鄭州市三環快速化工程設計方案優化研究

申國朝，崔亞新，邢瑞新

（鄭州市市政工程勘測設計研究院，河南鄭州450046）

0 前言

鄭州市三環線始建于1993年，按照當時的城市建成區規模，采用的是“口”字型環形布局，分為北三環、西三環、南三環、中州大道（東三環）四個方向，2001年進行了全面升級改造，設計車速為60 km/h,通車初期，對鄭州市交通狀況尤其是分流過境交通起到了較大的改善作用。

三環線建成通車后，沿線有多處平交路口進行了立交升級改造建設，由于各單項工程設計建設年代不同，且由分屬不同項目建設管理單位（城建部門和公路部門）邀請國內多家設計單位進行設計，技術標準不盡統一，全線缺少有效系統梳理，路線情況比較復雜，該項升級優化方案在充分結合現狀道路、橋梁資源的基礎上，通過對道路交通組成和需求的調查分析，運用計算機交通仿真成果，并參照2009年10月頒布的《城市快速路設計規程》的相關技術規定，提出了鄭州市三環快速路優化方案。經市政府先后邀請國內數十位知名專家的多輪評審，最終通過了該方案。

1 三環路建設歷程

鄭州市三環線全長44.1 km，建設過程大致分為三個階段，概述如下。

1.1 初期建設階段（1993～1996年）

鄭州市三環線建設初期道路沿線尤其是環線外圍土地尚未開發，除少數幾條主干路與其采用平面交叉外，次干路、支路多未延伸至此，主要是以解決過境交通為目的進行修建的，設計車速為50 km/h（部分路段60 km/h），主線機動車道為雙向4車道，全線只有花園路一座二層苜蓿葉互通立交及少量鐵路分離式立交（或跨線橋），交通組成以過境貨運車輛為主（鄭州市白天時段禁止貨車入市），行人和非機動車較少，道路能夠滿足通行能力需求，較為通暢。

1.2 升級改造階段（1998～2008年）

到了上世紀末，隨著鄭州市城市建設的高速發展，城市框架不斷拉大，三環以內土地資源得以充分地開發利用，部分區域已擴展至三環以外，交通需求陡然猛增，三環線（尤其是北三環、中州大道）交通組成亦發生了較大改變，除原有的過境貨運車輛外，小型客車、公交車增速迅猛，同時，非機動車數量也明顯增多，三環線的交通功能已開始向城市主干路功能轉換，基于此，鄭州市于1998年開始逐步對三環線進行升級改造，道路等級按城市快速路標準，設計車速60 km/h，主線采用雙向6車道，兩側各增加了10 m寬的輔道，作為機非混行車道，以提高公交車輛、沿線單位、居住區車輛和非機動車的服務水平，同時在道路兩側設置了人行道和15～30 m寬度不等的城市發展控制公共綠地，為以后的拓展創造了有利條件。

（1）北三環：改造后道路紅線寬60 m，主線機動車道增至雙向6車道，輔道寬10 m，為機非混行，橫斷面布置形式如圖1所示。

（2）西三環及南三環：控制用地線寬100 m（其中道路紅線70 m），主車道雙向6車道，輔道寬10 m，機非混行，典型橫斷面布置形式如圖2所示。

（3）中州大道：改造后控制用地線寬80 m（其中道路紅線50 m），北三環—鄭汴路段，主線雙向6車道，輔道雙向2車道；鄭汴路—航海路段，雙向8車道；航海路—南三環路段，主線雙向6車道，輔道雙向2車道。典型橫斷面布置形式如圖3所示。

2007～2008年對中州大道隴海鐵路以北段按景觀大道進行改造，道路紅線100 m，主線雙向10車道，輔道雙向4車道，典型橫斷面布置形式如圖4所示。

圖1 北三環現狀標準橫斷面圖(單位:m)

圖2 西三環及南三環現狀標準橫斷面圖(單位:m)

圖3 中州大道現狀典型橫斷面圖(單位:m)

圖4 中州大道（隴海鐵路以北）現狀典型橫斷面圖(單位:m)

