城市互通立交選型要點(diǎn)及對(duì)策研究

劉 帆，楊 洋

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

目前,在我國(guó)城市互通立交中：菱形立交因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，是城市互通立交的主要形式之一；其次為苜蓿葉型立交，其特點(diǎn)是造型簡(jiǎn)潔、視野開闊、景觀性好，工程規(guī)模適中；喇叭型立交是T 型交叉最常用的立交形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程規(guī)模小。城市立交型式還有：Y 型、環(huán)形、渦輪型、直連式以及各種立交的變異和組合[1-3]。

隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展，城市交通環(huán)境越來越復(fù)雜，并逐漸向立體化、多元化方向發(fā)展。城市道路互通設(shè)置在空間尺度、功能要求、立交型式及工程規(guī)模方面的分析越來越重要[4]。

唐瑩[5]通過對(duì)4 處典型城市樞紐的研究提出充分利用現(xiàn)狀條件，注重立交功能、景觀及預(yù)留遠(yuǎn)期交通需求的立交選型原則。黃振宇[6]以深圳市南坪快速路三期為研究對(duì)象，提出立交選型應(yīng)系統(tǒng)考慮沿線交通組織，并充分調(diào)查交通現(xiàn)狀，注重交通量預(yù)測(cè)的選型方法。滕國(guó)臣[7]通過對(duì)五路交叉節(jié)點(diǎn)的研究，提出五路交叉選型以交通量分析與預(yù)測(cè)為重點(diǎn)。

綜上，當(dāng)前針對(duì)城市互通立交的特點(diǎn)及選型進(jìn)行了大量研究，但都側(cè)重于某一方面因素，不夠系統(tǒng)和全面。本文正是基于前人研究，以城市建成區(qū)互通立交工程為例，系統(tǒng)分析研究城市道路互通立交設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及選型中的具體對(duì)策，并提出城市互通立交設(shè)計(jì)原則與方法。期望基于該原則及方法可為國(guó)內(nèi)外同類區(qū)域互通立交選型提供參考及依據(jù)。

1 城市互通立交設(shè)計(jì)控制要素

設(shè)計(jì)控制要素是城市互通立交設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的基本要素和必要條件。與傳統(tǒng)公路立交相比，城市互通立交在功能要求、交通組織、立交型式、征地拆遷、環(huán)境控制及工程投資等方面有較為嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)時(shí)必須協(xié)同研究。基于以上因素分析，設(shè)計(jì)控制要素具體可歸納為安全、功能、環(huán)境、用地、成本五方面內(nèi)容[8]。

1.1 安全

安全包括結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)行安全兩個(gè)方面。結(jié)構(gòu)安全指組成立交的各構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全及耐久性。運(yùn)行安全是指以人、車、路及管理為主要影響因素的整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“以人為本、預(yù)防為主、寬容設(shè)計(jì)、防護(hù)得當(dāng)”的設(shè)計(jì)理念。

1.2 功能

功能包括社會(huì)功能及交通功能兩個(gè)方面。社會(huì)功能主要指社會(huì)發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民群眾出行等方面的需求。交通功能是指路網(wǎng)系統(tǒng)的交通需求及節(jié)點(diǎn)交通轉(zhuǎn)換的需求。路網(wǎng)系統(tǒng)的交通需求決定了立交的位置、規(guī)模及形式。

1.3 環(huán)境

環(huán)境要素主要包含社會(huì)環(huán)境、自然環(huán)境及歷史文化環(huán)境三方面。社會(huì)環(huán)境是指影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的現(xiàn)狀、規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局、土地規(guī)劃等。自然環(huán)境是指地形、地物、水文等。歷史文化環(huán)境是積淀形成的歷史地點(diǎn)及文化遺產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以避讓和保護(hù)。

