徐明高速（賈汪—睢寧段）大許樞紐互通立交方案比選

段新宇

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司江蘇分公司，江蘇南京 210012）

1 工程概況

徐明高速（賈汪—睢寧段）是《江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2017—2035 年）》的“十五射六縱十橫”中“縱六線”的組成部分[1]，是徐明高速的北延。起點(diǎn)位于京臺(tái)高速蘇魯省界以南約3.4km 處，終點(diǎn)位于淮徐高速與徐明高速交叉處的睢寧西樞紐，路線全長63.697km。全線采用雙向六車道的高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度34.5m。

大許樞紐位于大許鎮(zhèn)的東南側(cè)，是徐明高速與連霍高速交叉設(shè)置的樞紐型互通，與其兩側(cè)的東探、八義集互通的互通間距分別為5.5km 和6.5km。

2 交通量預(yù)測

大許樞紐2044 年交通量預(yù)測結(jié)果如圖1 所示?；ネㄖ饕D(zhuǎn)向交通流為棗莊?連云港方向和明光?徐州方向，交通量分別為11754pcu/d 和10685pcu/d；次要轉(zhuǎn)向交通流為棗莊?徐州方向和明光?連云港方向，交通量分別為8548pcu/d 和6384pcu/d。

圖1 大許樞紐交通量預(yù)測結(jié)果

3 主要控制因素

通過對路網(wǎng)、交通量及互通的布置條件分析，大許樞紐主要控制因素如下。

3.1 基本農(nóng)田及村落

大許樞紐周邊以耕地為主，主要種植小麥、玉米等作物。樞紐的西北、東北、西南象限均有村莊分布，以1～2 層平房為主。匝道布設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量節(jié)約用地，減少對耕地的占用，減少村落房屋的拆遷。

3.2 連霍高速

連霍高速為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)速度為120km/h，路基寬度28m。為了減少遠(yuǎn)期連霍高速改擴(kuò)建時(shí)大許樞紐的改造，根據(jù)省高網(wǎng)規(guī)劃，需預(yù)留連霍高速遠(yuǎn)期八車道拓寬改造條件。

3.3 房亭河及房亭河特大橋

房亭河位于連霍高速南側(cè)320m，是集防洪、排澇、輸水、航運(yùn)為一體的綜合性河道，規(guī)劃航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，凈空尺度為55m×5m，河兩側(cè)250m 為清水通道維護(hù)區(qū)。橋址處水面寬度約為50m，為滿足通航、防洪以及不得設(shè)置涉水墩的要求，主線設(shè)置68m+105m+68m 的橋梁跨越河道。在布設(shè)匝道時(shí)，應(yīng)減少對跨越房亭河特大橋以及房亭河航道的影響。

4 互通方案

結(jié)合互通的功能定位、交通量以及控制因素，共提出3 種方案比選：單環(huán)式變異苜蓿葉方案、對角象限雙環(huán)式變異苜蓿葉方案和雙T 形方案。

4.1 單環(huán)式變異苜蓿葉方案

該方案（見圖2）中右轉(zhuǎn)彎匝道采用的均是直連式匝道形式。主轉(zhuǎn)向交通流棗莊?連云港和徐州?明光的左轉(zhuǎn)匝道均采用的是半直連匝道，設(shè)計(jì)速度采用60km/h。棗莊?徐州的左轉(zhuǎn)匝道同樣設(shè)置了半直連匝道，設(shè)計(jì)速度60km/h。連云港?明光的左轉(zhuǎn)匝道設(shè)置了環(huán)形匝道，設(shè)計(jì)速度采用40km/h。

圖2 單環(huán)式變異苜蓿葉方案平面圖

由于連霍高速與房亭河距離較近，轉(zhuǎn)向匝道不可避免地侵入房亭河特大橋。為減少變速車道對橋梁的影響，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，節(jié)約投資，將明光?徐州的匝道鼻端設(shè)置于房亭河特大橋的邊跨，同時(shí)壓縮匝道布置，減少對耕地的占用及村落的拆遷。該方案僅主線橋跨越房亭河，主橋左、右幅根據(jù)布置加減速車道的需要，均按結(jié)構(gòu)加寬設(shè)計(jì)，采用掛籃懸臂澆筑。

