高速公路互通式立交方案設(shè)計(jì)及比選

唐中華

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400060）

0 引言

互通式立交作為高速公路與地方道路的重要連接部分，其方案的設(shè)計(jì)對該地區(qū)路網(wǎng)的交通組織能力和服務(wù)水平具有重要的影響[1]。本文以重慶城南樞紐互通式立交為例，對提出的兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選和詳細(xì)分析，具體如下文所述。

1 工程概況

城南樞紐互通式立交設(shè)置于本項(xiàng)目合川區(qū)十塘鎮(zhèn)白洋灣附近，被交路為三環(huán)高速（銅合段），銅合高速設(shè)計(jì)速度為80km/h，路基寬度為24.5m，互通主要功能是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目與銅合高速之間的交通轉(zhuǎn)換，同時(shí)兼顧本項(xiàng)目北延與合川西環(huán)的順接問題。銅合高速在本項(xiàng)目交叉點(diǎn)處已設(shè)置單喇叭B形城南互通（該互通采用匝道下穿），由于主線穿越九峰山段，受水文地質(zhì)影響，導(dǎo)致起點(diǎn)段縱坡較大。為降低其連續(xù)長大縱坡的坡度，以及便于施工期間銅合高速保通，采取主線上跨被交路的方式，加之原有收費(fèi)站距離交叉點(diǎn)較近，導(dǎo)致原有單喇叭互通匝道利用程度較低。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

互通式立交在設(shè)計(jì)時(shí)需要考量多種因素，例如道路交通量、路網(wǎng)狀況、人流量、交通組成情況、市政規(guī)劃、地形地勢、水文水系、城市發(fā)展等自然和人文條件，重點(diǎn)需要注意以下設(shè)計(jì)原則。

2.1.1 功能性原則

在互通式立交設(shè)計(jì)的過程中需要注意功能區(qū)分，保證現(xiàn)有交通順暢的前提下明確立交路線的方向，盡量減少交叉口的出現(xiàn)，在滿足足夠通行能力的前提下計(jì)算年交通量[2]。

2.1.2 安全性原則

合理設(shè)計(jì)交通的運(yùn)行速度，在保證安全的前提下設(shè)計(jì)立交線形。同時(shí)，需要考慮不同車輛的行駛條件，按照大中型車輛類型設(shè)計(jì)立交道路的線形，尤其是要考慮重型車輛的安全，在立交平縱橫設(shè)計(jì)中注意重型車輛的行駛承受力[3]。對于互通式立交需要注意其視距的設(shè)計(jì)，確保路段之間有足夠的視距，減少行車安全隱患。其次，在互通式立交設(shè)計(jì)時(shí)需要注意按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格把控各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，提高車輛行駛安全性能。

注意結(jié)合實(shí)際地勢地形和交通狀況，針對單喇叭互通立交可以設(shè)計(jì)A形路線，保證立交整體行車的安全性，對于轉(zhuǎn)向交通量較大或者接近的情況下可以采取高標(biāo)準(zhǔn)的互通式立交設(shè)計(jì)方案。

2.1.3 經(jīng)濟(jì)性原則

互通式立交的建設(shè)是一項(xiàng)規(guī)模和投資量相對較大的工程，在立交設(shè)計(jì)時(shí)需要注意在確保交通順暢的情況下盡量減少工程規(guī)模，減少土地征收占用，以經(jīng)濟(jì)性為原則之一，合理設(shè)計(jì)互通式立交道路，確保車輛行駛過程中低油耗，減少車輛行駛帶來的路面損壞，以降低后期的維護(hù)和運(yùn)營成本[4]。

2.1.4 適應(yīng)性原則

互通式立交的設(shè)計(jì)需要充分考慮建設(shè)地的地勢地形等自然條件，因地制宜地采取科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，在保證交通順暢、安全的前提下，盡量減少對周邊環(huán)境的影響，對于未來交通量具有巨大潛力的路段，提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)。其次，立交的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展等人文條件，不可因建設(shè)互通式立交而影響當(dāng)?shù)厝说恼Ｉ頪5]。

2.1.5 方案比選原則

重視互通式立交設(shè)計(jì)方案的比選，在進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較過程中，需要全方面地考慮各種復(fù)雜因素對方案的影響，如使用功能、工程規(guī)模、周邊環(huán)境、工程造價(jià)等[6]。根據(jù)位置、互交方式、立交選型、布設(shè)方案等來進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，選擇最優(yōu)的互通式立交工程方案。

