沙井互通式立交設計方案研究

趙業梅 張 鄒 王劉振

(1.湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢 430051； 2.廣西交通設計集團有限公司 南寧 530029)

沙井互通式立交是沙吳高速公路起點處原沙井單喇叭型一般式互通改造而成的樞紐互通。原有單喇叭互通是服務于沙井附近上下南寧繞城高速公路的一般互通式立交，設置有匝道收費站，連接南寧繞城高速與南站大道。新的樞紐互通既連通沙吳高速和南寧繞城高速，又連接地方道路南站大道，原匝道收費站進行改擴建為主線收費站[1]。

沙井互通式立交在升級改造中存在3大難點問題：①環境復雜，互通區附近有鐵路交叉，跨線橋凈空和展線長度制約了互通布設；②主線起點與被交叉的高速公路較近，匝道及主線收費廣場布設長度不夠；③被交道一側房屋較密集，另一側山體連綿，原有單喇叭互通難以利用，若采用主線上跨被交道，展線長度不足縱坡超限，若下穿被交道，挖方段長且深造成大量的廢方，且匝道布設造成大量拆遷。文中通過研究比選，最后確定的互通方案較好地解決了以上主要問題，滿足功能、安全高效、經濟合理。

1 工程概況

沙吳高速公路(以下稱為“主線”)設計速度為120 km/h，雙向六車道，路基寬度34 m(該互通區段)。南寧繞城高速公路(以下稱為“被交道”)已建成通車多年，雙向四車道，設計速度100 km/h，路基寬度26 m。本互通位于項目主線起點，連接南寧繞城高速，原狀為沙井單喇叭一般式互通，需改造為具有連通地方道路與高速公路功能的樞紐互通。

2 沙井互通方案控制因素

2.1 原狀互通概況

原沙井互通為南寧繞城高速公路上的A形單喇叭互通，屬于一般服務性互通，其平面布置圖見圖1。主要為江南區南站大道及周邊區域上下南寧繞城高速服務，匝道上跨南寧繞城高速，設置沙井匝道收費站1處，收費站出口下穿正在運營的湘桂鐵路跨線橋，與江南地區南站大道相接。原沙井收費站中心與湘桂鐵路跨線橋距離約200 m，與南寧繞城高速公路距離約500 m。

圖1 原單喇叭互通式立交

2.2 互通立交區地形及地物情況

互通位于構造剝蝕丘陵地貌區，路線起點路段巖性以軟質泥巖、粉砂巖及其風化物為主，巖土具有弱～中等膨脹性，屬于膨脹性巖土，對路基穩定較不利。

湘桂鐵路在南寧繞城高速西側約1 km下穿通過，在距離沙井收費站200 m處上跨南站大道，云桂高鐵(即南昆鐵路客運專線)在南寧繞城高速西側約1.2 km處上跨通過。

2.3 新建互通作用及控制因素

新建互通既要保留原有服務功能，與地方道路連通，方便江南區南站大道及周邊區域上下沙吳高速及南寧繞城高速，又要連接沙吳和南寧繞城高速，實現2條高速之間的交通轉換。

原沙井單喇叭互通匝道以3.2%縱坡上跨南寧繞城高速，主線設計速度為120 km/h，縱坡應不超過2%。湘桂鐵路跨線橋是控制點，其距南寧繞城高速公路僅720 m，該距離段內下穿湘桂鐵路后上跨南寧繞城高速，縱坡無法控制在2%以內。若調整為下穿南寧繞城高速，由于南寧繞城高速南側山體延綿，下穿后主線挖方路段長且深，挖方工程量及防護工程量均很大。

南寧繞城高速西北側房屋密集，匝道布設時宜盡量減少拆遷[2]。

2.4 互通轉彎交通量

本互通預測交通量分布見圖2，括號外為2042年平均日交通量，pcu/d，括號內為2042年設計小時交通量，pcu/h。根據交通量預測結果：該轉向匝道預測年設計小時交通量為：沙井至南寧東方向為343 pcu/h，沙井至百色方向為443 pcu/h，吳圩至南寧東方向為590 pcu/h，吳圩至百色方向為398 pcu/h。