4.2 對角象限雙環(huán)式變異苜蓿葉方案

由于棗莊?徐州的轉(zhuǎn)向交通流較小，單環(huán)式苜蓿葉方案采用了標(biāo)準(zhǔn)較高、規(guī)模較大、造價(jià)較高的半直連匝道，該方案則采用與交通量相匹配的對角象限雙環(huán)式變異苜蓿葉方案（見圖3）。較上一方案，調(diào)整棗莊?徐州的左轉(zhuǎn)匝道為環(huán)形匝道，設(shè)計(jì)速度采用40km/h。由于東南象限設(shè)置了環(huán)形匝道，此象限用地有所增加，為滿足明光?徐州的左轉(zhuǎn)匝道與高速主線的分流連接部指標(biāo)要求，需在跨房亭河前分流，增加一座匝道跨房亭河橋梁。該方案主線和匝道2 次跨越房亭河，右幅主橋根據(jù)加速車道的需要，按結(jié)構(gòu)加寬設(shè)計(jì)，左幅不加寬。明光?徐州的左轉(zhuǎn)匝道跨越房亭河，主橋跨徑為60m+100m+60m，橋?qū)?0.5m。

圖3 對角象限雙環(huán)式變異苜蓿葉方案平面圖

4.3 雙T 形方案

由于前兩個(gè)方案跨越房亭河的主橋均需要根據(jù)變速車道的布置，進(jìn)行結(jié)構(gòu)加寬，橋梁規(guī)模較大，設(shè)計(jì)、施工均較為復(fù)雜，且該互通遠(yuǎn)景年轉(zhuǎn)向交通量適中，故擬定了雙T 形方案（見圖4）。該互通的主轉(zhuǎn)向交通流為棗莊?連云港，將互通布置在東北象限可縮短主交通流的繞行距離。該方案匝道設(shè)計(jì)速度均采用60km/h，所有匝道均采用單車道出入口的雙車道匝道，斷面寬度10.5m。該方案跨越房亭河主橋不加寬，大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模最小。

圖4 雙T 形方案平面圖

雙T 形方案利用主線及被交路的2 個(gè)T 形互通和共用的主匝道，將所有轉(zhuǎn)向匝道歸并在一起，有效減少了占地，減小了工程規(guī)模。主匝道將各方向通行的車輛匯集到一起，不可避免地造成各轉(zhuǎn)向交通流在主匝道有限的空間內(nèi)交織運(yùn)行。由于交織運(yùn)行會(huì)影響行車速度，致使匝道的運(yùn)行速度降低，降低服務(wù)水平。因此，需要對該方案的交織區(qū)服務(wù)水平進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)證方案的可行性。

該方案的主匝道交織段長度東側(cè)和西側(cè)分別長310m 和380m，參照《公路通行能力手冊》[2]中交織區(qū)運(yùn)行模型，結(jié)合該項(xiàng)目預(yù)測交通量數(shù)據(jù)，選取交織長度較短的東側(cè)進(jìn)行驗(yàn)算。交織區(qū)的結(jié)構(gòu)形式和交通流量主要參數(shù)如圖5 所示。

圖5 交織區(qū)結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù)

4.3.1 交織區(qū)交通運(yùn)行參數(shù)

交織區(qū)長度L=310m，交織車道數(shù)N=2。

4.3.2 計(jì)算交通流率

交織區(qū)出入口的A-C 交通量QAC=463pcu/h，AD 交通量QAD=277pcu/h，B-C 交通 量QBC=371pcu/h，B-D 交通量QBD=510pcu/h。