（4）該階段及以前主要建成立交節點建設基本情況詳見表1所列。

1.3 快速化升級建設階段（2011年）

近年來，隨著鄭州市以繞城高速、四環路（繞城公路）為代表的一批交通基礎設施相繼建成通車，緊鄰三環線的鄭東新區、國家經濟技術開發區、國家高新技術產業開發區等一批新城區的規?；焖侔l展，鄭州市城市外圍路網格局發生了巨大變化，三環線的交通功能定位亦隨之發生了改變，重點體現在兩方面：一方面需在城市路網格局中發揮城市主干路的交通功能，滿足周邊城市路網與其連通并貫通的要求；另一方面，還需滿足對鄭州市繞城高速、四環路、連霍高速、京珠高速公路等出入市車輛的轉輸和分流功能要求，減輕市區路網的交通壓力。在這樣的建設背景下，2011年，鄭州市委、市政府提出實現三環快速化，打造三環景觀大道的建設目標。在此目標指導下，該項設計方案從以下四方面著重進行了優化研究：

（1）優化現有地面道路（含跨線橋）系統：對現狀道路斷面、交叉口進行優化調整，使道路斷面車道匹配，變封閉的右進右出平交道口為十字貫通的信控交叉路口，服務短途交通、公共交通和人非交通，使地面道路實現城市主干路的交通功能轉變。

（2）新建高架橋快速路系統：利用現狀道路隔離綠化帶空間，架設高架橋，快慢分離，服務中長距離快速交通，實現出入市車輛的分流集散功能。

（3）道路生態景觀系統：結合道路沿線綠地景觀設計，確定工程建筑的景觀環境實施方案，實現工程與環境的和諧統一，貫徹以人為本的設計理念。

（4）高架橋系統與地面道路、現狀立交的交通轉換系統：對現狀立交節點進行升級改造，優化上下橋匝道方案，實現高架橋系統與地面道路系統的高效轉換，同時對現狀立交進行改建、擴建，新建部分立交，完善交通功能，提高通行能力。

2 三環快速化工程優化方案

2.1 地面道路系統

2.1.1機動車道設置

北三環：現狀地面主線雙向6車道維持不變，輔道由10 m寬擴至12.5 m，設置兩個機動車道（寬7.5 m）和5 m寬的非機動車道，人行道向外移，寬度3 m不變。

表1 三環線各立交節點建設基本情況一覽表

中州大道：隴海鐵路至南三環，地面主線增至雙向10車道，輔道雙向2車道不變。隴海鐵路以北至北三環段維持現狀地面10車道斷面不變。

南三環：地面主線雙向6車道不變，局部路段（立交銜接段）增至雙向8車道，輔道10 m寬不變，仍為雙向2車道，機非混行。

西三環：地面主線增至雙向8車道，輔道雙向2車道不變。

各路段車道設置情況如圖5所示。

圖5 地面道路系統分布圖

2.1.2主輔車道分離

北三環和中州大道，橋墩位于主線車道與輔道之間，由于隔離花壇較窄，不具備設置加減速車道的空間，再加之橋墩對行車視線的阻擋，如果在路段中間進行交通轉換，容易相互干擾，極易發生交通事故，因此，該項優化方案將路段上隔離花壇斷口全部封閉，不允許在路段上進行主輔車道間的交通轉換。在路口處主線車道與輔道上分別設置左轉、直行、右轉車道，減少車輛在路口處頻繁變換車道對通行能力的影響，實現主輔車道的交通轉換需求。

2.1.3道路交叉口

對全線道路交叉口進行梳理，利用架設高架橋的有利條件，取消三環線現狀交叉口右進右出的交通組織形式，在不影響快速車輛（高架橋部分）通行能力的前提下，打開所有路口，采用信控路口，實現三環線地面道路與周邊相交路網的互通互連，強化地面主干路系統的交通服務功能。

2.1.4提升現狀立交地面道路的通行能力

三環線現狀立交橋下地面道路多是為服務于鄰近區域車輛和非機動車、行人設置的，道路等級低，線形條件差，無法與三環線地面道路作為城市主干路的交通地位相匹配，結合對現狀立交的改造方案和高架橋設計方案，該項方案設計統一對橋下地面道路的線形、路面寬度、橋下凈空（不低于4.5 m）、人行地道、天橋等方面進行了升級優化，使橋下地面道路與標準路段匹配貫通。

2.1.5增設公交專用道

三環線優化方案，在四個方向的地面道路主線最外側均設置快線公交專用道，快線公交?？空驹O置在主輔隔離綠化帶上，乘客就近通過信控路口處的斑馬線進出站臺上下車。普通公交車道設置在輔道外側車道上，設置港灣式公交停靠站。

