鄭漯高速公路漯河復(fù)合式立交設(shè)計方案的比選

吳 淵

(安徽升建工程管理有限公司，安徽 合肥 230009)

0 引言

京珠國道主干線鄭州至漯河段高速公路是國家高速公路網(wǎng)及河南省公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分。公路自開通運營以來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通量迅速增長，[1]京珠國道鄭州至漯河段四車道高速公路通行能力將達到飽和，服務(wù)水平隨之下降。為滿足交通量日益增長的需要，提高京珠國道主干線的服務(wù)水平，本段高速公路將在原有四車道的基礎(chǔ)上采用兩側(cè)直接拼接加寬的方式，改建成雙向八車道高速公路。隨著主線的加寬改建，漯河立交也在進行相應(yīng)改建。

1 漯河復(fù)合式立交的基本狀況

1.1 漯河復(fù)合式立交的地理位置和在路網(wǎng)中的作用

漯河市是河南省中部地區(qū)開放型、交通樞紐型城市，107國道和京珠國道主干線南北縱貫全境，上海至洛陽國家重點公路東西橫穿全市，構(gòu)成十字型公路骨架。沿京珠國道主干線，由北向南，依次與臨穎至鄢陵公路相交設(shè)有臨穎立交，與漯河至西華公路(省道S330)相交設(shè)有漯河北立交，與漯河至周口公路(省道S238)相交設(shè)有漯河立交，與上海至洛陽國家重點公路相交，其在路網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。

1.2 立交區(qū)地形地貌特征及地質(zhì)概況

漯河立交位于黃淮沖積平原南部，地勢由西北向東南略微傾斜，地形開闊平整，起伏微弱，海拔標(biāo)高為55～58 m，立交場地內(nèi)沒有水系河流，沒有建筑物。地層主要為第三系和第四系松散物沉積而成，土質(zhì)主要為中液限黏土和粉質(zhì)中液限黏土。

1.3 復(fù)合式立交的現(xiàn)狀

漯河立交位于省道S238上，位于漯河市市區(qū)東南，是漯河市的主要出入口，為單喇叭形二級立交，主線分別以兩座(15+20+15) m連續(xù)剛構(gòu)橋(空心板與橋墩固接)上跨省道S238和對向分離式雙車道匝道。現(xiàn)有匝道平面最小半徑為70 m，最大縱坡為3%。主線路基寬度為26 m。漯河樞紐立交為設(shè)有兩條半定向匝道的半苜蓿葉變異型立交，鄭漯高速公路下穿漯周高速公路及兩條半定向匝道，漯周高速上跨主線橋為4×20 m空心板，兩條匝道橋分別為(2×25+3×30+3×25+24.420 +3×30 +3×25) m和(2×25 +3×30 +4×25+26.503+3×30+2×25) m連續(xù)箱梁。匝道最小半徑為70 m，最大縱坡為4.458%。樞紐立交上海至北京方向的右轉(zhuǎn)匝道端部和漯河立交珠海下漯河方向的出口匝道端部之間距離為497 m；漯河立交漯河往珠海方向入口匝道的端部和樞紐立交北京至上海和洛陽方向的出口匝道端部之間距離為541 m。

2 立交節(jié)點分析及改建原則確定

2.1 預(yù)測與分析

交通量是漯河立交設(shè)計的主要依據(jù)，而科學(xué)地預(yù)測和分析又是立交方案抉擇的前提。本次設(shè)計采用京珠國道主干線鄭州至漯河段高速公路改擴建中交通量的預(yù)測結(jié)果。[2]2030年預(yù)測轉(zhuǎn)彎交通量，如圖1所示，其中：括號外的數(shù)字為預(yù)測年度的年平均日交通量(pcu/d)，括號里的數(shù)字為設(shè)計小時交通量(pcu/h)。

圖1 2030年預(yù)測轉(zhuǎn)彎交通量分布

設(shè)計小時交通量用關(guān)系式計算：

DDHV=AADT×K×D

(1)

其中：DDHV為某方向設(shè)計小時交通量,pcu/h；AADT為年平均日交通量,pcu/d；K為高峰小時系數(shù)，本次取0.125；D為方向不均勻系數(shù)，本次預(yù)測交通為各個匝道的單向交通量，所以，匝道高峰小時交通量不考慮此系數(shù)。

首先，根據(jù)設(shè)計小時交通量、匝道設(shè)計速度及匝道長度(所有匝道長度均小于600 m)，對照表1匝道車行道通行能力值，單車道匝道的設(shè)計小時交通量均小于單車道匝道本身的基本通行能力，雙車道匝道的設(shè)計小時交通量均小于雙車道匝道本身的基本通行能力。因此，本次改擴建匝道還是采用原有斷面形式。

表1 匝道車行道通行能力值

其次，因為出入口最小間距大于450 m，所以，所有匝道均按孤立匝道(分析匝道與相鄰匝道的間距大于450 m為孤立匝道)考慮。計算出主線上單車道或雙車道匝道分合流影響區(qū)范圍的設(shè)計小時交通量均小于表2匝道分、合流區(qū)基本通行能力值。

