為40 km/h，速度較低，而南京至北京方向交通量為主交通流方向，匝道設計速度不甚合理，本方案只進行定性比較，不推薦該互通方案。

(2)方案二：高郵樞紐雙Y型方案(如圖4所示)。

設計思路：京滬高速與連淮揚鎮(zhèn)鐵路之間距離較小，最小間距位置約60 m，樞紐匝道布設受限，推出雙Y型形式連接京滬高速，并采用匝道上跨主線方案，匝道設計速度為60 km/h，線形指標高。寧鹽高速方向匝道布設受糧食烘干廠、能源公司、特平村的限制，匝道由糧食烘干廠和特平村之間穿越，連接寧鹽高速。由于寧鹽高速主線需要跨越車邏大河，主線縱面在下穿京滬高速后抬升，同時與寧鹽高速交叉的匝道不具備下穿條件，整體匝道橋規(guī)模較大。

圖4 高郵樞紐雙Y型方案

(3)方案三：高郵樞紐Y形+梨形方案一(如圖5所示)。

設計思路：為降低與寧鹽高速連接方向的匝道橋梁規(guī)模，將匝道跨越寧鹽高速主線的位置向小樁號方向修正，以降低匝道設計高程減少整體橋梁規(guī)模。該方案整體橋梁規(guī)模較低，但是由于受到車邏大河影響，梨型匝道布設不能落入車邏大河中，匝道覆蓋了大部分特平村房屋，拆遷量較大。

圖5 高郵樞紐Y形+梨形方案一

(4)方案四：高郵樞紐Y形+梨形方案二(如圖6所示)。

設計思路：由于寧鹽高速主線穿越京滬高速之后縱面逐漸抬升，考慮匝道下穿寧鹽高速主線以降低工程規(guī)模，減少匝道橋梁規(guī)模。

圖6 高郵樞紐Y型+梨形方案二

為保證B匝道滿足內(nèi)澇水位要求，需要抬升主線縱面至2.13%，不能滿足規(guī)范要求的互通范圍內(nèi)主線縱面的要求；同時縱坡增加，該位置豎曲線長度增加，車邏大河主線橋規(guī)模增加，如圖7所示。故采用B匝道下穿方案可行性較差，僅作定性比較。

圖7 高郵樞紐方案四縱面示意圖

4 互通設計方案比選與評價

4.1 比選與評價原則

為了最大限度地發(fā)揮擬建項目的作用和效益，促進地方區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，方便群眾生活，同時減少對環(huán)境和社會的影響，互通方案比選與評價主要遵循以下幾點原則。

(1)適應性原則，立交方案應能夠滿足預測轉(zhuǎn)向交通量需要以及適應地形地物的基本要求。

(2)安全性原則，立交方案應保證行車安全，不因設計方案出現(xiàn)交通事故。

(3)指標適度原則，立交方案線形指標得當，不得影響交通順暢，也不必追求過高指標。

(4)經(jīng)濟性原則，立交方案的工程規(guī)模及工程造價、養(yǎng)護費用、營運費用應該較低。

(5)綠色環(huán)保原則，立交方案注重與周圍自然環(huán)境的協(xié)調(diào)，減少對環(huán)境的破壞，使工程融入自然。

(6)社會影響小的原則，立交方案應尊重當?shù)匕傩樟晳T，降低社會影響。

4.2 方案比選

結(jié)合本樞紐互通式立交方案，總結(jié)各方案優(yōu)缺點，詳見表1。

表1 方案優(yōu)缺點對比表

方案二與方案三同深度比較，其主要經(jīng)濟技術(shù)指標及工程規(guī)模見表2。

表2 方案主要經(jīng)濟技術(shù)指標及工程規(guī)模表

經(jīng)綜合分析，雖然方案三從土石方數(shù)量、橋梁規(guī)模以及工程造價等方面具有一定優(yōu)勢，但考慮行車安全、房屋拆遷量以及對沿線村落和社會造成的影響角度出發(fā)，并結(jié)合地方意見，本樞紐現(xiàn)階段推薦方案二。

5 結(jié) 語

樞紐互通式立交設計不僅包含路線設計的諸多特點，同時還具有其獨特性，即在方案設計時需要在有限的空間內(nèi)平衡多元化因素的影響，故而在技術(shù)上存在一定的難度和復雜性。如何準確把握交叉位置、正確選定交叉形式、合理布設樞紐象限、優(yōu)化布置工程構(gòu)造物以及綜合考慮控制因素等一直是必須思考的問題。

(1)互通設計方案靈活多變，在保證方案安全合理的前提下應大膽嘗試新想法。

(2)加強溝通，一方面要多與其他專業(yè)人員交流，另一方面也要善于和地方政府溝通。

(3)把握細節(jié)，做到精益求精，方案才會不斷優(yōu)化。

現(xiàn)階段，樞紐互通式立交設計在一定程度上仍然多以經(jīng)驗為主，但是，總結(jié)利用他人經(jīng)驗或輔助其他技術(shù)手段來擬定科學的設計方案這條道路值得工程人員去探索。