山區(qū)高速公路互通式立交設(shè)計(jì)方案研究

黃光耀 羅 慧 田 華

(廣西交通科學(xué)研究院有限公司 南寧 530007)

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，目前許多高速公路建設(shè)已經(jīng)向山嶺地區(qū)延伸，以解決偏遠(yuǎn)山區(qū)城市的交通出行問(wèn)題。山區(qū)高速公路互通式立交設(shè)計(jì)受山嶺地區(qū)地形復(fù)雜影響[1-3]，存在順層、暗河和溶洞等不良地質(zhì)條件[4]、地勢(shì)高差大、匝道平面線形約束嚴(yán)格[5-8]等多種因素的制約。如何在多種制約因素條件下，獲得符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，兼顧車輛運(yùn)行安全，且能夠節(jié)約工程投資的方案是山區(qū)高速公路互通式立交設(shè)計(jì)需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 實(shí)例背景

本文以廣西融水至河池高速公路天河互通設(shè)計(jì)為實(shí)例，分析山區(qū)高速公路互通式立交設(shè)計(jì)方案研究。廣西融水至河池高速公路是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃修編(2010-2020)》中賀州(靈峰)至隆林(板壩)公路的支線——桂林至河池公路的重要構(gòu)成路段。項(xiàng)目主線全長(zhǎng)105.6 km，設(shè)計(jì)車速100 km/h，路基寬度26 m。天河互通位于羅城縣天河鎮(zhèn)以南約7公里處，屬于融水至河池高速公路的落地互通，通過(guò)新建的天河連接線和祥貝連接線可以分別通達(dá)天河鎮(zhèn)和祥貝鄉(xiāng)。天河連接線為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速60 km/h，路基寬度10 m；祥貝連接線為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)車速40 km/h，路基寬度8.5 m。

2 互通設(shè)計(jì)的制約因素

1) 地形地質(zhì)條件。融水至河池高速公路位于廣西山字形構(gòu)造的北部，九萬(wàn)大山南麓余脈山地丘陵帶，以山地、丘陵、巖溶地貌為主。天河互通區(qū)域主要為巖溶丘陵地貌，地層為石炭系下統(tǒng)不純灰?guī)r間夾碎屑巖，泥質(zhì)成分較多，碎屑巖夾層較厚。有洼地、漏斗發(fā)育，地下巖溶形態(tài)不發(fā)育。局部山溝、山谷、山間洼地及水田、水塘等地段發(fā)育淤泥質(zhì)黏土等軟弱土，上部巖石大部分已強(qiáng)風(fēng)化。

2) 預(yù)測(cè)交通量。根據(jù)工程可行性研究報(bào)告及交通量預(yù)測(cè)，到2041年，天河互通來(lái)往河池方向的交通量為3 601 pcu/d，來(lái)往融水方向的交通量為1 917 pcu/d，交通流主次較為明顯。在擬定互通設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)分清主次，優(yōu)先提高來(lái)往河池方向匝道的線形技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)以上預(yù)測(cè)交通流量分布情況，選用單喇叭A型方案更加符合交通量分布情況。

圖1 天河互通2014年預(yù)測(cè)交通流量分布圖(單位：pcu/d)

3) 平面控制因素。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，互通區(qū)域范圍內(nèi)受東練、馬山腳2個(gè)村莊的民房影響，涉及北安小學(xué)和東練村飲用水源2處環(huán)境敏感區(qū)， 且東練村東面設(shè)置有羅城縣羅氏主墳區(qū)。針對(duì)上述平面控制因素，擬定互通式立交匝道平面線形時(shí)需重點(diǎn)考慮遠(yuǎn)離或者避讓，特別是需要避開(kāi)北安小學(xué)、飲用水源和羅氏主墳區(qū)3個(gè)環(huán)境敏感點(diǎn)，降低施工階段征地拆遷的難度。

4) 高差控制因素。天河互通區(qū)域范圍內(nèi)坡高谷深，山坡高程在160～250 m之間；區(qū)域水系發(fā)達(dá)，受到天河水位的控制。天河互通位于主線一段約6 km長(zhǎng)連續(xù)下坡的底部，高差約為180 m。擬定互通設(shè)計(jì)方案時(shí)，互通范圍內(nèi)主線的縱面線形技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和行車安全要求，匝道縱面線形盡量均衡，避免為克服主線和被交路之間較大的高差而采用極限縱坡或拉長(zhǎng)匝道長(zhǎng)度的情況，且需統(tǒng)籌主線、匝道、收費(fèi)廣場(chǎng)和收費(fèi)站管理所的布局，盡量做到互通范圍內(nèi)土石方平衡。

