復(fù)雜控制條件下的樞紐互通方案比選

李 靚， 吳金蓮， 梁 戰(zhàn)， 黃梟楠， 丁武全

(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司， 杭州 310000)

湖杭高速公路吳興至德清段工程起自湖州吳興區(qū)織里鎮(zhèn)，經(jīng)吳興區(qū)織里、南潯區(qū)舊館、雙林、和孚、菱湖、千金、德清縣鐘管、新市、新安、雷甸等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，止于德清縣新安。項(xiàng)目起點(diǎn)接G50申蘇浙皖高速公路，終點(diǎn)與S13練杭高速公路相接，中間與S12申嘉湖高速公路、杭州繞城高速公路西復(fù)線溝通銜接。

雙林樞紐是本項(xiàng)目與申嘉湖高速交叉設(shè)置的樞紐互通。雙林樞紐在申嘉湖高速公路路段內(nèi)距離東側(cè)的雙林互通約7.53 km，距離西側(cè)的南潯服務(wù)區(qū)約2.44 km，左幅凈距700 m，右幅凈距770 m，滿足設(shè)置獨(dú)立互通的要求；在本項(xiàng)目中距離北側(cè)南潯西互通約4.346 km，距南側(cè)和孚服務(wù)區(qū)約4.876 km。申嘉湖高速公路路基和橋梁部分已按照雙向6車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[1]，路面部分是按照雙向4車(chē)道(預(yù)留6車(chē)道)高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為120 km/h[2]。雙林樞紐的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了本項(xiàng)目與申嘉湖高速交通的轉(zhuǎn)換。

雙林樞紐與西側(cè)的南潯服務(wù)區(qū)間距較小，僅2.44 km，為控制規(guī)模，提高立交安全性，盡量避免將兩者設(shè)置為復(fù)合式立交，因此對(duì)樞紐匝道的布設(shè)提出了更高的要求，如圖1所示。

圖1 雙林樞紐與南潯服務(wù)區(qū)位置示意

1 交通量分布及控制因素分析

1.1 交通量流量分析

雙林樞紐是本項(xiàng)目與申嘉湖高速進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換而設(shè)置的樞紐互通立交[3]，2044年預(yù)測(cè)互通區(qū)主線起終點(diǎn)交通量平均為60 355 pcu/d，轉(zhuǎn)向交通量為27 271 pcu/d。其中杭州往返安徽的交通量為 11 297 pcu/d，為主要交通方向；湖州往返安徽的交通量 6 043 pcu/d，杭州往返上海的交通量為6 081 pcu/d，為次要交通方向；湖州往返上海的交通量為3 463 pcu/d，為最小交通方向，如圖2所示。

注：圖中數(shù)字為平均日交通量，以小客車(chē)(輛)計(jì)；括號(hào)內(nèi)數(shù)字為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量。

1.2 控制因素分析

1.2.1 地形與地物

互通區(qū)范圍地形較為平坦，河道密布，多為農(nóng)田、旱地，民居廣泛分布，樞紐區(qū)西側(cè)有埭溪塘自南而北穿過(guò)，東北象限為曹橋村，東南象限有一道觀廣陵觀，為市級(jí)文物保護(hù)單位，樞紐區(qū)主線及匝道線位均對(duì)其進(jìn)行了避讓[4]。

1.2.2 油氣管線較多

申嘉湖高速北側(cè)約300 m～400 m范圍有金嘉湖成品油管線，南側(cè)約40 m～130 m范圍有川氣東送天然氣管線，走向均與申嘉湖高速大致一致，對(duì)樞紐方案及匝道布設(shè)產(chǎn)生影響[5]。匝道在布設(shè)時(shí)應(yīng)盡量減少與其交叉次數(shù)，同時(shí)避免小角度交叉[6]。對(duì)于管線轉(zhuǎn)折角度較大處，應(yīng)盡量避免將匝道布設(shè)在轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近。

樞紐西北象限有一處天然氣管線，其閥室與本樞紐匝道距離較近，匝道布設(shè)時(shí)需充分考慮其安全距離，如圖3所示。

圖3 雙林樞紐平面布置

1.2.3 交叉道路控制因素

互通區(qū)范圍被交線申嘉湖高速上共有橋梁1座，為5×25 m梁橋[7]。另有鋼筋混凝土箱型通道6道[8]，圓管涵3道。樞紐方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量利用老路結(jié)構(gòu)物，避免對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物進(jìn)行改造。

2 立交方案比選

根據(jù)既有路網(wǎng)、地形地物、交叉道路情況、交通量、征地拆遷、造價(jià)等因素?cái)M定2個(gè)方案。

1) 方案1：雙層變形渦輪形

本方案采用變形渦輪形方案，4個(gè)左轉(zhuǎn)彎方向均采用外轉(zhuǎn)彎半直連匝道，保證良好的通行能力[9]。其中安徽往湖州、上海往杭州方向左轉(zhuǎn)匝道屬于次要交通方向，因此將這2條半定向匝道布置在內(nèi)側(cè)，以降低匝道平曲線指標(biāo)。杭州往安徽方向左轉(zhuǎn)彎匝道為主要交通方向，因此將它布置在外側(cè)，采用較高的平曲線指標(biāo)，從而提高了其通行能力，以適應(yīng)交通量的需求，如圖4所示。