2.1.6非機動車

全線在輔道處均設置寬度不小于5 m的非機動車道，非機動車道與機動車道之間采用隔離護欄分隔。

2.1.7行人系統

三環線優化方案，全線設置有寬度不小于3 m的人行道。打開各相交道路交叉口，行人通過信控路口穿越三環線，同時新建天橋或地道，將可穿越三環線的人行過街通道間距控制在400 m之內。

2.1.8周邊路網系統的優化實施建議

為使實施后的三環線能夠更好地服務于周邊區域，需對與三環線相交或是鄰近的現狀市政道路進行改造，規劃路網建議隨三環線建設盡快實施。

北三環及中州大道周邊路網比較完善。

西三環中原路以北區域，三環線以外區域尚未完全開發，現狀中原路、鄭上路、農業路、科學大道基本滿足進出三環需求。三環線以內基本屬建成區，需通過修建鴻運路、五龍口南路、東風路、西站路，進一步加強進出三環線路網密度。中原路以南區域，三環線以外僅有中原路、老鄭密路與三環連接，主干路路網嚴重缺乏，該區域與三環連接較為困難，急需打通航海路、桐柏路、長江路等主干路與三環連接（航海路、長江路采用立交形式、桐柏路為平交信控路口）。

南三環相交的主干路有黃郭路、大學路、京廣路、連云路、碧云路、花寨路，路網比較完善，進出三環較為便捷。只需進一步完善區域次干路、支路路網即可。

2.2 高架橋快速路系統

2.2.1 高架橋總體布置

該項方案根據現有道路斷面、在控制紅線范圍內設置雙向6車道高架橋，形成全封閉的快速路系統，具體設置段別如圖6所示。

2.2.2高架橋布置斷面

按照現狀道路橫斷面形式，三環線共分為兩種高架橋斷面布置形式：

圖6 封閉快速系統分布圖

（1）北三環、中州大道利用現有主線與輔道間的綠化隔離帶，設置雙幅橋，單幅橋寬13 m，布置3個車道，布置斷面如圖7、圖8所示。

（2）西三環、南三環利用主線中央綠化隔離帶，設置單幅橋，橋面寬25.5 m，設置雙向6車道，布置斷面如圖9所示。

2.2.3高架橋輔助車道的布置

高架橋上下橋匝道處由于車輛頻繁的車道轉換，存在較多的交織段，對主線通行能力影響較大，擁堵現象較為突出。該項設計方案在調研了相關城市高架快速路成功經驗后，上下橋匝道處在設置加減速車道的基礎上，增設了一條輔助車道，使上下橋匝道段的高架橋車道數由雙向6車道增至雙向8車道，通過交通仿真模擬分析對比，效果比較理想。

2.2.4基于地面道路順直、通暢的結構布置

鄭州市三環線的地面道路系統和高架橋快速系統，交通地位幾乎同等重要，既要滿足高架快速路設計車速80 km/h的線形、縱坡等技術指標要求，又要使地面道路（主線設計車速50～60 km/h，輔道40 km/h）順直、通暢，這與以往高架優先，局部犧牲地面道路線形的設計思路有所不同，亦是該項方案設計的一個重要研究課題，通過對國內眾多大城市高架橋的參觀調研，該項方案主要提出了以下優化意見：

（1）橋梁布跨充分結合地面道路的交通要求，不惜大量采用非標準跨徑，對地面道路（含原路面二層跨線橋）交通產生不利影響的節點，均采用大跨徑，減少橋墩對地面交通的影響，提高地面道路的通行能力，即交通決定線形。

（2）為保證地面道路主線及輔道機動車道的順直，將匝道外移3.6 m，使高架橋與上下橋匝道之間留有足夠的地面道路空間，滿足地面道路的車道數量和線形要求。

圖7 北三環高架段標準橫斷面圖(單位:m)

圖8 中州大道高架段標準橫斷面圖(單位:m)

圖9 西三環、南三環高架段標準橫斷面圖(單位:m)

（3）將高架橋變寬段由平行接入式優化調整為斜接式，減少橋下不規則墩柱對地面道路的影響。改為斜接式后，原來的門架墩也可相應取消，優化為雙柱墩，滿足了地面道路作為景觀大道對橋梁結構外觀的設計要求。

