蘭海高速公路石灣樞紐互通改擴(kuò)建設(shè)計方案研究

張洪輝

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，建設(shè)年代較早的部分高速公路車流量越來越大，已經(jīng)達(dá)到或超過其設(shè)計通行能力，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，改擴(kuò)建已成為當(dāng)前眾多干線高速公路通行能力提升的重要手段，而樞紐互通的改擴(kuò)建更是高速公路改擴(kuò)建的關(guān)鍵控制性工程。樞紐互通改擴(kuò)建方案的成敗，將直接影響到整個改擴(kuò)建項目的成敗。

1 互通式立交改擴(kuò)建主要方式

互通式立體交叉擴(kuò)建的方式主要有原位擴(kuò)建、原位改建和移位重建3種方式，根據(jù)現(xiàn)場地形地貌情況及改擴(kuò)建后的交通需求，因地制宜地進(jìn)行選擇，也可以是以上3種基本方式的組合。

1.1 原位擴(kuò)建

原位擴(kuò)建就是在現(xiàn)狀立體交叉的基礎(chǔ)之上，局部改造部分匝道，立體交叉的位置基本不變[1]。該方式具有節(jié)省占地和新增用地數(shù)量少的優(yōu)勢，基本不調(diào)整原道路及交叉的路基、橋梁平縱參數(shù)，盡量多地利用原有結(jié)構(gòu)，投資低、工期較短，是目前改擴(kuò)建施工中應(yīng)用最廣泛的方式。但原位擴(kuò)建受原位立體交叉的約束過多，改造靈活性低，設(shè)計指標(biāo)提高困難，有時難以實現(xiàn)改擴(kuò)建目標(biāo)，且施工對原有交通影響較大，匝道平、縱面設(shè)計的靈活性較低，其幾何設(shè)計指標(biāo)提高困難，甚至?xí)陀诂F(xiàn)狀水平，施工期間交通受影響較大。

1.2 原位改建

原位改建保留互通原有位置不變，改造互通形式以及匝道設(shè)計參數(shù)等方面[2]。若互通的遠(yuǎn)景轉(zhuǎn)向交通量高于當(dāng)前的交通量，現(xiàn)狀難以滿足將來的交通量要求，必須提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時，該方法比較適用。原位改建可部分利用原有用地和結(jié)構(gòu)物，在不對道路進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整的情況下，使匝道平、縱面設(shè)計靈活性得到較大的提高，但工程費用也相應(yīng)增大，且施工期間對交通的影響較大。

1.3 移位重建

移位重建是由于周邊路網(wǎng)結(jié)構(gòu)或者主要交通需求發(fā)生重大變化，原位擴(kuò)建或原位改建均不能滿足未來交通量的需求，必須在附近新建一個立體交叉取代原有交叉以滿足該地區(qū)將來的交通要求[3]。移位重建類似于新建立體交叉，可以不受原有工程的約束，根據(jù)新的地形條件和交通需要進(jìn)行互通方案設(shè)計，但造價較高，工期較長。

2 石灣樞紐互通改擴(kuò)建設(shè)計

2.1 項目概況

蘭州至海口高速公路中廣西南寧至欽州段、欽州至防城港段和欽州至北海段為《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013—2030年)》“7射、11縱、18橫”主干線中蘭州至?？?G75)高速公路的重要組成部分。蘭海高速公路欽州至北海段于2000年10月建成通車，至今已運營20年。為滿足日益增長的交通需求，需對既有的四車道高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建，兩側(cè)各拼寬兩條車道后成為雙向八車道的高速公路。

石灣互通位于合浦縣東北面約10 km的沙朗村附近，是蘭州至海口高速公路與北海支線(貴港至合浦高速公路即三江至北海高速公路)相交而設(shè)置的樞紐互通立交，現(xiàn)狀為帶集散道完全苜蓿葉形互通式立體交叉，主線下穿。被交路為雙向四車道高速公路，路基寬26 m，內(nèi)環(huán)最小半徑為60 m，右轉(zhuǎn)彎車道采雙車道匝道，其余環(huán)形為單車道匝道。目前該互通已不能滿足南寧來往北海方向的交通量，需要調(diào)整互通型式，提高該方向交通流量，改為半連式匝道。

2.2 石灣互通交通量分析

根據(jù)交通量預(yù)測，2042年北海來往南寧方向交通量為7 036輛/d，折算小時交通量為880輛/h，為主交通流方向，如下頁圖1所示。

圖1 石灣互通交通量預(yù)測圖(輛/d)