1.4 用地

城市互通立交用地限制較為嚴(yán)格，道路兩側(cè)建筑密集，而且征拆費(fèi)用高。因此，城市互通立交設(shè)計(jì)時(shí)除滿足功能、安全、環(huán)境需求外，還應(yīng)樹立節(jié)約用地的設(shè)計(jì)理念，堅(jiān)持精心設(shè)計(jì)、巧妙布局，實(shí)現(xiàn)土地資源的集約利用。

1.5 成本

對(duì)城市立交設(shè)計(jì)而言，成本主要包括建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本、交通事故成本、占地成本等。全壽命周期成本不僅是指建設(shè)階段的投資，還包括對(duì)工程投資的評(píng)估，通過對(duì)立交方案的選擇，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、優(yōu)化工期、降低初期投資比等，是一種完善、科學(xué)的成本理念。

2 城市互通立交選型要點(diǎn)分析

2.1 明確節(jié)點(diǎn)功能定位，與路網(wǎng)布局相協(xié)調(diào)

立交選型首先應(yīng)根據(jù)路網(wǎng)布局和規(guī)劃、相交道路的等級(jí)、交通功能等明確其功能定位，確保路網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和整體性，確保行車安全通暢和連續(xù)性，確保慢行系統(tǒng)的便捷連通性。

2.2 明確建設(shè)條件，與自然及環(huán)境條件相適應(yīng)

立交選型應(yīng)充分考慮區(qū)域規(guī)劃、地形、地質(zhì)、周邊的構(gòu)筑物、設(shè)施的分布、文物古跡等條件。明確立交用地范圍，在滿足交通功能的前提下因地制宜布置匝道，確保立交型式與地形、地物及周邊的環(huán)境相適應(yīng)，布局巧妙。

2.3 明確建設(shè)時(shí)序，使近、遠(yuǎn)期有機(jī)結(jié)合

立交選型在滿足交通需求的前提下，力求節(jié)約造價(jià)，但又要考慮遠(yuǎn)期交通發(fā)展和改擴(kuò)建的可能，確保遠(yuǎn)期改造時(shí)對(duì)既有工程的充分利用。

2.4 明確主、次交通流，使匝道布設(shè)有層次

立交選型首先要滿足主要道路交通，然后考慮次要道路交通；首先滿足主要方向轉(zhuǎn)向交通，然后考慮次要方向轉(zhuǎn)向交通。確保立交匝道布設(shè)先主后輔，有層次。

2.5 明確交通量及組織關(guān)系，使車行與慢行不干擾

立交選型要研究各種交通系統(tǒng)的交通組織關(guān)系，預(yù)測(cè)各種交通系統(tǒng)的交通量。交通量決定了匝道型式及立交規(guī)模。尤其不能忽略慢行系統(tǒng)的交通需求，確保機(jī)動(dòng)車與慢行交通不干擾、少干擾。不但要滿足車行交通的轉(zhuǎn)換需求，還要滿足慢行交通的通過功能，使慢行系統(tǒng)不中斷、不繞行。

3 城市互通立交選型對(duì)策和設(shè)計(jì)步驟

3.1 城市互通立交的選型對(duì)策

城市互通立交一般依據(jù)路網(wǎng)布局及規(guī)劃，位置一般比較容易確定。在立交位置選定后，城市互通立交選型可按照初定立體交叉的基本型式、交叉幾何形狀及結(jié)構(gòu)選擇、立體交叉型式評(píng)價(jià)等步驟進(jìn)行選型。具體流程可按照?qǐng)D1 進(jìn)行。

圖1 城市互通立交選型步驟

3.2 城市互通立交的設(shè)計(jì)步驟

城市互通立交設(shè)計(jì)階段所需資料，除任務(wù)委托書、政府批復(fù)、專項(xiàng)評(píng)估、評(píng)審意見、設(shè)計(jì)規(guī)范等依據(jù)性文件外，還應(yīng)收集下列現(xiàn)狀和規(guī)劃的基礎(chǔ)性資料。

