高速公路樞紐立交方案研究

游曉英

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 項(xiàng)目概況

山西黎城至霍州高速公路是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃第6橫線——G22青島至蘭州高速公路長治至延安聯(lián)絡(luò)線（G2211）的重要組成部分，也是山西省高速公路規(guī)劃“四縱十五橫三十三聯(lián)”中第十橫的重要組成部分。項(xiàng)目起點(diǎn)位于黎城縣幸福莊村，設(shè)黎城西樞紐與青蘭高速公路連接，途經(jīng)長治市、臨汾市，終點(diǎn)位于霍州市觀堆村西與京昆高速公路（G5）交匯并接霍州—永和關(guān)高速公路，構(gòu)成山西省東南部通道主骨架[1]。

黎城西樞紐互通位于該項(xiàng)目起點(diǎn)，與長治至邯鄲高速公路（G22）K926+580處交叉，交角95°，距長邯高速公路黎城互通約4.5 km。樞紐位于黎城縣坑南村西，該樞紐互通主要為黎霍、長邯兩條高速公路間的交通流轉(zhuǎn)換以及黎城工業(yè)園區(qū)區(qū)域上下高速公路提供服務(wù)。

圖1 項(xiàng)目地理位置圖

2 工程自然條件

2.1 地形地貌

黎城西樞紐所在區(qū)地貌主要為山間盆地區(qū)，區(qū)域內(nèi)高程在770～831 m之間，山梁圓滑平緩，大部分地段被中、上更新統(tǒng)黃土地層覆蓋，溝谷底部可見新近系紅褐色黏土，少數(shù)山梁上基巖直接出露。該區(qū)地形起伏較小，沖溝發(fā)育呈“V”字型。其中粉土（Q3）垂直節(jié)理發(fā)育，含大孔隙，屬松軟土類型，具（輕微）I級(jí)非自重濕陷，濕陷土層厚度在2～4 m之間；粉質(zhì)黏土（Q2）垂直節(jié)理發(fā)育，含大孔隙和鈣質(zhì)結(jié)核；黏土（N2b）上部一般含少量鈣質(zhì)結(jié)核和礫石，下部一般為卵礫層。

2.2 水文

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要為濁漳北源，屬濁漳河三源之一，發(fā)源于榆社縣北部的三縣垴，經(jīng)榆社縣流入長治市武鄉(xiāng)縣，在境內(nèi)流經(jīng)武鄉(xiāng)、沁縣、襄垣三縣，在襄垣縣小山交村南匯入濁漳河干流。流域面積為3 797 km2，主河道長116 km，河道比降0.44‰～3.63‰，主河床平均糙率0.025，主河槽寬150～300 m不等。上游為土石山區(qū)，土、紅土覆蓋于河谷的低山地帶，下游河床組成大部分以砂卵石或粗砂為主，偶有基巖出露。

2.3 氣象

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬長夏短。具有春季干燥、多風(fēng)；夏季炎熱、雨量集中；秋季涼爽濕潤，秋雨多于春雨；冬季寒冷干燥，雨雪偏少的氣候特征。

2.4 其他限制因素

樞紐互通布設(shè)及選型主要受地形、黎霍高速靳曲隧道、黎城工業(yè)園區(qū)、村莊、被交路平縱指標(biāo)等因素制約，互通區(qū)范圍地形西高東低，黎霍高速距離長邯高速交叉處1 km設(shè)有短隧道1座，黎城工業(yè)園區(qū)位于長邯高速東南，區(qū)域內(nèi)有坑?xùn)|、坑西、坑南村莊分布。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 交通量預(yù)測

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域現(xiàn)狀及規(guī)劃路網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用“四階段法”對黎霍高速主線交通量進(jìn)行預(yù)測，黎城西樞紐主交通流向?yàn)榛糁荨颖蓖捣较颍ネㄞD(zhuǎn)換交通量如圖2所示。

圖2 黎城西樞紐交通量分布圖

3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

主線技術(shù)指標(biāo)：樞紐互通范圍內(nèi)黎霍高速公路設(shè)計(jì)速度為80 km/h，分離式路基，路基寬度為12.75 m，最小平曲線半徑1 150 m，最大縱坡3%.

被交路技術(shù)指標(biāo)：長邯高速公路設(shè)計(jì)速度80 km/h，整體式路基，路基寬度為39.5 m，雙向八車道，最小平曲線半徑2 500 m，最大縱坡2.751%.G207設(shè)計(jì)速度為80 km/h，整體式路基，路基寬度為12 m，最小平曲線半徑2 708 m，最大縱坡1.4%.