2.2.5橋面積水

隨著近年來極端異常雨雪天氣的增多，橋面積水也是影響道路通行能力的重要因素，該項方案設計利用高架橋架設高度較高（需跨越現狀二層立交或跨線橋、人行天橋等，也是道路景觀設計的空間尺度要求）的便利，橋面縱坡設置在3‰以上，橋面最低點設置在上下橋匝道處，利用匝道路面排水，同時在墩位處設置多組收水口和落水管，使橋面雨水盡快匯入地面雨水排放系統。

2.3 道路生態景觀系統

根據鄭州市委、市政府要把三環線尤其是北三環打造為景觀大道的建設要求，三環線建設需結合道路沿線15～30 m的綠化景觀改造工程統籌考慮，并與之融為一體，該項方案設計時在道路景觀方面也進行了多次認真的分析討論，在以下幾個方面進行了優化研究：

（1）橋梁結構方面：上部結構采用等截面預應力鋼筋混凝土連續箱梁，下部采用獨柱花瓶墩，標準跨徑30 m，全部采用清水混凝土澆筑，線形流暢、色調質樸，便于同周邊環境實現有機的結合。

（2）空間尺度：三環線大致分為兩種斷面：北三環、中州大道為雙幅橋，單幅橋寬13 m，兩橋間距約16～18 m不等，考慮地面道路行車的視覺空間、采光、兩側建筑距離、高度及橋上車輛視線景觀等多方面的因素，結合現狀已建橋梁的控制高程，在不過多增加投資的前提下，箱梁底凈空控制在8 m以上（橋面標高為10 m）。西三環、南三環利用主線中央綠化隔離帶設置單幅橋，橋面寬25.5 m，橋下設置8 m寬中央隔離綠化帶。由于橋下車道靠近高架橋邊部，高架橋對地面道路的行車景觀視野和采光影響較小，箱梁底最小凈空控制在6 m左右，大多路段受現狀立交的影響，達到了10 m以上，因此，整個高架橋系統范圍無論地面還是橋上行車視野均較為通透、開闊，與道路兩側建筑高度、距離關系等基本符合景觀尺度要求。

（3）三環線高架橋斷面寬度、線形變化段較多，導致下部墩位布置極不規則，對地面道路車道布置影響較大。眾所周知，設置門架型橋墩是解決該類問題的有效簡便手段，但由于其對景觀存在不利影響，在該項方案設計中充分考慮工程景觀的高標準要求，多次論證優化高架橋、地面道路線形及斷面，最終在兼顧各方需求的基礎上，取消了路段上設置的門架墩，對橋墩形式進行了優化調整，實現了較好的景觀設計要求。

（4）考慮高架橋及地面道路高速行駛車輛產生的噪音對沿線居民的影響，在綠化帶中設置以高大喬木（如鄭州的市樹懸鈴木）為主的生態林防噪帶，同時，在噪音敏感路段（如醫院、學校、居民區）設置隔音屏，減輕噪音的影響。

（5）結合高架橋立面景觀要求，統籌考慮綠化、智能交通、景觀照明等附屬專業預置構件，隨橋梁結構一體化實施，避免后期在主體上外掛影響橋體外觀裝飾效果。

2.4 高架橋系統與地面道路、現狀立交的交通轉換系統

2.4.1高架橋系統與地面道路的交通轉換

高架橋與地面道路的合理交通轉換是保障三環線交通暢通的又一重要問題。與其它大城市快速路系統不同，鄭州三環線由于緊鄰中心城區，區域內路網密集，三環線平均每隔300～400 m就有一個相交路口，按照鄭州市總體規劃，原則上所有的現狀及規劃城市道路與三環線相交節點均應保持貫通并連通，上下橋匝道的設置空間極為受限，在做了多個比選方案，經過反復論證后，結合近遠期交通規劃，本著優先服務主次干道交通的原則，確定了該方案，下面以北三環為例做一簡單介紹。