交織段內(nèi)的交織流率：QW=QAD+QBC=277+371=648（pcu/h）

交織段內(nèi)中的非交織流率：QNW=QAC+QBD=463+510=973（pcu/h）

總交通流率：Q=QW+QNW=648+973=1621（pcu/h）

交織流量比：QR=QW÷Q=648÷1621=0.3998

匯出流量比：DR=QAD÷QW=277÷648=0.4275

4.3.3 交織區(qū)換道特征

由于A→D 和B→C 都需要1 次車道變換，可知LCAD=LCBC=1，交織車道數(shù)NWL=2。

4.3.4 交織區(qū)最大交織長度

LMAX=1746×(1+QR)1.6-477×NWL=2036（m）

交織區(qū)長度L 小于最大交織長度LMAX，可按交織區(qū)進(jìn)行通行能力分析。

4.3.5 最小換道次數(shù)

LCmin=(LCAD×QAD)+(LCBC×QBC)=648

4.3.6 計(jì)算交織區(qū)通行能力值

CIWL=C0-495.6×ln(1+QR)-ln(1+DR)+0.05×L-60.38×N=1528（pcu/h）

CW=CIWL×N=3056（pcu/h）

4.3.7 交織區(qū)負(fù)荷度

V/C=Q÷CW=1621÷3056=0.53

4.3.8 計(jì)算交織區(qū)運(yùn)行速度

非交織車輛換到判別指數(shù)：INW=(L×ID×QNW)÷3048=98.96

交織車輛換道次數(shù)：LCW=LCmin+0.706×[(L-90)0.5×N2×(1+ID)0.8]=720

由于INW≤1300，故非交織車輛換道次數(shù)LCNW=0.206×QNW+1.778×L-192.6×N=366

交織區(qū)車輛換道次數(shù)：LCALL=LCW+LCNW=1086

交織區(qū)交織強(qiáng)度：WI=0.78×(LCALL÷L)0.229=1.04

交織車輛實(shí)際行駛速度：VW=24+(VAC-24)÷(1+WI)=46（km/h）

非交織車輛實(shí)際行駛速度：VNW=VAC-0.0562×LCMIN÷(NWL×L)-0.0176×Q÷N=54（km/h）

交織區(qū)車輛實(shí)際行駛速度：V=(QW+QNW)÷(QW÷VW+QNW÷VNW)=51（km/h）

通過查表可知，雙T 形方案的主匝道交織區(qū)計(jì)算交織區(qū)負(fù)荷度為0.53，速度差值為29km/h，屬于二級(jí)三等服務(wù)水平。因此，該方案交織段長度滿足通行能力的要求，設(shè)計(jì)方案是合理可行的。

4.4 方案比選

方案一單環(huán)式變異苜蓿葉方案僅一條環(huán)形匝道，交通適應(yīng)性較高，與方案二對角象限雙環(huán)式變異苜蓿葉方案相比，僅主線跨越房亭河，大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模較小，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)適宜，但跨房亭河主橋需加寬設(shè)計(jì)，主橋規(guī)模較方案三雙T 形方案大，美觀性較差。

方案二的互通形式與交通量相匹配，占地較方案一小，但主線、匝道分開跨越房亭河，對通航不利，同時(shí)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模大，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)不適宜。

方案三跨房亭河主橋不加寬，橋梁規(guī)模最小，橋型結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，互通規(guī)模小，造價(jià)低，但主匝道存在交織，交通量大時(shí)，影響通行效率。同時(shí)，合流后的車輛在分流前容易產(chǎn)生行車方向選擇的困惑，造成誤行，存在安全隱患。并且，除主轉(zhuǎn)向交通流外，其余方向繞行路徑較長。

經(jīng)綜合考慮，方案一交通適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性、橋梁結(jié)構(gòu)及規(guī)模、征拆影響范圍等均具有優(yōu)勢，因此推薦方案一。各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

5 結(jié)語

樞紐互通的設(shè)計(jì)及選型對充分發(fā)揮路網(wǎng)功能起著決定性的作用，是高速公路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)中，除了要考慮具有完善的交通轉(zhuǎn)換功能和較高的服務(wù)水平外，還要通過分析控制因素，因地制宜地布置互通方案，進(jìn)行多方案的論證比選，結(jié)合重要工點(diǎn)影響程度、工程規(guī)模、占地面積、工程造價(jià)及安全性等因素，最終選擇合理的樞紐互通方案。