山區(qū)高速公路樞紐互通式立體交叉設(shè)計(jì)方案探討

王 濤,左紹祥

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

樞紐互通作為高速公路間交通轉(zhuǎn)換的必要節(jié)點(diǎn),其功能和效益的發(fā)揮與其設(shè)計(jì)方案緊密相連。而如何在眾多的互通方案中選出較為合理的方案,對(duì)工程投資、效益及服務(wù)水平的高低都將產(chǎn)生直接影響。因此,樞紐互通方案的合理性對(duì)于高速公路建設(shè)至關(guān)重要。本文結(jié)合天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)巴色樞紐互通工程實(shí)例,進(jìn)行了多方案的比選,提出了樞紐互通式立交方案選擇的原則和建議。

1 山區(qū)樞紐互通式立交的特點(diǎn)

(1)山區(qū)高速公路地形地質(zhì)條件復(fù)雜。山區(qū)常見的地貌主要有峰叢洼地地貌、剝蝕丘陵地貌、溶蝕丘陵地貌等,地形地貌和地質(zhì)條件的好壞對(duì)樞紐互通的選址和形式有著較大影響。

(2)樞紐互通形式多且復(fù)雜。樞紐互通式立交形式多樣,常見的代表形式主要有完全苜蓿葉型、變異苜蓿葉型、T型、渦型等。樞紐互通作為一種高級(jí)的互通形式,很難采用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱的形式去進(jìn)行設(shè)計(jì),需要結(jié)合路網(wǎng)近遠(yuǎn)期規(guī)劃、公路等級(jí)、地形地貌和交通量等去進(jìn)行方案的選擇和設(shè)計(jì)。

(3)匝道設(shè)計(jì)速度、斷面類型多樣。樞紐互通式立交匝道速度和橫斷面需要根據(jù)預(yù)測交通量進(jìn)行合理的選擇。常見的匝道設(shè)計(jì)速度有40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h。常見的匝道斷面類型有Ⅰ型—單向單車道匝道、Ⅱ型—無緊急停車帶的單向雙車道匝道、Ⅲ型—有緊急停車帶的單向雙車道匝道和Ⅳ型—對(duì)向分隔式雙車道匝道[1]。

(4)制約因素多樣。樞紐互通作為高速公路之間連接的重要節(jié)點(diǎn),不僅要考慮高速公路網(wǎng)近遠(yuǎn)期規(guī)劃、被交高速線形平縱指標(biāo)、地形地質(zhì)條件、繞避各種敏感點(diǎn),還要在保證方案合理的情況下盡量減少橋梁、土石方和占地規(guī)模。

(5)占地面積大,投資規(guī)模顯著。樞紐互通式立體交叉匝道指標(biāo)較一般式互通立體交叉高,加上其匝道數(shù)量較多,造成占地面積大。而匝道數(shù)量多,匝道和主線、匝道和匝道之間來回跨越下穿,不可避免地產(chǎn)生了較多圍合空間,這些圍合、零散的空間利用難度大,造成樞紐互通占地規(guī)模大。同時(shí),匝道、主線間交叉關(guān)系復(fù)雜,需要設(shè)置大量跨線結(jié)構(gòu)物,造成投資規(guī)模大。

2 基本設(shè)計(jì)原則

山區(qū)高速公路樞紐互通形式的選擇應(yīng)根據(jù)路網(wǎng)近遠(yuǎn)期規(guī)劃、并結(jié)合自然、環(huán)境條件等綜合考慮,并遵循下列基本原則:

(1)應(yīng)考慮被交高速公路的等級(jí)、交通量等,確保行車安全通暢和車流的連續(xù)[2]。

(2)應(yīng)與山區(qū)的地形地貌和地質(zhì)條件相適應(yīng),在滿足各轉(zhuǎn)向交通流要求的條件下綜合分析,力求在滿足規(guī)范的前提下盡可能布置緊湊,并充分利用地形,保證方案合理的情況下減少不必要的工程量,確保科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理。

(3)應(yīng)充分考慮方案設(shè)計(jì)的可實(shí)施性,有條件時(shí)可采用新材料、新工藝、新技術(shù)以降本增效[3]。

(4)選型和匝道位置應(yīng)綜合考慮,分清主次。應(yīng)處理好主要道路和次要道路的關(guān)系,應(yīng)先滿足主要道路的要求,再滿足次要道路的要求[4]。

3 天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)巴色樞紐互通式立交設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)項(xiàng)目是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2018—2030年)》對(duì)接貴州的省際通道“縱10”天峨(黔桂界)至北海高速公路的重要組成部分[5]。

巴色樞紐互通作為天峨—北海公路與都安至巴馬高速公路相連的重要節(jié)點(diǎn),其設(shè)計(jì)方案的好壞直接影響兩條高速的交通轉(zhuǎn)換效率,因此在方案設(shè)計(jì)階段,進(jìn)行了多方案的比選,最終實(shí)現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.1.1 地形地貌概況

巴色樞紐互通立交區(qū)域范圍屬于剝蝕丘陵地貌,地形起伏大,路線中線最大山頂海拔高度約為332 m,最低地面高度約為200 m,最大高差約為132 m,自然斜坡坡度為20°～80°。山體走向大致呈東西走向,山間沖溝發(fā)育,多呈“V”型分布,溝內(nèi)地表水較豐富。

3.1.2 交通量分布情況

巴色樞紐互通預(yù)測的2044年遠(yuǎn)景交通量(PCU/d)如圖1所示,括號(hào)內(nèi)為單向小時(shí)交通量(PCU/h)。

圖1 2044年遠(yuǎn)景交通量預(yù)測示意圖

3.2 方案設(shè)計(jì)

