昔陽至榆次高速公路昔陽樞紐立交方案研究

籍曉靖

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司,山西 太原 030012)

昔陽至榆次高速公路是山西省高速公路網(wǎng)的重要組成部分,作為新建工程,與已運營的陽泉至左權(quán)高速公路交叉需要設(shè)立交方案,以滿足交通轉(zhuǎn)換需求。由于交叉位置陽泉至左權(quán)高速前后分別布設(shè)有鳳居隧道和大寨服務(wù)區(qū),另兩條高速高差達27 m,對于立交方案的布設(shè),如何在有限空間內(nèi)進行展線及協(xié)調(diào)與隧道及服務(wù)區(qū)的間距,是擬建互通的主要控制因素。本文根據(jù)互通式交叉的預(yù)測轉(zhuǎn)向交通量,并充分考慮受限因素,對互通方案進行研究比選,確定推薦方案,使互通立交達到快捷、安全、舒適的高標準要求[1]。

1 項目概況

昔陽(晉冀界)至榆次高速公路是山西省高速公路網(wǎng)的重要組成部分,它西接晉中市榆次區(qū)龍城高速公路,東接昔衡高速公路河北段。路線全長125.415 km,采用雙向四車道高速公路標準建設(shè),設(shè)計速度為100 km/h,路基寬度26 m,瀝青混凝土路面。

擬建昔陽樞紐位于項目K30+310處東寨村北側(cè),距離昔陽縣城約9 km,與運營中的陽泉至左權(quán)高速公路交叉。本項目上跨陽左高速,因本項目與陽左高速大寨服務(wù)區(qū)之間距離無法滿足最小間距要求,樞紐與陽左高速服務(wù)區(qū)設(shè)計為復(fù)合式,設(shè)置貫通車道,需雙側(cè)加寬運營中陽左高速18～30 m東寨大橋。由于本項目東設(shè)閆莊互通,陽左高速北設(shè)大寨互通、南設(shè)和順互通共出入高速公路,本樞紐距以上互通分別為7.59 km、11.3 km、24 km,因此樞紐主要服務(wù)于陽左高速公路與本項目的交通流轉(zhuǎn)換,不設(shè)置出入口。

2 建設(shè)條件

2.1 地形地貌

擬建立交位置位于構(gòu)造侵蝕剝蝕中山區(qū),微地貌主要為山脊、山坡和谷地。山脊走向總體上以南北走向為主,由于風(fēng)化嚴重,部分較平緩,屬于圓山頂;山坡坡度40°～75°;溝谷多呈“U”字形,溝底寬度20～800 m,縱坡約6‰～18‰。侵蝕剝蝕低中山區(qū)地層巖性以二疊系、三疊系砂巖及泥巖、長城系石英砂巖、下元古界變質(zhì)巖為主,山頂及緩坡覆蓋第四系Q3eol風(fēng)積黃土,溝谷底部為Q4al+pl松散沖洪積物。巖體裂隙較發(fā)育,產(chǎn)狀平緩,屬極軟巖～較堅硬巖,呈整體塊狀和鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu),整體強度較高。

2.2 水文

擬建立交位置含水層為石炭系太原組、山西組灰?guī)r、砂巖,本溪組鋁土巖和鋁土頁巖構(gòu)成區(qū)域隔水層。地下水補給來源有大氣降水垂直入滲補給、上覆孔隙水的入滲補給以及地表水的滲漏補給等。富水性不均一,河谷區(qū)補徑條件好,富水性強,山區(qū)、丘陵區(qū)相對較差。

2.3 氣候

項目區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,受西伯利亞冷空氣和蒙古內(nèi)陸干燥氣候影響,一年四季分明:春季干旱多風(fēng),夏季溫和,雨量集中,多雷陣雨,秋季天高氣爽,多陰雨天,日溫差大,無霜期短,冬季少雪干冷,多晴朗天。凍結(jié)期始于11月上旬,解凍期為4月上旬,最大凍土深度1.0 m。

3 技術(shù)標準

3.1 設(shè)計速度

被交路陽左高速公路設(shè)計時速為80 km/h,雙向四車道高速公路,路基寬度24.5 m。昔陽至榆次高速公路設(shè)計時速為100 km/h,雙向四車道高速公路,路基寬度26.0 m。根據(jù)項目沿線地形、陽左高速及昔榆高速的設(shè)計速度及線性指標,擬建昔陽樞紐主流匝道的設(shè)計速度采用60 km/h,其余匝道采用40～50 km/h。

3.2 轉(zhuǎn)向交通量

根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果,2043年通過該樞紐轉(zhuǎn)換的交通量為26 156,和順←→河北轉(zhuǎn)向交通量分別為6 400 pcu/d,陽泉←→河北方向轉(zhuǎn)向交通量分別為6 802 pcu/d,榆次←→陽泉轉(zhuǎn)向交通量分別為7 034 pcu/d,榆次←→和順方向轉(zhuǎn)向交通量分別為5 920 pcu/d,遠景年預(yù)測交通量詳見圖1。

圖1 遠景年(2043年)預(yù)測交通量示意圖(單位:pcu/d)

4 昔陽樞紐方案布設(shè)