為避免將匝道分流鼻設(shè)置在橋梁上，同時(shí)，為保證與南潯服務(wù)區(qū)的凈距滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)將安徽往杭州方向右轉(zhuǎn)匝道布置在湖州往上海左轉(zhuǎn)匝道內(nèi)側(cè)，減少了占地。為避免對(duì)申嘉湖高速5×25 m橋梁進(jìn)行改造，申嘉湖高速安徽方向匝道出入口均布置在該橋梁前方的路基范圍內(nèi)。申嘉湖高速各項(xiàng)平縱指標(biāo)均滿足互通區(qū)主線指標(biāo)，匝道出口識(shí)別視距均滿足規(guī)范要求。申嘉湖高速上本樞紐各匝道分合流端部均按雙向6車(chē)道銜接，主線兩側(cè)設(shè)置100 m漸變段過(guò)渡[10]。

圖4 方案1雙林樞紐平面布置

該方案環(huán)形匝道與川氣東送天然氣管道交叉角度較大，雖然交叉點(diǎn)位于管線轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，但是由于匝道平曲線半徑較大，橋梁配跨適當(dāng)加大后，橋梁墩位與管線凈距較大，施工風(fēng)險(xiǎn)較小。

2) 方案2：雙層單環(huán)變形苜蓿葉形

本方案采用單環(huán)式變形苜蓿葉形，半直連匝道與環(huán)形匝道相結(jié)合[11]。除湖州往上海方向左轉(zhuǎn)彎匝道采用環(huán)形匝道外，其余左轉(zhuǎn)彎匝道均采用外轉(zhuǎn)彎半直連匝道，如圖5所示。匝道設(shè)計(jì)速度除環(huán)形匝道采用40 km/h外，其余匝道均采用60 km/h。

圖5 方案2雙林樞紐平面布置

該方案環(huán)形匝道與川氣東送天然氣管道交叉角度較小，且交叉點(diǎn)位于管線轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近，由于環(huán)形匝道平曲線半徑較小，使得橋梁配跨受限，橋梁墩位與管線凈距較小，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

3) 方案比選

(1) 方案1

優(yōu)點(diǎn)：匝道布置緊湊，互通型式優(yōu)美，占地較少[12]；左轉(zhuǎn)彎匝道全部采用半直連匝道，最小平曲線半徑R=150 m，線形指標(biāo)較好，通行能力高[13]；橋梁墩位與管線凈距較大，施工風(fēng)險(xiǎn)較小。

缺點(diǎn)：匝道橋梁面積較大，總造價(jià)稍高，匝道距離廣陵觀較近。

(2) 方案2

優(yōu)點(diǎn)：匝道橋梁面積較少，總造價(jià)稍低，匝道距離廣陵觀較遠(yuǎn)。

缺點(diǎn)：占地較多，且湖州至上海方向采用環(huán)形匝道，設(shè)計(jì)速度采用40 km/h，技術(shù)指標(biāo)較低，通行能力較低，行車(chē)舒適性不及半直連式匝道[14]；橋梁墩位與管線凈距較小，施工風(fēng)險(xiǎn)較大[15]。

經(jīng)過(guò)以上優(yōu)缺點(diǎn)分析，各方案參數(shù)如表1所示。通過(guò)方案比較，設(shè)計(jì)擬定方案1作為推薦方案。

表1 雙林樞紐設(shè)計(jì)方案比較

3 結(jié)束語(yǔ)

1) 互通立交設(shè)計(jì)涉及面廣，考慮因素多，尤其是場(chǎng)地條件復(fù)雜、控制因素多的情況下，需結(jié)合交通量特征和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，合理選取技術(shù)指標(biāo)和匝道形式，綜合考慮地形、地物、征地拆遷、造價(jià)、施工風(fēng)險(xiǎn)等方面。

2) 在方案選擇時(shí)，首先避免與前后互通或服務(wù)區(qū)形成復(fù)合式立交，其次避免對(duì)周邊文物、控制點(diǎn)造成影響，再者優(yōu)先選擇對(duì)天然氣管線施工風(fēng)險(xiǎn)小的方案，最后優(yōu)先選擇匝道通行能力高的立交方案。

3) 近年來(lái)，高速公路路網(wǎng)與油氣管線交叉的情況越來(lái)越多，而油氣管線具有遷改難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高、安全防范要求高等特點(diǎn)。在進(jìn)行互通立交設(shè)計(jì)時(shí)，須事先精確探明管線坐標(biāo)及埋置深度，嚴(yán)格控制橋梁樁基或路基邊坡與管線的凈距；同時(shí)與相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位取得聯(lián)系，進(jìn)行必要的溝通，簽署相關(guān)協(xié)議，必要時(shí)調(diào)整匝道形式，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。