圖2 交通量預測圖(2042年)

3 沙井互通式立交方案研究

如上所述，該互通要滿足兩條高速之間的交通轉換及與地方道路的便捷連通，從現有地形地貌、路網條件、指標要求等看，互通布設受限因素較多，為了找出技術可行、安全便捷、經濟合理的方案，對該互通位置、選型進行了多方案比選研究，重點對以下3個方案進行闡述和比選[3-5]

3.1 方案一

保持南寧繞城高速走向不變，順著原沙井互通匝道A方向布設為沙吳高速主線，起點在湘桂鐵路橋下，對接南站大道。按十字交叉進行互通設計，考慮地形和交通流向，利用原沙井互通部分匝道，完善其他方向的匝道布設，在原匝道收費廣場位置設置主線收費廣場。主線縱坡受到下穿湘桂鐵路橋高程制約，與被交道距離僅720 m展線困難，無法控制在2%以內上跨南寧繞城高速，故采用主線下穿南寧繞城高速方案，互通方案的轉向及功能齊全，方案一平面圖見圖3。

圖3 方案一平面示意圖

該方案的優點：①互通功能完善，能滿足各方向的交通流轉換需要；②沙井～吳圩主交通流方向便捷順達，通行能力較高；③一定程度利用了原沙井互通部分匝道，減少工程廢棄。

該方案的缺點：①主線下穿南寧繞城高速處需將路基改為橋梁，增設保通車道開挖施工或者半幅施工頂推施工等方式均會影響其運營通行；②主線下穿南寧繞城高速公路處設計高約為88 m，附近山體地面高為109～122 m，主線存在較長的深挖路段，挖方量高達285萬m3左右，該處挖方又處于膨脹土區域，棄方和防護工程量均較大；③沙井收費站中心與湘桂鐵路橋距離僅有200 m，與南寧繞城高速距離約500 m，后期匝道收費站改造成主線收費站，收費島數量增多后收費廣場漸變段長度不足，通行能力無法保證，可能造成交通擁堵。④匝道布設影響到原沙井收費站一側的房屋，該處房屋密集，拆遷量較大。

3.2 方案二

改善了方案一的不足，不改建現狀南寧繞城高速公路、利用現有沙井互通，在原沙井互通東側約750 m牛頭水庫附近設置T形樞紐互通連通沙吳高速與南寧繞城高速，與原沙井單喇叭互通形成復合式互通，以最大限度地利用既有道路資源、滿足交通轉換的需要。T形樞紐互通采用匝道上跨被交道，盡量減少對南寧繞城高速的影響。原沙井互通匝道收費站按照新的交通量規模進行改擴建。方案二平面布置見圖4。

圖4 方案二平面示意圖

該方案的優點：①最大限度地利用現狀沙井互通，減少了對現狀南寧繞城高速公路及沙井單喇叭互通的運營影響；②無方案一中的主線縱坡受限及挖方量大等問題；③T形樞紐互通和單喇叭互通的組合能滿足交通量轉換的需要；④拆遷量少。

該方案的缺點：①沙井往返吳圩方向作為主交通流向需要通過環形匝道和迂回型半定向匝道進行轉換，沙井與主線的上下交通有繞行；②沙井收費站改造成主線收費站后收費島數量增多造成收費廣場漸變段長度不足；③T形樞紐與原單喇叭互通間存在交織段；④T形互通距牛頭水庫較近，建設施工難度較大。

3.3 方案三

考慮到方案二雖然最大限度利用了現狀互通，減少了對被交道的運營影響，但沙井-吳圩主流向交通存在一定的繞行，為使該方向快捷順暢，仍采用方案一中的主線線形和走向，主線起自湘桂鐵路跨線橋下對接南站大道。為解決方案一中的主線下穿被交道造成大量挖方及防護工程、主線收費站漸變段長度不足、匝道布設造成大量拆遷等問題，擬將南寧繞城高速公路向南偏移約190 m進行部分段落改建，改移長度約2.71 km，廢除原有沙井單喇叭互通，設置對稱雙環變形苜蓿葉的十字樞紐互通，主線起點與地方道路南站大道對接，將原沙井匝道收費站改擴建為主線收費站。

