直埠南樞紐互通方案研究

梁 戰(zhàn)， 邊 迪， 肖 勇， 李 靚， 黃梟楠

(浙江數(shù)智交院科技股份有限公司， 杭州 310000)

直埠南樞紐位于杭州繞城高速公路西復(fù)線(杭州二繞)的終點(diǎn)，是杭州繞城高速西復(fù)線與杭(州)金(華)衢(州) 高速、諸永高速交叉設(shè)置的樞紐互通式立交，與現(xiàn)狀直埠樞紐構(gòu)成復(fù)合式互通立交，杭州二繞樁號(hào)K149+460.858，杭金衢高速樁號(hào)K51+419.581。直埠南樞紐地處諸暨市直埠鎮(zhèn)，位于直埠鎮(zhèn)南側(cè)約2.9 km，樞紐主要功能是實(shí)現(xiàn)杭州二繞與杭金衢高速、諸永高速間的交通量轉(zhuǎn)換，項(xiàng)目地理位置如圖1所示。

1 建設(shè)條件及流量分析

1.1 地形地物

互通區(qū)范圍地勢(shì)較為平坦，多為農(nóng)田，附近有村莊分布。樞紐西側(cè)為山嶺，由西向東高程逐漸降低。周邊主要村莊為杭金衢西側(cè)的汪家村、紅塢口村、張大隆村，東側(cè)為霞橋頭村，工程方案盡量減少對(duì)村莊的拆遷。樞紐區(qū)北側(cè)為現(xiàn)狀連接杭金衢高速與諸永高速的直埠互通，兩者相距約700 m，構(gòu)成復(fù)合式立交。杭金衢高速剛完成從雙向4車道變?yōu)殡p向8車道的擴(kuò)建，直埠樞紐以北為新嶺隧道，擴(kuò)建后的新嶺隧道分合流與直埠樞紐匝道出入口之間存在行車交織，本工程未涉及新嶺隧道至直埠樞紐路段間的匝道出入口改建。樞紐南側(cè)的杭金衢高速K52+645～K53+000東側(cè)為高挖方邊坡，本工程宜盡量避免對(duì)高挖方邊坡的二次拓寬。杭金衢高速東側(cè)有杭長高鐵，走向與高速公路大致平行，間距約370 m。樞紐區(qū)主要地方道路為三聯(lián)線，三級(jí)公路，上跨杭金衢高速公路，下穿現(xiàn)狀直埠樞紐杭州至溫州方向匝道。樞紐區(qū)范圍控制因素較多，對(duì)互通布設(shè)影響較大。樞紐區(qū)地貌如圖2所示。

圖1 直埠南樞紐地理位置示意

圖2 樞紐區(qū)地貌

1.2 交通流向

現(xiàn)狀已建成的直埠樞紐主要流向?yàn)楹贾荨獪刂莘较?，金華—溫州方向相對(duì)較小。本次新建匝道中湖州—金華方向?yàn)榻煌ㄖ髁飨?，湖州—溫州方向次之，其余方向交通量相?duì)較小。交通量預(yù)測(cè)如圖3所示。

單位：pcu/d

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

杭州二繞高速公路為雙向6車道[1]，杭金衢高速公路為雙向8車道，諸永高速公路現(xiàn)狀為雙向4車道[2]。各路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1) 道路等級(jí)

杭州二繞、杭金衢、諸永：高速公路。

2) 設(shè)計(jì)速度

杭金衢：120 km/h；杭州二繞、諸永：100 km/h。

3) 凈空標(biāo)準(zhǔn)

高速公路：≥5.0 m；匝道：≥5.0 m。

4) 路基橫斷面寬度

杭金衢：42 m；杭州二繞：33.5 m；諸永：26 m；匝道：9 m / 10.5 m。

5) 匝道

主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

3 樞紐方案研究

前期工可階段結(jié)合互通功能、地形限制、運(yùn)營影響和造價(jià)等因素，提出了5個(gè)方案進(jìn)行研究。

3.1 方案A

方案A如圖4所示，路線穿汪村隧道和紅塢口村至直埠樞紐，直接對(duì)接諸永高速，構(gòu)成十字型樞紐。

圖4 方案A

本方案湖州與溫州方向采用主線形式對(duì)接，線形指標(biāo)較高，但存在以下問題：

1) 現(xiàn)狀直埠樞紐改造為十字型后，與諸永高速前方直埠互通端部間距進(jìn)一步縮短，即交織距離縮短，需改造為帶集散道的復(fù)合式立交[4]，勢(shì)必對(duì)現(xiàn)狀2個(gè)互通進(jìn)行大規(guī)模改建，實(shí)施期間需中斷諸永高速公路交通，保通難度大，實(shí)施難度大；