樞紐主要布線于狹長河谷位置,地形西高東低,最大高差約90 m。地物主要為東寨村民房。該樞紐布設(shè)主要受限因素為與陽左高速隧道出口、大寨服務(wù)區(qū)之間距離,以及與陽左高速間的巨大高差27 m。交叉位置距離北側(cè)陽左高速鳳居隧道出口870 m,距離南側(cè)大寨服務(wù)區(qū)600 m,依據(jù)樞紐所處位置處的地形、地物條件,結(jié)合現(xiàn)場隧道、服務(wù)區(qū)等構(gòu)造物的制約因素,布設(shè)了變異雙T型和變異十字渦輪型兩個方案。

4.1 方案一

昔陽樞紐設(shè)置于本項目與陽左高速交叉的位置,昔陽樞紐范圍內(nèi)主線段落為K30+310～K31+695,該段落平曲線最小半徑R=1 550 m,縱坡最大值為2.5%,滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》中,對主線設(shè)計速度100 km/h時,立交范圍主線技術(shù)指標的要求。

昔榆高速與陽左高速高差較大,為使縱坡滿足規(guī)范及運行要求,需要匝道有足夠的展線長度;同時,為滿足樞紐匝道出口與陽左高速現(xiàn)有鳳居隧道出口之間的距離以及樞紐匝道與大寨服務(wù)區(qū)貫通輔助車道長度要求,樞紐C匝道線位整體南移,A匝道向北移,采用了迂回展線方式。該方案布設(shè)后,樞紐C匝道三角漸變段起點距離鳳居隧道出口距離為300 m,B匝道入口三角漸變段起點距離鳳居隧道入口距離為83 m。樞紐與服務(wù)區(qū)貫通輔助車道長度分別為802.098 m和870.47 m,上述距離均滿足規(guī)范要求。樞紐方案布設(shè)見圖2。

圖2 昔陽樞紐方案一布置圖

在該方案中,根據(jù)交通量和匝道長度確定匝道車道數(shù)和路基寬度。A、B、C、E、F采用單向雙車道,變速車道采用單車道,路基寬度10.5 m。其中,A、C匝道匯流處至C、E匝道分流處之間路基寬度12.5 m;B、F匝道匯流處至B、D匝道分流處之間路基寬度12.5 m;D匝道采用單向單車道,路基寬度9.0 m。A、B、C、D、E、F有效長度分別為1.041 km、1.681 km、1.546 km、0.42 km、0.495 km、1.108 km。加速車道采用平行式,減速車道采用直接式,變速車道范圍內(nèi)主線縱坡大于2%小于3%,需要進行長度修正。

根據(jù)整個互通區(qū)各段的平、縱面線形、地形、水文狀況等,通過邊溝、排水溝、截水溝及涵洞將水排出互通區(qū)。該互通與陽左高速主線交叉7次,均為上跨陽左高速公路;各匝道與本項目主線交叉均采用匝道下穿。

4.2 方案二

對擬建樞紐采用十字樞紐常規(guī)形式的布設(shè)方案進行了研究,方案二與陽左高速交叉采用變異渦輪型交叉形式。

該方案B、G匝道均需采用較小半徑(110、140 m)U型曲線迂回展線,C、E、H三條左轉(zhuǎn)匝道高差過大,均需增加設(shè)置小半徑曲線螺旋展線一周,才能接入對象道路高程。該方案匝道設(shè)置緊湊,用地集中;但多條螺旋型匝道行駛體驗較差;匝道間相互交叉跨越次數(shù)很多,匝道橋跨徑復(fù)雜,橋梁高度很大,部分橋高超過50 m,需要設(shè)置8座鋼箱梁匝道橋,匝道橋梁總長度達5 084 m,工程量巨大。

4.3 方案對比

方案一特點:在滿足匝道出口與隧道之間最小安全距離及樞紐與服務(wù)區(qū)貫通輔助車道距離的前提下,選擇變異雙T型方案,依沿線地形進行了展線,該方案工程量較小、橋梁規(guī)模低,土方量較大,占地畝數(shù)多。

方案二特點:同樣在滿足匝道出口與隧道之間最小安全距離及樞紐與服務(wù)區(qū)貫通輔助車道距離的前提下,選擇變異十字渦輪型方案,該方案橋梁工程量巨大,土方工程較小,線性指標相對高,占地集中,占地規(guī)模較小。但是多條螺旋型匝道行駛體驗較差。

各方案的主要工程規(guī)模見表1。

表1 昔陽樞紐立交方案比較表

綜上所述,昔陽樞紐布設(shè)受陽左高速隧道出口、大寨服務(wù)區(qū)之間距離的限制,在滿足匝道出口與隧道之間最小安全距離及樞紐與服務(wù)區(qū)貫通輔助車道距離的前提下,綜合考慮樞紐工程量及使用體驗,推薦方案雙T型樞紐方案,即方案一。

5 結(jié) 語

昔陽樞紐互通根據(jù)各匝道預(yù)測轉(zhuǎn)向交通量,在滿足匝道出口與隧道之間最小安全距離及樞紐與服務(wù)區(qū)貫通輔助車道距離的前提下,布設(shè)兩個互通方案進行比選研究,最后選擇工程規(guī)模小、行駛體驗好的互通方案。本文的比選論證方法對于類似項目的互通立交方案布設(shè)有一定的參考和借鑒意義[2]。