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)高速前后分別布設有鳳居隧道和大寨服務區(qū),另兩條高速高差達27 m,對于立交方案的布設,如何在有限空間內(nèi)進行展線及協(xié)調(diào)與隧道及服務區(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,設計速度為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區(qū)設計為復合式,設置貫通車道,需雙側(cè)加寬運營中陽左高速18～30 m東寨大橋。由于本項目東設閆莊互通,陽左高速北設大寨互通、南設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,因此樞紐主要服務于陽左高速公路與本項目的交通流轉(zhuǎn)換,不設置出入口。

2 建設條件

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,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 技術標準

3.1 設計速度

被交路陽左高速公路設計時速為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計速度及線性指標,擬建昔陽樞紐主流匝道的設計速度采用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,遠景年預測交通量詳見圖1。

圖1 遠景年(2043年)預測交通量示意圖(單位:pcu/d)

4 昔陽樞紐方案布設

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。該樞紐布設主要受限因素為與陽左高速隧道出口、大寨服務區(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、服務區(qū)等構(gòu)造物的制約因素,布設了變異雙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《公路路線設計規(guī)范》中,對主線設計速度100 km/h時,立交范圍主線技術指標的要求。

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,匝道橋跨徑復雜,橋梁高度很大,部分橋高超過50 m,需要設置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,昔陽樞紐布設受陽左高速隧道出口、大寨服務區(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區(qū)貫通輔助車道距離的前提下,布設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有一定的參考和借鑒意義[2]。