互通所在地形為平原丘陵地形，相對高差一般在30 m內(nèi)，根據(jù)交通量大小分布及外業(yè)調(diào)查分析，充分利用原互通立交范圍進(jìn)行擴(kuò)建。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)狀石灣互通主要存在以下問題：

(1)北海往南寧方向為主交通流方向，B匝道、F匝道與G匝道出入口均為小間距匯流分流出入口，出口不夠明確，行車交通誘導(dǎo)不夠清晰。

(2)交通量主交通流方向B匝道出入口均為單車道，未能解決該方向交通擁堵的問題，需要改建為雙車道雙出入口，增加輔助車道。

(3)施工階段交通組織難度大且西南象限拆遷量較大。

2.3 改擴(kuò)建設(shè)計思路

石灣樞紐互通立交作為蘭海高速公路連接三北高速公路及北海支線的重要樞紐工程，是欽北地區(qū)交通的重大節(jié)點，其改擴(kuò)建有著牽一發(fā)而動全身的影響，改擴(kuò)建方案的設(shè)計，必須著眼于盡量滿足交通量發(fā)展的需求，同時盡量避免對原有道路的干擾。以工可互通方案為基礎(chǔ)，結(jié)合施工組織和施工保暢通方面考慮，現(xiàn)擬定兩個互通方案。

2.3.1 方案一

石灣樞紐互通式立體交叉方案一(見圖2)，根據(jù)預(yù)測主交通量方向，擬定采用“單環(huán)+外轉(zhuǎn)彎”半定向形樞紐互通立交。本方案對石灣互通的B、D、F、H這4個右轉(zhuǎn)匝道均廢棄拆除重建，對A、C、G這3個左轉(zhuǎn)方向(北?！蠈帯⒄拷焙?、貴港—湛江)采用半定向匝道，新建匝道橋采用全鋼箱梁的上部構(gòu)造形式，減少對原有交通的影響，原有匝道廢棄拆除，對E匝道(南寧—貴港)原位擴(kuò)建。

方案一(圖1)共設(shè)8條匝道，各匝道設(shè)計速度及路基寬度劃分較為復(fù)雜，具體設(shè)計方案如下：

(1)A、B、C、D匝道為雙出入口的單向雙車道匝道，設(shè)計速度為80 km/h。A匝道起點至與D匝道分流前、B匝道與C匝道合流后至B匝道終點前右側(cè)硬路肩采用3 m，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度采用13 m，A、B匝道其余部分及C、D匝道右側(cè)硬路肩采用1 m，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度采用11 m。

圖2 石灣互通改造方案一平面設(shè)計圖

(2)受房屋征拆的情況限制，E匝道保留原有環(huán)形左轉(zhuǎn)匝道的形式不變，原位進(jìn)行擴(kuò)建，采用單車道匝道，設(shè)計速度為50 km/h。E匝道從原三北高速公路跨本項目主線橋的邊跨下穿北海支線(三北高速公路)，需對部分原橋梁錐坡進(jìn)行開挖，加建擋墻。為了減少對原有橋梁錐坡的開挖寬度，E匝道在下穿三北高速公路的樁號路段硬路肩采用3 m，路基寬度為9 m，其余路段硬路肩采用4.5 m，路基寬度為10.5 m。

(3)F匝道采用單車道匝道，設(shè)計速度為80 km/h，路基寬度為10.75 m。

(4)G匝道采用單出入口的雙車道匝道。G匝道與F匝道相鄰路段設(shè)計速度為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為11 m，其余路段設(shè)計速度采用60 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為10.5 m。

(5)H匝道采用單出入口的雙車道匝道，設(shè)計速度為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為11 m。

(6)原三北高速公路上跨本項目主線的舊橋上構(gòu)為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，跨徑為(16+25+25+16) m，橋面凈寬為單側(cè)18.55 m。本方案擬完全利用該橋，E匝道從該橋南側(cè)邊跨下穿越。由于E匝道下穿原舊橋處，為了盡量減少對舊橋錐坡的開挖，E匝道盡量向左靠，其左側(cè)路基邊緣線與舊橋橋墩的邊緣線齊平，可避免拆遷三北高速公路跨線橋，最大程度降低對高速公路正常運營的影響。

本方案共計拆除3條左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道，新建3座匝道橋。其優(yōu)點是道路線形指標(biāo)較高，主要轉(zhuǎn)向交通流方向順適，各匝道施工時對原有匝道影響較小。同時，避免了對三北高速公路(北海支線)上跨蘭海高速公路主線橋的拆除重建，社會效益較好；缺點是橋梁工程量大，全鋼箱梁的上部構(gòu)造雖然能節(jié)省工期，但造價較高。