2.2 交通量預(yù)測情況

通過對區(qū)域路網(wǎng)分析，銅梁方向車輛前往重慶主城及江津基本不會選擇本項(xiàng)目通過，而是選擇渝遂高速或渝遂擴(kuò)能線（規(guī)劃），而隨著渭沱工業(yè)園以及規(guī)劃的合川西環(huán)的建設(shè)，通過本樞紐前往合川渭沱方向車流量將較大，因此將銅梁至江津方向調(diào)整為次主交通流向。

通過現(xiàn)場觀測及對銅合高速現(xiàn)有交通數(shù)據(jù)分析，北碚至江津方向設(shè)計(jì)末年轉(zhuǎn)向交通量為980pcu/h，為主交通流向；銅梁至合川方向設(shè)計(jì)末年轉(zhuǎn)向交通量為597pcu/h，為次主交通流向；其他方向?yàn)榇谓煌飨颉?/p>

2.3 地形地貌及地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地形較平緩，總體為盆嶺相間構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。立交區(qū)山包和槽谷相間，形成開闊槽谷、渾圓狀中低山相接。擬建線路位于山包間槽谷和地勢低洼地段。地面高程226.32～252.00m，相對高差約25.68m，地形坡度一般5～26°。工程區(qū)位處梓里場背斜南西翼，地表為土層覆蓋，地表土體無變形跡象，現(xiàn)狀整體穩(wěn)定；工程區(qū)未見滑坡、泥石流等其他不良地質(zhì)現(xiàn)象，場地穩(wěn)定性良好。

2.4 技術(shù)指標(biāo)的選取

本互通為樞紐互通，匝道擬采用設(shè)計(jì)速度40～60km/h。根據(jù)交通量計(jì)算，本互通匝道出入口采用單車道出入口，按規(guī)范要求針對不同匝道分別選用單車道和雙車道匝道的設(shè)計(jì)思路，匝道寬度滿足通行要求。

2.5 變速車道的形式及長度

針對主線的單車道加速車道一般采用平行式，長度按不小于200m，漸變段長度按不小于80m控制；單車道減速車道一般采用直接式，長度按不小于125m，漸變段長度不小于90m控制。針對銅合高速（設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h）的單車道加速車道一般采用平行式，長度按不小于180m，漸變段長度按不小于70m控制；單車道減速車道一般采用直接式，長度按不小于110m，漸變段長度不小于80m控制。具體設(shè)計(jì)中加減速車道、漸變段長度根據(jù)縱坡情況計(jì)入影響系數(shù)。

2.6 方案設(shè)計(jì)情況

本互通式立交無交織段設(shè)計(jì)，方案主要控制因素有：現(xiàn)狀銅合高速、規(guī)劃的合川西環(huán)、高壓線、車道平衡、現(xiàn)有城南下地互通及合川服務(wù)區(qū)、主線縱坡等。

（1）方案一：雙環(huán)半苜蓿葉型

方案一采用雙環(huán)半苜蓿葉型，該立交位于合川區(qū)十塘鎮(zhèn)白陽灣村附近現(xiàn)有城南下地互通處，與主線交叉角度90°，主線上跨三環(huán)高速?；ネǚ秶骶€全長1 530m?；ネǚ秶骶€平面位于R＝1500m的S形曲線上，立交范圍內(nèi)最大縱坡為2.0%，主線平縱指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。設(shè)置A、C兩條半定向匝道連接北碚至江津、合川至銅梁的主要方向，兩條環(huán)形匝道連接江津至銅梁、合川至北碚的次要方向，其余方向匝道均直接連接。立交共兩層，三環(huán)高速為最下層，合璧津高速為最上層，A、C匝道均下穿合璧津高速并上跨三環(huán)高速，減小立交層數(shù)與規(guī)模，見圖2。

圖1 城南樞紐互通方案一平面圖

（2）方案二：雙環(huán)半定向組合式

方案二互通式立交采用雙環(huán)半定向組合式，其位置與方案一一致。主線上跨三環(huán)高速。互通范圍主線全長1 560m。互通范圍主線平面最小半徑R＝1500m，立交范圍內(nèi)最大縱坡為2.5%，主線平縱指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。設(shè)置A、C兩條半定向匝道連接北碚至江津、合川至銅梁的主要方向，兩條環(huán)形匝道連接江津至銅梁、合川至北碚的次要方向，其余方向匝道均直接連接。立交共三層，三環(huán)高速為最下層，合璧津高速為最上層，A、C匝道為中間層，下穿合璧津高速并上跨三環(huán)高速，見圖2。

