復雜地形條件下高速公路互通方案選型設計

2021-02-26 02:12:34杜艷花

山西交通科技 2021年6期

杜艷花

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西太原 030032）

S20線為甘肅省“六環六縱兩橫十八聯”中的第2橫，同時也是國家普通國道網的第44橫——江蘇啟東至西藏那曲的通道。S20線兩河口至郎木寺高速公路起點位于隴南市宕昌縣兩河口鄉，與國家高速公路G75蘭海高速渭源至武都段相接，自東向西經過舟曲縣、迭部縣、四川省若爾蓋縣至郎木寺與國家高速公路G0611張掖至汶川高速公路相接。

已運營高速公路G75在兩河口鄉設置兩河口互通（一般互通），實現G75與G345線（二級公路）的交流轉換，方便兩河口鄉及舟曲縣人民出入高速。S20線在兩河口鄉與G75成T型交叉。原G75兩河口互通為一般互通立交，新建S20線，需對原互通進行改造，基于該項目功能及應當地政府要求，改造互通既要實現S20線與G75的交通流轉換，又要方便當地群眾出入兩條高速。

1 建設條件及轉向交通量

1.1 建設條件

項目區所處的白龍江河谷區為秦嶺南支西端迭山山脈與岷山山脈交匯疊加地帶，屬國內典型的高山峽谷區地貌。

S20線為典型的臨江傍山型，路線沿江而設，與白龍江并行或相交，南北兩側傍迭山、岷山山脈，溝谷狹窄。該項目兩河口段山高谷窄，地方道路G345兩側村莊較密集，要將G75蘭海高速兩河口互通改造為樞紐互通+一般互通功能，基本無有利地形可用。

圖1 互通布設條件示意圖

G75蘭海高速兩河口互通段，設計速度為80km/h，雙向四車道高速公路，互通范圍內主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為2.46%。互通段內主線均以橋梁跨越岷江。

1.2 轉向交通量

S20線兩河口節點，既要設置與G75的交通流轉換樞紐，還要設置與G345線交通流轉換的一般互通。

根據交通量調查與預測，2045年（通車20年后）通過該樞紐的交通量為33 235 pcu/d，舟曲←→武都轉向交通量為18 001 pcu/d，其中舟曲至武都方向轉向交通量為9 313 pcu/d，武都至舟曲方向轉向交通量為8 688 pcu/d；舟曲←→蘭州方向轉向交通量為15 234 pcu/d，其中舟曲至蘭州方向轉向交通量為6 836 pcu/d，蘭州至舟曲方向轉向交通量為8 398 pcu/d，遠景年預測交通量詳見圖2，圖中括號內為小時交通量。從圖中可以看出，舟曲與武都方向為主交通流，舟曲與蘭州方向為次交通流，舟曲至武都方向轉向交通量最大，為9 313 pcu/d，舟曲至蘭州方向轉向交通量最小，為6 836 pcu/d。根據遠景交通量分析，原G75兩河口互通各匝道指標滿足樞紐功能[1]，可以完全利用現有兩河口互通匝道作為S20線與G75交通轉換樞紐。

圖2 兩河口節點遠景交通量預測圖（2045年）

結合路網功能及群眾出行需求，在兩河口節點應同時設置一般互通，實現S20線及G75與G345線交通流轉換，方便兩河口鄉及舟曲舊城群眾的出行。根據交通量調查與預測，2045年（通車20年后）通過該互通的交通量為9 774 pcu/d，舟曲←→G345轉向交通量為3 867 pcu/d，兩河口←→G345轉向交通量為5 907 pcu/d，兩河口方向出入該節點的交通流較大。其中舟曲至G345轉向交通量為2 039 pcu/d，G345至舟曲轉向交通量為1 828 pcu/d，兩河口至G345轉向交通量為2 805 pcu/d，G345至舟曲轉向交通量為3 102 pcu/d，設計小時交通量均小于400 pcu/d。

2 方案選型設計

重要節點的方案設計不僅影響整個項目的使用功能及造價，同時也影響社會經濟發展、周邊環境及工程可實施性等，因此，重要節點應對多種可行性方案進行多方案同深度比選，才能比較全面地反應節點的各方面特性[2]。

既有樞紐互通改造應本著利用既有工程和利于保通的原則進行考慮，綜合通行能力、行車安全、改造過程、實施難度等多方面因素擬定最優方案[3]。

根據上述交通量預測結果、S20線形條件及G75構造物設置情況，結合現場條件，擬定3個互通方案進行同深度比選。

2.1 方案一單喇叭+T型互通復合方案

互通中心樁號為K0+140，設于主線K0+256—K0+840范圍內。主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為-3%，與原兩河口互通間距1 150 m，交織段長度615 m，滿足復合式互通設置條件[1，4]。該方案僅I匝道半徑較小，R=70 m，其余匝道平面指標均較高，互通整體平縱面指標較高，通行能力較高。

方案一采用迂回T型+單喇叭互通方案，是基于不改變原互通出行習慣，完全利用原收費站及管理區提出的。新建迂回T型互通與原兩河口互通組成復合互通。方案一見圖3。

圖3 兩河口互通方案一平面圖

該方案完全利用原收費站及連接線，平交口位置不變。G、F匝道相當于主線的左右幅，最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為3%。I、H匝道為擬建項目的出入口匝道，實現該項目與G345線交通流轉換。A、B、C、D、E匝道實現S75與該項目及G345線交通流轉換。F、G、H、I匝道共設6座跨河大橋，對河道影響較大。G匝道上跨H匝道，需設1-50 m鋼箱梁橋。