表2 匝道分、合流區(qū)基本通行能力值 單位：pcu/h

再次，針對原有立交形式存在的兩個交織區(qū)，結(jié)合交織長度、交織段內(nèi)總車道數(shù)、被交織車輛占用的車道數(shù)、交通組成、交織流和總流率的比率等影響交織運行的參數(shù)，計算得出：北京至珠海方向交織段內(nèi)交織車輛平均速度為76.2 km/h，非交織車輛平均速度為91.5 km/h，交織段內(nèi)所有車輛的平均速度為85.4 km/h，車流密度K1=20.1 pcu/(km·車道)。珠海至北京方向交織段內(nèi)交織車輛平均速度為72.4 km/h，非交織車輛平均速度為81.7 km/h，交織段車流密度K2=22.2 pcu/(km·車道)。對照表3匝道分、合流區(qū)的服務(wù)水平，表明該立交在交織段內(nèi)不滿足二級服務(wù)水平，因此，需要對該立交兩處交織段進行改造，從而提高本立交的服務(wù)水平。

表3 匝道分、合流區(qū)的服務(wù)水平

2.2 立交改建的原則

根據(jù)國內(nèi)外拓寬改建的經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)有京珠高速公路沿線的地形、地物條件、互通現(xiàn)狀等工程實際情況，確定本立交的改建原則[3]如下：

(1)在滿足交通需求的同時，充分考慮運行條件的安全性；

(2)合理選擇互通改建方案，減少對現(xiàn)有道路交通的影響；

(3)盡量利用原有工程，降低造價，節(jié)約土地，減少拆遷；

(4)充分考慮景觀設(shè)計，使立交與周圍環(huán)境、社會環(huán)境和諧一致。

3 立交方案設(shè)計與比選

3.1 立交方案設(shè)計

3.1.1 復(fù)合式立交現(xiàn)狀存在的問題

(1)上海至北京方向匝道的加速車道漸變段終點和珠海下漯河方向匝道的減速車道漸變段起點相互重疊，且兩個匝道端部之間的距離只有497 m；漯河至珠海方向匝道的加速車道漸變段終點和北京至上海和洛陽方向匝道的減速車道漸變段起點相互重疊，且兩個匝道之間的距離只有541 m。主線加寬改建后匝道重新接線，端部間距仍要縮減。如果考慮在兩個立交由輔助車道連接，車輛會交織運行，而計算分析得知交織運行段服務(wù)水平較低，而且因交織運行會引起事故率上升。為避免高速車流的交織，消除交通安全隱患，提高立交的服務(wù)水平，盡可能地發(fā)揮樞紐立交的交通轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)考慮設(shè)置集散車道。

(2)由于跨線橋凈空的局限(從北京至珠海方向3處交叉點的凈空分別為4.54 m、4.91 m和5.35 m)，為保證全線范圍內(nèi)凈高為5.0 m的設(shè)計要求，要么拆除重建匝道橋，要么采用主線下挖方案，以滿足高速公路的凈空要求。

(3)鄭漯高速公路下穿漯周高速公路及兩條半定向匝道，漯周高速公路主線跨線橋主跨為4×20 m空心板結(jié)構(gòu)，可滿足路基最大寬度38.80 m，兩個匝道橋主跨均為3×30 m連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，可滿足路基最大寬度分別為37.80 m和38.60 m。由于兩條半定向匝道跨線橋橋墩的平面位置的限制，使主線在立交區(qū)內(nèi)無法滿足標(biāo)準(zhǔn)八車道42.00 m的路基寬度要求。解決這一問題有兩個方案可以選擇，一是將兩個匝道橋和跨主線橋拆除重建，二是壓縮主線寬度。

3.1.2 立交方案

通過對立交現(xiàn)狀、地質(zhì)地貌及地質(zhì)條件、地區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃和交通狀況等資料的調(diào)查分析，根據(jù)本互通的功能、交通量分布狀況，以及原有立交實際工程條件，立交設(shè)計考慮以下4種方案：

方案一是在立交區(qū)范圍內(nèi)的直行車道旁設(shè)置分隔(分隔距離為3 m)的雙車道集散車道，將兩個立交的出入口串聯(lián)起來，使主線一個行駛方向只保留一對出入口。集散車道與主線的連接部按照變速車道進行設(shè)計，相應(yīng)地設(shè)置輔助車道以滿足車道平衡原則。[4]主線采用42 m標(biāo)準(zhǔn)八車道路基寬度，集散車道采用12 m路基寬度。兩個凈空和凈寬都不夠的匝道橋拆除重建，凈寬不足的漯周高速公路跨主線橋也拆除重建，集散車道上跨省道S238，下穿漯周高速公路跨線橋的兩邊孔。

該方案將多個連續(xù)出入口合并，避免了連續(xù)出入口造成信息迷惑而引起的錯行或操作失誤，降低了出入車輛對直行車流的干擾，減少了交通隱患，有利于運行安全。但是，漯周高速公路的跨線橋，以及北京至上海方向和珠海至洛陽方向的兩座匝道橋，因為橋梁跨徑和橋下凈空不夠而需要拆除并重建，不僅使工程造價提高很多，還會因為漯周高速公路跨線橋的拆除重建而使漯周高速公路中斷交通，施工時，漯周高速路交通流無法組織。再者，漯周高速建成通車不久，拆除重建不僅會造成很大的資源浪費，還會造成不良社會影響。