（1）收集交通資料，進(jìn)行交通量預(yù)測(cè)，確定交叉口的流量流向圖數(shù)據(jù)。

（2）收集節(jié)點(diǎn)范圍的地形及地勘資料，明確立交范圍地形地貌，地上及地下重要構(gòu)筑物及管線。

（3）收集路網(wǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃資料，為立交選型、立交方案及實(shí)施性提供依據(jù)及支撐。

（4）根據(jù)建設(shè)條件和控制因素，在地形圖上初步擬定適應(yīng)交通需求和符合實(shí)際的幾種可供選擇的立交型式。

（5）堅(jiān)持多方案比選原則，對(duì)于有價(jià)值的方案，分別完成各方案的線形設(shè)計(jì)和交通組織設(shè)計(jì)。

（6）對(duì)每種立交比選方案中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)特征指標(biāo)、總體方案、交通組織、征地拆遷、工程造價(jià)、施工難易程度和分期實(shí)施的可能性等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境方面的評(píng)價(jià)。

（7）根據(jù)各比選方案的總體布置圖，確定方案的用地范圍，計(jì)算征地面積、拆遷工程量、投資估算。

（8）提出初步推薦方案，依次完成工可（方案設(shè)計(jì)）、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

4 典型城市互通立交選型案例分析

4.1 立交方案概況

案例立交位于西安市秦漢新城西部，在現(xiàn)狀正陽大道渭河正陽大橋西側(cè)，為蘭池大道與機(jī)場(chǎng)高速節(jié)點(diǎn)，主要服務(wù)于機(jī)場(chǎng)、主城區(qū)與秦漢新城之間的交通轉(zhuǎn)換。立交位置如圖2 所示。

圖2 項(xiàng)目地理位置

4.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)控制要素及選型要點(diǎn)論述

（1）在安全方面

該節(jié)點(diǎn)為高-快之間交通轉(zhuǎn)換，首要條件是行車安全和高效，選擇立交轉(zhuǎn)換比平交更利于行車安全。

（2）在功能方面

從路網(wǎng)功能角度看，區(qū)域迫切需要一條與市區(qū)直接相連的快速通道，改變現(xiàn)狀河道物理分割、涇渭大道距離較遠(yuǎn)、正陽大道向南連而不暢的局面。該節(jié)點(diǎn)功能定位：一是秦漢新城內(nèi)部交通與機(jī)場(chǎng)及市區(qū)之間實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點(diǎn)；二是實(shí)現(xiàn)片區(qū)遠(yuǎn)距離組團(tuán)之間交通快速聯(lián)系與轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點(diǎn)；三是蘭池大道沿線立交節(jié)點(diǎn)布設(shè)的加密節(jié)點(diǎn)。該立交對(duì)機(jī)場(chǎng)高速與城市快速之間的建設(shè)具有現(xiàn)實(shí)意義。

（3）項(xiàng)目環(huán)境及建設(shè)條件方面

項(xiàng)目周邊自然環(huán)境主要有河堤路景觀道路，制約該項(xiàng)目立交選型；地鐵13 號(hào)線及第四象限現(xiàn)狀建筑，制約該項(xiàng)目匝道布設(shè)；沿線管線設(shè)施，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮進(jìn)行局部改遷，對(duì)熱力管線及燃?xì)夤艿溃A(yù)留相應(yīng)安全距離；高壓線，機(jī)場(chǎng)高速西側(cè)約125 m處有現(xiàn)狀330 kV 正草一線，設(shè)計(jì)需預(yù)留相應(yīng)安全距離及安全凈空。立交選型應(yīng)側(cè)重于扁平化匝道布設(shè)，減少對(duì)現(xiàn)狀設(shè)施的影響。