2.3.2 方案二

石灣樞紐互通式立體交叉方案二(見圖3)，根據(jù)預(yù)測主交通流方向，擬定為采用對稱“雙環(huán)+外轉(zhuǎn)彎”半定向形樞紐互通立交。與方案一的本質(zhì)區(qū)別在于設(shè)置了集散道(J匝道)，G匝道由半定向匝道改為環(huán)形匝道。

圖3 石灣互通改造方案二平面設(shè)計圖

石灣互通方案二共設(shè)9條匝道，各匝道設(shè)計速度及路基寬度劃分較為復(fù)雜，具體設(shè)計方案如下：

(1)A、B、C、D匝道采用雙出入口的單向雙車道匝道，設(shè)計速度為80 km/h。A匝道起點至與D匝道分流前、B匝道與C匝道合流后至B匝道終點前右側(cè)硬路肩采用3 m，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度采用13 m。A、B匝道其余部分及C、D匝道右側(cè)硬路肩采用1 m，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度采用11 m。

(2)E、G匝道采用單車道匝道，設(shè)計速度為50 km/h，路基寬度為10.5 m。兩匝道及集散道從原三北高速公路跨本項目主線橋的邊跨下穿北海支線(三北高速公路)，需對橋梁邊跨進(jìn)行拆除重建或重建橋臺。

(3)F、H匝道采用單出入口的雙車道匝道，設(shè)計速度為80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為11 m。

(4)集散道(J匝道)與B匝道分流前及與D匝道合流后設(shè)計速度采用80 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為11 m；其余部分設(shè)計速度采用60 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度為10.5 m。集散道(J匝道)及E、G匝道從原三北高速公路跨本項目主線橋的邊跨下穿北海支線(三北高速公路)，需對橋梁邊跨拆除重建或重建橋臺。

本方案共計拆除兩條左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道，新建兩座匝道橋，對兩條左轉(zhuǎn)環(huán)形匝道進(jìn)行原位擴(kuò)建。其優(yōu)點是橋梁工程量較小，造價較方案一低。缺點是由于集散車道J存在交通流的交織，在安全性上存在一定隱患。另外，由于該集散車道的兩個環(huán)形匝道均保留，現(xiàn)在三北高速公路(北海直線)的上跨橋橋下凈寬不足，同時橋面寬度也不能滿足G匝道與三北高速公路交匯的要求，故需對上跨橋的邊跨進(jìn)行拆除新建，施工工期長，對原有交通影響較大，社會效益較差。

2.4 方案比選

(1)從工程規(guī)模比較：方案一平縱面指標(biāo)較高，施工期間能保暢通，缺點是匝道橋梁長度為2 103.28 m，比方案二增加560 m；方案二橋梁長度短，但是集散車道從舊橋下穿，需對橋梁錐坡進(jìn)行拆除。從工程規(guī)模分析，方案一的工程規(guī)模比方案二的工程規(guī)模大。

(2)從識別視距方面比較：方案一的匝道與主線未存在交通交織，行車安全性好。方案二的匝道與主線集散車道位置存在交通交織，對行車存在安全隱患。從安全方面考慮分析，方案一比方案二行車安全。

(3)從施工期間對運營方面的考慮：方案一可完全利用三北高速公路橋梁，不需要拆除重建處理。方案二需要拆除橋梁重建邊跨，會影響到橋梁的安全性，對原有交通造成重大影響，對施工期間保暢通交通組織難度大，即對蘭海高速公路、三北高速公路運營存在影響較大，降低了高速公路服務(wù)水平。從施工期間保暢通方面分析，方案一比方案二優(yōu)越，有利于加快施工進(jìn)度，避免該重要節(jié)點的交通擁堵。

(4)總體評價推薦：方案一對沿海高速公路交通運營干擾較小，匝道與主線未存在交織區(qū)域，行車安全性較高。該互通方案以安全性和施工期間保暢通為主，故推薦方案一。

3 結(jié)語

本文綜合對比兩個方案的優(yōu)缺點后，對石灣樞紐互通的改擴(kuò)建推薦方案一。同時，考慮到匝道橋全鋼箱梁的上部結(jié)構(gòu)形式造價較高，且鋼箱梁的吊裝對場地要求也較高，在互通場地內(nèi)部分橋跨大型履帶吊和運輸車輛無法進(jìn)入，故建議3座匝道橋僅在上跨蘭海高速公路主線、三北高速公路及北海支線的位置采用鋼箱梁，其余橋跨可采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，以節(jié)省造價。