2) 從樞紐設(shè)置條件分析，主線前方設(shè)置了汪家隧道，距離杭金衢高速僅約1.2 km，隧道出洞口距離樞紐出口減速車道凈距僅約200 m，不滿足規(guī)范要求，或需對(duì)隧道進(jìn)行加寬，工程規(guī)模大；

表1 互通式立交匝道技術(shù)指標(biāo)[3]

3) 從政策處理方面分析，改造直埠樞紐為十字型樞紐[5]，路線直接從村莊中間穿過，造成紅塢口村近200戶村民搬遷，拆遷難度大，影響建設(shè)工期。

3.2 方案B

方案B如圖5所示，杭州二繞與諸永高速直接對(duì)接，新建雙喇叭互通連接杭金衢高速，利用現(xiàn)狀直埠樞紐杭州—溫州方向2條匝道，廢除金華—溫州方向2條匝道，車輛通過新建雙喇叭匝道[6]進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

圖5 方案B

本方案湖州與溫州方向采用主線形式對(duì)接，線形指標(biāo)較高，但存在以下問題：

1) 為避免杭金衢主線上的行車交織，廢除現(xiàn)狀直埠樞紐金華—溫州方向2條匝道。這樣造成金華—溫州方向、湖州—杭州方向需通過雙喇叭繞行，繞行距離大，社會(huì)效應(yīng)低，同時(shí)廢除現(xiàn)狀匝道存在較大的社會(huì)影響；

2) 從交通量和樞紐功能分析，本樞紐交通主流向?yàn)楹荨鹑A方向，湖州—溫州方向交通流相對(duì)較少，而采用雙喇叭的立交形式與轉(zhuǎn)換交通不匹配，往溫州次流向線形較高，而主流向匝道線形相對(duì)較低，且雙喇叭中間路段存在行車交織區(qū)，減低匝道服務(wù)水平和通行效率；

3) 從政策處理方面分析，對(duì)汪家村和直埠三小需整體搬遷，拆遷量較大，政策處理和工程實(shí)施難度較大。

3.3 方案C

方案C如圖6所示，采用匝道與諸永高速公路對(duì)接，構(gòu)成復(fù)合式立交，通過3個(gè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)各方向的交通流轉(zhuǎn)換[7]。該方案存在以下問題：

1) 從政策處理方面分析，方案C將直埠鎮(zhèn)的幾個(gè)村莊圍合在樞紐匝道里面，對(duì)村民的出行及地方今后的發(fā)展形成限制，地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)持反對(duì)意見；

2) 從樞紐區(qū)指標(biāo)看，受拆遷及與隧道間距影響，湖州—溫州方向匝道最小平曲線半徑為160 m，金華—湖州方向匝道最小平曲線半徑為210 m，該方向匝道平面線形指標(biāo)并未明顯提升，且交通轉(zhuǎn)換通過3個(gè)節(jié)點(diǎn)完成，占地大，功能分散，給建成后的管理和指路等方面增加難度；

3) 諸永高速上增加了一個(gè)分合流鼻，為滿足匝道相鄰兩端部間距，需將現(xiàn)狀匝道分匯流鼻往溫州方向改移，使得與前方直埠互通的鼻端間距縮小，進(jìn)一步縮短交織距離[8]，影響行車安全。

圖6 方案C

3.4 方案D

方案D如圖7所示，在杭金衢高速公路兩側(cè)設(shè)置集散道，將杭金衢上的匝道出入口串聯(lián)起來，直埠南樞紐和現(xiàn)狀直埠樞紐構(gòu)成復(fù)合式立交[9]，拆遷少，對(duì)周邊村莊影響小，但存在以下問題：