2.4.1.1上下橋匝道位置的設置

北三環是四個環線中交通壓力最大的，尤其是北三環文化路、索凌路、豐慶路區段擁堵現象非常嚴重。通過交通量預測及交通仿真研究，只有使高架橋和地面道路及時分流平衡交通壓力，共同發揮作用，才能根治這一問題。據此，方案中在文化路與索凌路之間設置了一對上下橋匝道，將現狀文化路跨線橋進行升級改造，增設北向東、西向北兩條左轉匝道和東向北、北向西兩條右轉匝道，使高架橋上的車輛能夠盡快向文化路、索凌路、豐慶路等主干道疏散。同時，也使上述道路進入北環的車輛能夠及時進入高架橋系統，再配以科學的交通智能誘導系統，適時對地面道路與高架橋系統的交通流量進行疏導分配，互為平衡，以期達到較好的交通效果。

北三環科學大道—南陽路之間為鐵路編組站，快速系統為上跨編組站彩虹橋，現狀橋梁為雙向4車道，且改造條件極為困難。為減輕高架橋的交通壓力，平衡快速高架系統與地面道路系統的交通流量，在彩虹橋西側和彩虹橋東側南陽路立交處各增設一對上下橋匝道。通過該路段地面道路系統增設的下穿編組站雙向6車道隧道加以連通，實現地面道路系統完成對高架橋擁堵路段的交通分流目的。

2.4.1.2上下橋匝道與地面道路的銜接

（1）地面道路車輛上橋。

輔道車輛通過交叉口可直接上橋，主線車輛通過交叉口進入輔道上橋，為了保證主線車輛順利快捷地上橋，提前2個路口設置標志誘導其提前進入輔道。

（2）主線車輛下橋。

對應下橋匝道處設置左轉、直行、右轉車道，讓輔道右轉的車輛提前進入匝道外側，匝道車道與輔道內側車道采用隔離欄桿進行分離，內側輔道只設置左轉和直行車道，避免因出現交織而擁堵。

2.4.2高架橋與現狀立交的交通轉換

各節點優化方案如下。

2.4.2.1北三環

北三環—文化路立交，新建部分互通式立交，增設北向東、西向北、東向北、北向西四條轉向匝道，完善立交功能，實現與高架橋的聯系。

北三環—南陽路路立交，新建上下橋匝道，增強與高架橋的交通聯系，平衡分流交通。

北三環—中州大道立交，現狀立交是基于早期三環線“口”字型路網布局確定的單喇叭立交，隨著鄭東新區的發展，北環需向東延伸至東四環，該路口成了“十”字路口，與北三環東延段鄭東新區龍湖中環路立交相連。同時，受現狀箱涵及地下管線的影響，需進行較大的方案調整，根據專家評審論證建議及廣泛的意見征集，確定了局部拆除現狀立交匝道，新建全互通式立交方案，以便與北三環東延段高架及地面系統順暢的連通。

2.4.2.2西三環

西三環—航海路和西三環—化工路交叉口，新建全互通立交。

2.4.2.3南三環

南三環京廣路節點處于京沙快速路和南三環快速路交匯處，該立交定位為全互通樞紐型立交。該節點現狀是南三環跨越京廣路的跨線橋。

由于受到四個象限用地和現狀跨線橋的限制，立交線形布置較為困難，經過對多個方案的功能、占地、投資等全方位的多次比選，渦輪型立交被選為推薦方案。立交總體布置為四層，地面道路為第一層，現狀南三環上跨京廣路跨線橋為第二層，左轉定向匝道為第三層，京廣路橋為第四層。該方案的優點是功能完善，造型美觀、緊湊，能很好地處理與現狀跨線橋、東側南三環高架、北側長江路隧道、西側大學路立交、南側南水北調大橋的關系，達到了功能、景觀的有機統一。

2.4.2.4中州大道

中州大道—南三環立交增設兩條左轉匝道，實現了立交各個方向的全互通，地面道路由于現狀為十八里河灘地，地面道路基本上無法通行，該項優化方案新增一座天橋跨越南三環，形成兩個Y字形通道，使地面道路滿足行人及非機動車的通行要求。

3 結語

鄭州市三環路自1993年動工建設至今，近20 a來經歷了多次升級改造，業主不同、設計單位不同、城市發展階段不同，期間城市總體規劃也有重大調整?，F今的總體設計單位，必須承接歷史，梳理過程，面對現實，按照科學發展觀，以人為本的理念，在吸收國內經驗的基礎上，對該項三環快速化工程設計方案進行充分的研究和優化，在保障行人、非機動車和公交車路權的前提下，統籌兼顧，以期盡量達到人、車、路和環境四者的和諧統一。其實際效果仍有待以后檢驗。