（4）交通量預(yù)測(cè)、主次流交通流方面

依據(jù)相交道路的等級(jí)、功能，以及周邊居民的交通吸引源及出行特征，對(duì)節(jié)點(diǎn)各轉(zhuǎn)向交通流進(jìn)行預(yù)測(cè)。至預(yù)測(cè)末年，高峰小時(shí)交通流向如圖3 所示。交叉口高峰小時(shí)總交通量為7 450 pcu/h。轉(zhuǎn)向交通量由大到小依次是：北→東、西→北、北→西、東→北。主流交通為左轉(zhuǎn)方向，匝道考慮采用半定向匝道；次要交通流為右轉(zhuǎn)交通。該項(xiàng)目為既有道路增加互通，匝道布置層次為：主線及右轉(zhuǎn)匝道為地面層、左轉(zhuǎn)匝道位于二層。

圖3 預(yù)測(cè)末年高峰小時(shí)交通量（單位：pcu/h）

（5）交通組織方面

節(jié)點(diǎn)立交主要解決高速與快速路之間的機(jī)動(dòng)車交通轉(zhuǎn)換。慢行系統(tǒng)要求該節(jié)點(diǎn)設(shè)置互通后，快速路兩側(cè)東西向聯(lián)通。

（6）用地方面

該項(xiàng)目已預(yù)留立交規(guī)劃用地，周邊規(guī)劃用地為城市綠地。該項(xiàng)目處于渭河之濱，生態(tài)環(huán)境要求高，因此立交選型應(yīng)以緊促型匝道為主，避免大開大合，減小對(duì)現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境的影響。

（7）建設(shè)成本方面

該項(xiàng)目為三路交叉節(jié)點(diǎn)，立交選型除滿足轉(zhuǎn)向要求外，力求型式簡(jiǎn)潔，減少對(duì)現(xiàn)狀道路開挖及對(duì)管線改遷，有效控制立交規(guī)模。

4.3 立交選型布局、技術(shù)指標(biāo)及比選

依據(jù)本文4.2 節(jié)對(duì)該項(xiàng)目控制要素及選型要點(diǎn)的論述，結(jié)合節(jié)點(diǎn)功能、現(xiàn)狀條件、預(yù)測(cè)交通量及相交道路的等級(jí)，綜合考慮項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)周邊現(xiàn)狀限制條件和被交高速的因素，對(duì)方案一（雙層梨型立交）（見圖4）及方案二（雙層變異Y 型立交）（見圖5）兩個(gè)方案進(jìn)行分析，慢行系統(tǒng)從外側(cè)繞行。

圖4 方案一：雙層梨型立交平面布置圖

圖5 方案二：雙層變異Y 型立交平面布置圖

主線設(shè)計(jì)速度60 km/h；匝道受道路兩側(cè)用地限制，立交轉(zhuǎn)向匝道最小半徑僅為55 m，能夠達(dá)到35 km/h 設(shè)計(jì)速度指標(biāo)要求。工程規(guī)模對(duì)比見表1。

表1 工程規(guī)模對(duì)比表

經(jīng)過綜合比選：方案一（雙層梨型立交）功能完善，線形順暢，同時(shí)與現(xiàn)狀因素緊密結(jié)合；方案二（雙層變異Y 型立交）功能也較為完善，但匝道長(zhǎng)度較大，轉(zhuǎn)向半徑基本與方案一相同。因此，在工程規(guī)模增加不大的前提下推薦方案一。

5 結(jié)語

城市互通立交具有選型多樣、造型新穎、兼顧慢行、指標(biāo)靈活、線形美觀、重視景觀等特點(diǎn)，但受用地、地上地下構(gòu)筑物及管線等限制，立交選型難度較大。本文通過系統(tǒng)研究城市互通立交設(shè)計(jì)控制要素，結(jié)合既有工程設(shè)計(jì)，提出城市互通立交選型要點(diǎn)及步驟，可避免立交選型過程中容易忽視的因素，得到最優(yōu)立交形式，可為城市互通立交選型提供參考。