1) 集散道上2個(gè)T形樞紐之間交織距離僅為190 m，無法確保行車安全性；

2) 杭州往返溫州方向匝道出入口需改建，與樞紐區(qū)北側(cè)新嶺隧道(3+2+2+3洞形式)的交織距離縮短；

3) 現(xiàn)狀樞紐的4個(gè)端部需改造銜接到集散道上，施工對(duì)樞紐的運(yùn)營影響較大，保通難度大。

圖7 方案D

3.5 方案E

方案E如圖8所示，將新建T型樞紐(直埠南樞紐)靠近現(xiàn)狀直埠樞紐設(shè)置，構(gòu)成雙T形復(fù)合式樞紐互通，消除了行車交織[10]，提高了通行效率和行車安全性，將現(xiàn)狀直埠樞紐金華至溫州出口關(guān)閉，出口前移與新建互通出口合并為一個(gè)，同時(shí)互通布設(shè)盡量減少征地拆遷，降低工程造價(jià)。

經(jīng)前期的論證分析，方案A～C采用匝道與諸永高速對(duì)接的方案，縮小了諸永高速上直埠樞紐與直埠互通之間的交織距離，降低了行車安全性，工程規(guī)模大，實(shí)施過程中導(dǎo)致交通中斷，對(duì)運(yùn)營影響大；

圖8 方案E

同時(shí)降低了湖州—金華方向主交通流的線形指標(biāo)[11]，立交的布置與交通流特點(diǎn)不匹配；政策處理的難度也大。方案D設(shè)置集散道將兩T形樞紐串聯(lián)起來，構(gòu)成復(fù)合式立交，集散道上交織距離過短，無法確保行車安全性。方案E采用雙T形復(fù)合式樞紐，消除了行車交織，提高了通行效率和行車安全性。綜合各因素后推薦采用方案E，并進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

4 推薦方案E設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目與杭金衢高速公路相交采用內(nèi)交叉T形立交，與現(xiàn)狀直埠樞紐構(gòu)成復(fù)合式立交?；ネú贾帽荛_樞紐區(qū)主要村莊、杭金衢高速K52+645～K53+000東側(cè)的高挖方邊坡，同時(shí)盡量避開涉及到對(duì)杭金衢高速上新嶺隧道與直埠樞紐之間交織路段、諸永高速上直埠樞紐與直埠互通之間交織路段的改造和影響，不縮短其現(xiàn)狀的交織距離[12]。

結(jié)合樞紐交通量預(yù)測(cè)，湖州—金華為轉(zhuǎn)向交通主流向，新建左轉(zhuǎn)匝道采用內(nèi)轉(zhuǎn)彎半直連式，金華—湖州方向A匝道避開挖方邊坡段駛離杭金衢后上跨高速再落地，平曲線最小半徑290 m；湖州—溫州方向C匝道先后上跨A匝道、杭金衢高速，再落地分道，至杭州方向車流匯入杭金衢高速，至溫州車流利用現(xiàn)狀匝道接入，平曲線最小半徑260 m；金華—溫州方向匝道出口改至提前，與A匝道一起駛離杭金衢高速后再在匝道上分流，從外圍走，從而避免交織；同理，溫州—湖州方向匝道從溫州—金華方向匝道中途路基接出；杭州—湖州方向匝道從杭州—溫州方向匝道中途路基接出。本方案交通組織清晰[13]，整個(gè)復(fù)合式立交沒有行車交織，提高了行車安全性。匝道布置盡量貼近杭金衢高速公路，占地少、拆遷少、對(duì)周圍村莊影響小、施工對(duì)既有高速和匝道營運(yùn)影響小。

直埠南樞紐與現(xiàn)狀直埠樞紐構(gòu)成復(fù)合式立交，交通組織清晰，互通布置與轉(zhuǎn)向交通適應(yīng)性好，主流向匝道(湖州—金華)平縱指標(biāo)較高，征地、拆遷量較少，施工期對(duì)現(xiàn)狀直埠樞紐的運(yùn)營影響較小，方案如圖9所示。

圖9 直埠南樞紐

1) 匝道設(shè)計(jì)