圖2 城南樞紐互通方案二平面圖

3 方案比選情況

根據(jù)主線總體布設(shè)，結(jié)合交通流主次分布，結(jié)合地形、地質(zhì)、地物等建設(shè)條件，綜合服務(wù)的對象，確定初步設(shè)計(jì)方案一與方案二做同精度比選。

3.1 方案一優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）匝道布設(shè)與交通流量流向匹配，交通功能好，立交形式簡單，交通導(dǎo)向性好。

（2）橋梁規(guī)模小，匝道交叉角度大，施工難度小。

（3）較好地結(jié)合現(xiàn)狀地形，A、B匝道均下穿主線并上跨三環(huán)高速，距離交叉點(diǎn)遠(yuǎn)，減小立交層數(shù)與規(guī)模。

（4）作為樞紐立交，立交形式對稱美觀，景觀造型好。

3.1.2 缺點(diǎn)

為保證主交通流向匝道的通行能力，結(jié)合交通量預(yù)測，A、B匝道采用60km/h，最小半徑采用120m，導(dǎo)致互通占地面積大，造價(jià)相對高。

3.2 方案二優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）匝道布設(shè)與交通流量流向匹配，主方向匝道指標(biāo)高交通功能好，立交形式簡單，交通導(dǎo)向性好。

（2）作為樞紐立交，立交形式對稱美觀，景觀造型好。

（3）占地面積小，工程造價(jià)稍低。

3.2.2 缺點(diǎn)

由于交叉點(diǎn)距離較近，主線為保證同時(shí)上跨三環(huán)和A、C匝道其橋梁高度相對方案一高，立交層數(shù)變?yōu)?層，橋梁規(guī)模增大。

兩種方案主要工程量及具體情況見表1。

表1 方案比較

經(jīng)比選，兩方案均可滿足交通量的轉(zhuǎn)換需求，方案一工程規(guī)模相對小，匝道交叉跨越角度大，方便施工，但占地規(guī)模稍大；方案二能最大程度保證主交通流向的車輛轉(zhuǎn)換效率，但橋梁工程規(guī)模大，且施工難度大。故本階段暫定方案一為推薦方案。

4 安全性評價(jià)

對于立交范圍內(nèi)的高速公路主要可以從以下五個(gè)方面進(jìn)行安全性評價(jià)：運(yùn)行速度、通行能力、交通工程、路基路面和路線一致性。就運(yùn)行速度而言，不同路段的大中型客車和貨車行駛速度協(xié)調(diào)性比較好，但大多數(shù)客車運(yùn)行速度都在時(shí)速90～110km范圍，與公路的設(shè)計(jì)速度最大相差20～30km/h，考慮到較大的速度差，針對此路段建議設(shè)置“大型車靠右”的標(biāo)識，將不同車速的車輛進(jìn)行分流，減少因?yàn)樗俣炔町a(chǎn)生的交通隱患。

雖然互通出入口具有較好的一致性，但由于復(fù)雜的立交樞紐和交叉路段，為了保證行車安全，需要增加曲線視線誘導(dǎo)，通過增加路面指向標(biāo)線來提高車輛行駛的安全性。

匝道集散車道未來的服務(wù)水平均可以達(dá)到C等級，交織區(qū)平穩(wěn)的車輛運(yùn)行并不能保證道路的運(yùn)行質(zhì)量，微小的車流量變化都會導(dǎo)致未來交織區(qū)車輛運(yùn)行速度降低，交通量增加，進(jìn)入無秩序交通狀態(tài)，因此需要考慮適當(dāng)增加交織區(qū)交織段車道數(shù)量，以形成新的互通式立交道路。

5 結(jié)語

綜上，互通式立交設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮路網(wǎng)功能情況、交通條件、地形地質(zhì)情況、工程規(guī)模、造價(jià)及環(huán)境影響等多方面因素，具體比選方式上應(yīng)通過在不同的位置、不同的交叉方式、不同的立交選型、不同的布設(shè)方案等進(jìn)行比較，同時(shí)還應(yīng)對立交的工程方案進(jìn)行比選，最終優(yōu)選出最為合理的設(shè)計(jì)方案。