2.2 方案二 A型單喇叭方案

互通中心樁號為K0+600，位于主線K0+180—K1+260范圍內，最小圓曲線半徑為1 000 m，最大縱坡為-2.56%，采用A型單喇叭方案，距兩河口樞紐2 270 m，最小凈距810 m，滿足規范要求。該方案充分利用地形，采用較低的匝道指標，拆除原收費站，新建收費站，完全利用現有收費站管理區。新建平交口位于原G75蘭海高速兩河口互通平交口東1 100 m處。A匝道AK0+400—AK0+700段挖方較多，最大挖深16 m。需設置A、C、D、E匝道跨河大橋，且A匝道AK0+200—AK0+350段為D、E匝道的分匯流段，均以橋梁通過，橋墩較密集，對河道影響較大。

方案二布設緊湊，B、E匝道分別采用極限最小半徑50 m及一般最小半徑60 m，匝道最大縱坡為3.61%，整體互通平縱指標較低。方案二見圖4。

圖4 兩河口互通方案二平面圖

匝道除設跨河大橋外，其余均以路基通過，且橋梁均按常規橋型及孔徑布設即可，互通規模較小。

2.5 方案三 T型方案

互通中心樁號為K0+625，設于主線K0+200—K1+200范圍內。主線最小圓曲線半徑R=1 000 m，最大縱坡為-2.56%，與原兩河口互通間距為1 655 m，最小凈距1 050 m，滿足互通設置條件。該方案采用T型互通方案，是為了減少南側陡峭山體挖方，以及減小對白龍江河道的影響。該方案僅E匝道半徑較小，R=60 m，其余匝道平面指標均較高，互通整體平縱面指標較高，通行能力較高。

方案三將平交口設于G345南側，位于原兩河口平交口東890 m處，需拆除原收費站，利用原收費站北側路基新建收費站，完全利用原收費站管理區。方案三見圖5。該方案僅D匝道、A匝道需設置跨河大橋，其他匝道對河道幾乎無影響。C、D匝道需上跨主線，需設置1-50 m鋼箱梁橋。

圖5 兩河口互通方案三平面圖

2.6 方案比選

山區互通立體交叉的選型設計，要綜合考慮山區環境的各種控制因素（山高、滑坡、河道狹窄、基本農田少、主線指標低、橋隧比例高等），在滿足互通功能和技術指標前提下，靈活多變地進行互通方案設計，多方案、多角度進行比選，選出最優方案[5]。

方案一～方案三主要技術指標及工程規模對比見表1。

表1 主要技術指標及工程規模對比

2.6.1 方案一

2.6.1.1 優點

a）完全利用原收費站及收費站管理區，最大程度減小工程浪費。

b）完全利用原連接線及平交口，不改變周邊群眾的出行習慣。

c）整個互通指標較高，通行能力高。

2.6.1.2 缺點

a）作為主交通流的F、G匝道需從右側分合流。

b）匝道及主線幾乎均以橋梁布設，工程規模大，造價高。

c）該方案F、G、H、I匝道共設6座跨河大橋，對河道影響較大。

d）交通組織較復雜。

2.6.2 方案二

2.6.2.1 優點

a）完全利用原收費站管理區，減小工程浪費。

b）互通布設緊湊，橋梁少，工程規模小，造價低。

2.6.2.2 缺點

a）A、C、D、E匝道需設置大橋跨越白龍江，對白龍江河道影響較大。

b）需拆除原收費站，在原收費站東側新建收費站。

c）B、E匝道采用最小半徑50 m和60 m，互通整體指標較低，通行能力低。

d）A匝道挖方較多，對自然環境影響大，容易誘發不良地質災害。

2.6.3 方案三

2.6.3.1 優點

a）僅E匝道最小圓曲線半徑為60 m，其余匝道指標均較高，通行能力高。

b）完全利用原收費站管理區。

c）利用原收費站北側路基新建收費站，節約用地。

d）完全繞避山體挖方，無挖方。

e）匝道設置跨河大橋少，對河道影響較小。

2.6.3.2 缺點

匝道較長，橋梁較多，工程規模較大，造價較高。

2.6.4 比選結論

方案一是在原G75高速兩河口互通基礎上，增加該項目與G75的轉向匝道，以及該項目的出入口匝道，與原有互通構成復合式互通方案。該方案最大特點是可以完全利用原收費站及收費站管理區、原A匝道路基及原連接線與G345平交口，不改變當地群眾的出行習慣。但是作為主交通流的F、G匝道需從右側分合流，且匝道及主線幾乎均以橋梁布設，整個互通規模最大，造價最高。方案二、方案三為利用原G75高速兩河口互通作為連接該項目與G75高速的轉向樞紐，在滿足互通間距的位置新設該項目的出入口一般互通。其中，方案二為A型單喇叭互通，造型簡單，結構緊湊，匝道指標低，互通通行能力低，規模最小，造價最低，但對河道、山體等自然環境的影響較大。方案三為T型互通，造型簡單，指標較高，但規模較大，造價也較高。方案三完全利用原收費站管理區，在原G75兩河口收費站段新建收費站，而且設置跨河大橋少，完全避開山體挖方，對自然環境的影響最小。

根據以上方案綜合比選，方案三作為推薦方案。