3 互通設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

3.1 方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

方案一。采用對(duì)向分隔匝道與主線正交的單喇叭A型互通，如圖2所示?；ネǚ秶鷥?nèi)主線沿東練和馬山腳之間山嶺穿過(guò)，主線樁號(hào)范圍為K68+100-K69+700，建設(shè)里程為1.6 km。主線平面線形為卵形曲線，小圓曲線半徑R=1 100 m，大圓曲線半徑R=1 375 m，卵形曲線的緩和曲線參數(shù)A=812 m；主線縱斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高在175～218 m之間。A匝道沿自然山溝布設(shè)，下穿主線； B匝道(半直連式)和C匝道(環(huán)形，R=60 m)2條左轉(zhuǎn)匝道布設(shè)于東練村以南約400 m地勢(shì)較為平坦的區(qū)域。E匝道為天河往河池的右轉(zhuǎn)匝道，最小半徑為100 m，最大縱坡為3.8%，接近極限值。由于融水方向主線的標(biāo)高較高且縱坡較大，導(dǎo)致融水往天河方向的右轉(zhuǎn)D匝道需克服的高差多達(dá)27 m，匝道長(zhǎng)度達(dá)965 m，最大縱坡為4%，達(dá)到規(guī)范要求的極限值。收費(fèi)站管理所設(shè)置于A匝道右側(cè)，占地面積6 000 m2。

圖2 天河互通方案一平面圖

方案二。采用對(duì)向分隔匝道與主線斜交的單喇叭A型互通，如圖3所示。

圖3 天河互通方案二平面圖

針對(duì)方案一主線和被交路高差大且2條左轉(zhuǎn)匝道填方較高等問(wèn)題，方案二優(yōu)化了主線越嶺路段的平縱面線形，將互通范圍內(nèi)的主線整體設(shè)計(jì)標(biāo)高降低約8 m， 同時(shí)優(yōu)化被交路天河連接線的平縱面線形，抬高連接線的標(biāo)高約5 m，縮短D匝道的長(zhǎng)度且降低其最大縱坡值，另外將交叉點(diǎn)位置將東側(cè)移動(dòng)約400 m，將2條左轉(zhuǎn)匝道設(shè)置于3個(gè)山包的區(qū)域，減少路基填方高度。

方案二主線樁號(hào)范圍為K68+180-K69+360，建設(shè)里程為1.18 km。主線平面線形為單圓曲線，圓曲線半徑R=1 100 m；主線縱斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高在183～210 m之間。A匝道沿東面山坡向東南方向布設(shè)，斜交下穿主線； B匝道(半直連式)和C匝道(環(huán)形，R=60 m)2條左轉(zhuǎn)匝道布設(shè)于馬山腳村西面約500 m山坡區(qū)域。右轉(zhuǎn)匝道E匝道最小半徑為100 m，最大縱坡為2.99%。由于主線和被交路線形的優(yōu)化調(diào)整，D匝道需克服的高差縮小約11 m，匝道長(zhǎng)度縮短為655 m，最大縱坡降低為3.5%。

3.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 天河互通方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.3 主要工程量對(duì)比分析

天河互通方案主要工程量對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 天河互通方案主要工程量對(duì)比

根據(jù)上述2個(gè)互通方案的優(yōu)缺點(diǎn)和主要工程量對(duì)比，方案二在匝道平縱面線形布設(shè)更加合理，線形技術(shù)指標(biāo)更高，行車安全性更好，能夠與地形地勢(shì)條件相結(jié)合，充分做到順勢(shì)而為、因地制宜，且在工程投資更加少，因此推薦采用方案二作為天河互通立交設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)高速公路具有地形地質(zhì)條件差、自然高差較大、平縱面線形控制較為嚴(yán)格等特點(diǎn)，山區(qū)高速公路互通式立交作為高速公路項(xiàng)目的重要節(jié)點(diǎn)工程，方案的合理與否直接影響到后期施工難度和運(yùn)營(yíng)安全。

在設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分調(diào)查沿線的主要控制因素，匝道平面線形應(yīng)根據(jù)地形地勢(shì)條件進(jìn)行布設(shè)，減少高填深挖；縱面線形方面需要處理好主線與匝道、主線與被交路之間的高差關(guān)系，避免采用極限縱坡；另外應(yīng)從工程投資、施工難度、征地拆遷協(xié)調(diào)難易程度和后期運(yùn)營(yíng)車輛行駛的安全性等多方面進(jìn)行多方案比選，盡可能做到不遺漏任何有價(jià)值的互通方案，推薦方案需要滿足工程可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。