匝道設(shè)計(jì)速度A、B(湖州—金華)匝道采用80 km/h，C、D(湖州—溫州)、F(金華—溫州)、G(杭州—湖州)、E(湖州—杭州)匝道采用60 km/h。現(xiàn)狀YA、YC(杭州—溫州)、YB、YD(金華—溫州)匝道設(shè)計(jì)速度為60 km/h。結(jié)合匝道設(shè)計(jì)速度、轉(zhuǎn)向交通量、匝道長度及考慮超車需求確定匝道橫斷面，A、B匝道采用設(shè)緊急停車帶的單向雙車道匝道，路基寬度12.75 m；C、D、F、G匝道采用無緊急停車帶的單向雙車道匝道[14]，路基寬度10.5 m，E匝道采用單向單車道匝道，路基寬度9 m?，F(xiàn)狀YA、YC(杭州—溫州)匝道為無緊急停車帶的單向雙車道匝道，路基寬度10.5 m，YB、YD(金華—溫州)匝道為單向單車道匝道，路基寬度8.5 m。本次新建匝道圓曲線最小半徑180 m，凸形豎曲線最小半徑 2 038.123 m，凹形豎曲線最小半徑2 981.651 m，最大縱坡3.6%。

2) 連接部設(shè)計(jì)

減速車道采用直接式，A匝道為雙車道出口，減速車道長度為225 m，輔助車道與漸變段長度為300 m+90 m，漸變率采用1/22.5。B匝道入口為雙車道，加速車道采用直接式[15]，加速車道長度為400 m，輔助車道與漸變段長度為400 m+180 m，E匝道加速車道采用平行式，加速車道與漸變段長度為233.553 m+90 m。B、C匝道按主線相互分流考慮，A、D匝道按主線相互合流考慮。

3) 樞紐區(qū)橋梁設(shè)計(jì)

為提高結(jié)構(gòu)裝配化、預(yù)制化，提升橋梁施工質(zhì)量，減少后期裂縫，提高結(jié)構(gòu)耐久性，A匝道上跨杭金衢高速主橋采用(45+40)m鋼混組合梁，引橋一般路段采用30 m跨徑T梁，匝道分合流路段考慮變寬變超高因素采用22 m跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土疊合T梁。C匝道上跨杭金衢高速主橋采用(45+40)m鋼混組合梁，引橋采用30 m跨徑T梁?？缭降胤降缆返耐ǖ罉虿捎?6 m跨徑的矮T梁。

直埠南樞紐主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 新建直埠南樞紐主要技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)束語

近年來我國交通建設(shè)迅猛發(fā)展，路網(wǎng)不斷加密，隨著高鐵、城鎮(zhèn)發(fā)展村莊越發(fā)密集、高壓電力線、地埋油氣管線等限制，為高速公路樞紐的設(shè)置帶來越來越多的限制。通過本工程方案設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)如下：

1) 對(duì)于在既有高速上增設(shè)或改建樞紐，應(yīng)結(jié)合地形地物、運(yùn)營保通、用地條件、造價(jià)等實(shí)際情況，前期需進(jìn)行多種思路的方案研究，篩選出有價(jià)值的方案，供后期進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)中需滿足交通轉(zhuǎn)換功能，并把握好設(shè)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用，處理好交通與土地、環(huán)境、管線等的相互關(guān)系。

2) 受周圍環(huán)境、地形地物、政策處理等因素限制，將T形樞紐直接改造為十字形樞紐存在困難時(shí)，可考慮將十字樞紐布置為雙T形錯(cuò)位布置的復(fù)合式樞紐，匝道布局盡量貼近既有高速公路，減少征地拆遷規(guī)模，減少對(duì)既有匝道的拆除和改建，利于老路保通。

3) 采用雙T形錯(cuò)位布置的復(fù)合式樞紐，2個(gè)T形樞紐是復(fù)合的，受相鄰互通間距限制，若直接在主線上進(jìn)出，會(huì)造成在主線上直接交織，存在安全隱患。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是設(shè)置貫通的集散道，在集散道上設(shè)置匝道進(jìn)出口，再通過集散道接入高速公路主線，但這種情況是將交織區(qū)移到集散道上，不盡理想。故有條件時(shí)可考慮采用匝道提前分流和延后匯流的交通組織方式，或匝道之間立體交叉的方式，盡量減少或消除匝道上的行車交織區(qū)，提高行車安全。