巴色樞紐互通所在區(qū)域地形起伏大,地形復(fù)雜,互通選址受到既有高速、互通和基本農(nóng)田等的限制。為了使方案更科學(xué)合理、安全經(jīng)濟(jì),本互通初步設(shè)計(jì)階段做了3個(gè)方案進(jìn)行同深度比選,具體方案設(shè)計(jì)如下。

3.2.1 方案一(比較方案)

如圖2所示,由于該樞紐互通式立交天峨至巴馬方向交通量極小,考慮到被交路都安至巴馬高速公路主線即將通車,現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查羌圩互通式立交收費(fèi)廣場尚在施工過程中,天峨至平果方向擬采用兩條半定向匝道連接到都安至巴馬高速公路,天峨至巴馬方向利用原都巴路羌圩互通式立交部分匝道實(shí)現(xiàn)交通流轉(zhuǎn)換。該方案各匝道指標(biāo)如表1所示。

表1 方案一各匝道指標(biāo)表

圖2 方案一平面圖

3.2.2 方案二(比較方案)

如圖3所示,方案二采用T型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。匝道上跨,其中天峨至平果方向匝道設(shè)計(jì)速度為80 km/h,最小圓曲線半徑R=600 m,巴馬至天峨方向匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h,最小圓曲線半徑R=65 m。該方案各匝道指標(biāo)如表2所示。該方案相對(duì)于方案一和方案三的布置較為緊湊,但橋梁規(guī)模較大,同時(shí)天峨至平果方向匝道指標(biāo)較方案一和方案三低。

表2 方案二各匝道指標(biāo)表

圖3 方案二平面圖

3.2.3 方案三(推薦方案)

如圖4所示,方案三采用迂回T型進(jìn)行設(shè)計(jì)。與工可方案一致。天峨—北海公路作為縱10線大通道,天峨至平果方向的交通流為主交通流。為了更好地使兩條高速公路進(jìn)行轉(zhuǎn)換,采用了主線分合流的思路進(jìn)行了設(shè)計(jì),其中天峨至平果方向采用主線標(biāo)準(zhǔn),天峨至巴馬方向采用匝道標(biāo)準(zhǔn)。該方案各匝道指標(biāo)如后頁表3所示。

圖4 方案三平面圖

表3 方案三各匝道指標(biāo)表

4 方案比選

方案一采用變異A喇叭型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):(1)橋梁長度為1 980 m,是3個(gè)方案中橋梁長度最短的;(2)對(duì)被交都安至巴馬高速公路主線施工不造成影響,利用部分羌圩互通式立交已建工程節(jié)約了工程造價(jià)。

缺點(diǎn):(1)挖方136萬m3,填方27萬m3,廢方109萬m3,為3個(gè)方案中土石方工程最大,廢方最多;(2)需要在羌圩互通內(nèi)同時(shí)處理地方道路、本項(xiàng)目主線與都巴高速公路交通流轉(zhuǎn)換的問題,交通組織的工作比較復(fù)雜,存在安全隱患等問題給后期運(yùn)營帶來困難。

方案二采用T型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):布置較為緊湊,3個(gè)方案中占地最小,比方案一占地減少約53畝,比方案三占地減少22畝。

缺點(diǎn):(1)橋梁長度為2 360 m,為3個(gè)方案中橋梁長度最長;(2)挖方97萬m3,填方15萬m3,廢方82萬m3,廢方較多。

方案三采用迂回T型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):(1)挖方76萬m3,填方18萬m3,廢方56萬m3,3個(gè)方案中土石方工程最小,廢方最少。橋梁長度為2 120 m,橋梁長度大于方案一,小于方案二,長度適中;(2)與工可方案一致,用地?zé)o偏移,符合現(xiàn)階段廣西地方用地政策;(3)相比方案二,采用主線分合流的理念進(jìn)行了設(shè)計(jì),通行轉(zhuǎn)換效率高。

缺點(diǎn):與方案二相比,占地多了22畝。

綜合比較,方案一是利用既有羌圩互通進(jìn)行拼寬改造的變異喇叭形式,方案二和方案三采用的是T形設(shè)計(jì),方案三與方案二布設(shè)位置相同,只是匝道位置有所調(diào)整。相對(duì)于方案一和方案二,方案三突出的優(yōu)勢有以下幾點(diǎn):(1)土石方數(shù)量最小,廢方最小;(2)采用主線分合流的理念進(jìn)行設(shè)計(jì),通行轉(zhuǎn)換效率高;(3)與工可方案一致,用地?zé)o偏移,符合現(xiàn)階段廣西地方用地政策;(4)線形指標(biāo)高,各轉(zhuǎn)向交通流無交織,行車安全,同時(shí)也有利于后期的運(yùn)營維護(hù)。因此,綜合比較后推薦采用方案三。

5 結(jié)語

樞紐互通式立交設(shè)計(jì)不僅包含路線設(shè)計(jì)的諸多特點(diǎn),同時(shí)還具有其獨(dú)特性,即在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要在有限的空間內(nèi)平衡多元化因素的影響,故在技術(shù)上存在一定的難度和復(fù)雜性。如何準(zhǔn)確把握交叉位置,正確選定交叉型式,合理布設(shè)樞紐象限,優(yōu)化布置工程構(gòu)造物以及綜合考慮控制因素等是必須思考的問題。因此,山區(qū)高速公路樞紐互通應(yīng)多方案同深度在線形指標(biāo)、工程量、相關(guān)公路政策等多個(gè)維度進(jìn)行比較分析,最終選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案。