針對方案一的不足，為避免拆除兩個匝道橋和漯周高速公路跨線橋，采用縮減主線寬度和集散車道長度的方案，即把主線采用的42 m八車道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，在兩個上跨匝道橋范圍內(nèi)取消硬路肩(只留路緣帶)，形成37.5 m寬度的簡易八車道路基斷面，同時，集散車道不貫穿整個立交區(qū)。采用簡易八車道后兩側(cè)硬路肩各減少了2.25 m，對臨時停車和右側(cè)車道駕駛舒適感有一定影響。結(jié)合實際行車情況，可按車型、車速劃分車道，通過規(guī)范行駛和在簡易八車道673 m內(nèi)禁止臨時停車等措施保證順暢快捷地通行。

方案二是在樞紐立交的兩個匝道橋和主線跨線橋不動的前提下，采用主線下穿方案，解決凈空不足問題；采用簡易八車道路基橫斷面，解決凈寬問題；采用匝道間的立體分離，解決交織問題。即將洛陽至北京方向左轉(zhuǎn)匝道下穿漯周高速公路跨線橋后與上海至北京方向的右轉(zhuǎn)匝道合流，向北延伸，跨過漯河單喇叭立交環(huán)形匝道后匯入主線；在北京下漯河匝道前，設(shè)置集散車道與主線分隔，上跨漯河立交的對向雙車道和漯河上珠海方向匝道，向南延伸并與北京至上海和洛陽方向出口匝道相接，上海至北京方向的環(huán)形匝道通過漯周高速公路跨線橋的邊孔，與洛陽至珠海方向匝道合流，再通過輔助車道匯入主線，同時，新建一個匝道解決漯河至上海方向和洛陽方向的交通轉(zhuǎn)換。

該方案避免了拆除匝道橋和漯周高速公路跨線橋，也避免了匝道和主線連接處車流的交織，而且匝道平面線形順適，行車時間短，占地面積小。但是，匝道在上跨漯河立交時，需增加兩座較長的匝道橋(一座385 m，一座300 m)，匝道縱面指標(biāo)較低，對原有立交的行車視距和視野造成一定影響，施工期間對原有立交行車干擾比較大，工程造價較高。

方案三是將洛陽至北京方向左轉(zhuǎn)匝道與上海至北京方向的右轉(zhuǎn)匝道合流后向北延伸，繞過漯河單喇叭形立交環(huán)形匝道后與漯河上北京方向匝道合流，再匯入主線，并新建一條匝道解決上海方向下漯河的交通流向，主線下挖、采用簡易八車道路基斷面。北京至珠海方向集散車道處理與方案二相同。

該方案使復(fù)合式立交范圍內(nèi)在主線上北京至珠海方向只有一個出口，珠海至北京方向只有一個入口，減少匝道對主線行車的干擾，有利于行車安全，構(gòu)造物增加較少，比方案二節(jié)省一座385 m長、12 m寬的單向雙車道匝道橋，施工期間對原有道路干擾較小，縱面順適性好，總體經(jīng)濟造價相對較低。缺點是匝道長度較長，行駛時間長，繞行距離遠(yuǎn)(尤其是上海下漯河方向的車輛)，路面面積較大，占地面積大。

方案四是在方案三的基礎(chǔ)上，考慮節(jié)約土地資源，集散車道上設(shè)計速度較低，上海和洛陽至漯河方向的交通量不大的實際情況，將上海下漯河方向的匝道從集散車道的左側(cè)分流，直接匯到珠海下漯河方向的匝道上，如圖2所示(方案四)。

圖2 方案四

該方案占地面積小，繞行距離短，造價低，存在的不足是上海下漯河方向的匝道從集散車道的左側(cè)分流，不符合駕駛習(xí)慣。

3.2 方案的比選

本著安全性、交通環(huán)境適應(yīng)性和技術(shù)適應(yīng)性、總體經(jīng)濟性的原則，結(jié)合立交現(xiàn)狀、地形及地質(zhì)條件[5]、區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃和交通狀況，從工程規(guī)模、工程造價、道路行車安全以及營運效益等方面對以上4個方案進行綜合比較，對比情況見表4。

表4 漯河復(fù)合式立交方案比較表

綜上比較，方案四作為設(shè)計方案較為合理。

4 結(jié)語

要做好一處立交的改擴建工程設(shè)計，必須從深入調(diào)查研究著手，分析原有立交在路網(wǎng)中的作用、功能、立交的通行能力、服務(wù)水平，充分掌握第一手資料，包括原立交的竣工圖資料、預(yù)測交通量、原有立交在營運過程中反映出的設(shè)計缺陷，以及立交區(qū)域的地形地貌、地質(zhì)條件等，抓住重點，集思廣益，精心設(shè)計，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，并在滿足交通轉(zhuǎn)換功能的前提下，強調(diào)其安全性、實用性和經(jīng)濟性。