改移被交道后，擴大了主線及匝道的布設空間，較好地解決了湘桂鐵路跨線橋的標高制約及距離不足展線困難等問題。為了順應地形，減少挖方量，主線起點順接南站大道后，設置2%上坡，下穿改建的南寧繞城高速，2條高速盡量抬高設計標高，從而減少互通處的挖方量及廢方量。方案三平面圖見圖5。

圖5 方案三平面示意圖

該方案的優點：①互通立交型式滿足交通量要求，功能完善、造型美觀，各方向車流通行順暢；②沙井-吳圩主交通流方向便捷順達，通行能力較高；③較好地解決了主線縱坡受限、挖方量大、主線收費廣場漸變段長度不足等問題；④互通匝道布設在被交道改建段，項目建設過程中對南寧繞城高速的運營影響相對較小。

該方案的缺點：①改建了南寧繞城高速2.71 km，工程造價較高，社會影響和協調難度較大；②廢棄了原沙井單喇叭互通；③被交道改建段距牛頭水庫較近，以高架橋通過，增加了橋梁規模。

3.4 方案比選

3個方案的優缺點比較結果見表1。

表1 沙井樞紐互通方案優缺點比較表

由表1可見，3個方案各有利弊，經過綜合考慮全面比選，方案三主線與地方道路的銜接更符合主交通流向，使沙井往返吳圩方向更加直接通暢，通過改建部分南寧繞城高速雖然增加了工程造價，但基本解決了三大主要問題，在滿足互通區主線縱坡指標的情況下減少了挖方廢方量和房屋拆遷量，解決了收費廣場漸變段長度不足的問題，互通匝道布設在被交道改建段，項目建設過程中對南寧繞城高速的運營影響相對較小，該方案也得到了相關方的認同和支持，因此推薦方案三。

4 沙井樞紐互通方案設計

推薦的沙井樞紐互通方案三采用變形苜蓿葉對稱雙環式，拆除原沙井互通，保留沙井收費站位置改擴建為主線收費站，向南側改建南寧繞城高速2.71 km，主線起點設于湘桂鐵路跨線橋下，平、縱面均與南站大道順接，后設置上坡盡量減少挖方，下穿改建的被交道。

包含主線、被交道改建段及9條匝道。減速車道采用直接式，加速車道采用平行式。匝道分別采用單向單車道匝道(路基寬9.0 m)和單向雙車道匝道(路基寬10.5 m)，集散車道P匝道采用單向雙車道匝道，路基寬12.5 m。匝道設計速度為40～60 km/h。設匝道跨線橋9座。主線收費站1處。

沙井樞紐互通的主要工程數量表見表2。

表2 沙井樞紐互通主要工程數量表

5 結語

當原高速公路有單喇叭形一般互通，新建高速需在該互通附近連接原高速實現交通轉換時，其設計方案可能有：①為了保留原單喇叭互通與地方道路連通轉換的服務功能，首選T形樞紐互通+單喇叭互通的組合方案，如本文的方案二，能最大限度減少對原高速公路及互通的影響；②若新建高速起(終)點需與地方道路連通，交通流量較大，宜將地方道路與主線直接連通對接，將原單喇叭互通改建為十字樞紐互通，保留進入地方道路的收費站功能，如本文的方案一所示，主流方向直捷順暢，互通功能完善；③若新建高速與地方道路連通為主交通流向，但受地形地物等限制，現有空間不足以布設功能完善的樞紐互通，可考慮改建部分被交高速公路，改善互通布設條件，如本文的推薦方案三所示，互通功能完善，主流向便捷順暢，解決了空間不足等問題。

隨著高速公路網的加密，互通式立交的建設條件更加復雜，復合式樞紐互通也越來越多。在復雜互通的方案研究設計中，由于建設條件、互通功能、交通流量等不同，每個互通方案都是獨一無二的，但相似條件下互通方案布設的研究思路是可以借鑒的。本互通式立交為原單喇叭一般性互通改建為具有連通地方道路與高速公路功能的十字樞紐互通的一個案例，通過對該互通設計方案優化過程的分析和總結，為類似條件下的互通方案設計提供思路和參考。