4 黎城西樞紐立交方案研究

4.1 路線接點(diǎn)的確定

a）與長邯高速公路接點(diǎn)的確定 長邯高速幸福莊以南采用新建分離路基三車道與既有四車道構(gòu)成雙向七車道，幸福莊以北至天黎高速黎城東樞紐采用四車道拓寬至八車道。黎霍與長邯高速交叉點(diǎn)位于黎城縣幸福莊北、坑西村南路段，此路段即為長邯高速改擴(kuò)建時(shí)為該項(xiàng)目預(yù)留接線位置。受工業(yè)園區(qū)已建企業(yè)及村莊限制，為與G207線銜接，與長邯高速接點(diǎn)最終選擇在坑南村西，此處向東沿沖溝布線，占用冶金粉末廠廠區(qū)邊緣。

b）與G207線接點(diǎn)的確定 G207線接點(diǎn)選擇主要受高差及工業(yè)廠區(qū)的限制，距離長邯高速最近的G207位于坑?xùn)|村南，由于下穿長邯鐵路，標(biāo)高較低（732.4 m），對應(yīng)長邯高速標(biāo)高 777.7 m，距離約920 m，平均縱坡5%，黎霍高速下穿長邯高速后仍難以滿足設(shè)置收費(fèi)站的指標(biāo)要求，同時(shí)該G207路段平縱面指標(biāo)較低，平面半徑最小500 m，縱坡3.8%，不滿足平交設(shè)置要求。因此為克服高差，路線先上跨G207后向北與長邯鐵路并行布設(shè)，經(jīng)坑?xùn)|村東至村北與G207線平交，該處G207平縱面指標(biāo)均較高，可以滿足平交布設(shè)要求，同時(shí)設(shè)置收費(fèi)站路段地形平緩，平縱面指標(biāo)較高。

互通方案比選主要從與交通量的適應(yīng)性、與隧道間距大小、工程規(guī)模等因素考慮，選擇了3個(gè)方案進(jìn)行深度比選，具體如下。

4.2 方案一（三岔T形+子葉形組合互通）

圖3 黎城西方案一平面圖

該方案主要考慮互通型式與交通量相適應(yīng)，同時(shí)盡量增大黎霍高速端互通出入口與隧道的間距，將通往G207出口方向的次要交通流以匝道形式引出，將黎霍與長邯高速的交通轉(zhuǎn)換作為主流方向設(shè)計(jì)，匝道以定向及半定向?yàn)橹鳎B接G207匝道與高速間連接匝道以環(huán)圈、半定向?yàn)橹鳌?/p>

各匝道設(shè)計(jì)速度：A、B、C、D、G、H、J、L 為 60 km/h，E、F為40 km/h，其中 A、D匝道為單向雙車道，路基寬度為12.25 m，采用雙車道出入口設(shè)計(jì)；C、J、L匝道為單向雙車道，路基寬度為10.5 m，采用雙車道單出入口設(shè)計(jì)；B、E、F、G、H 匝道為單向單車道，路基寬度為9.0 m，部分匝道采用匝道分合流設(shè)計(jì)。長邯高速邯鄲至長治方向設(shè)置了集散車道。互通區(qū)匝道最小平曲線半徑為60 m、最大縱坡為3.986%（H匝道）。方案一共設(shè)橋梁8座。

方案一優(yōu)點(diǎn)是匝道布設(shè)與交通量相適應(yīng)，次要交通流提前分合流，可有效減少誤行；其次是主交通流進(jìn)出黎霍高速路段由于不需設(shè)置輔助車道，互通區(qū)距離靳曲隧道間距相對較長，其中隧道出口距離互通入口凈距約為362 m，互通出口距隧道入口凈距約為354 m，滿足立交細(xì)則對互通與隧道的間距要求。缺點(diǎn)是占地較多，挖方工程量較大。

4.3 方案二（對稱象限雙環(huán)式變異苜蓿葉形）

該方案采用常規(guī)布設(shè)方法，將黎霍高速公路至G207方向作為主線設(shè)計(jì)，除E、F匝道為環(huán)圈式匝道外，其余均為定向及半定向匝道。

圖4 黎城西方案二平面圖

各匝道設(shè)計(jì)速度：A、B、C、D、G、H、L 為 60 km/h，E、F為40 km/h，其中 A、D匝道為單向雙車道，路基寬度為12.25 m，采用雙車道出入口設(shè)計(jì)；C匝道為單向雙車道，路基寬度為10.5 m，采用雙車道單出入口設(shè)計(jì)；B、E、F、G、H匝道為單向單車道，路基寬度為9.0 m。在長邯高速邯鄲至長治方向設(shè)置了集散車道。互通區(qū)匝道最小平曲線半徑為60 m、最大縱坡為3.95%（H匝道）。方案二共設(shè)橋梁6座。

方案二優(yōu)點(diǎn)是占地及規(guī)模相對較小；缺點(diǎn)是以黎霍—G207方向作為主線設(shè)計(jì)，與交通量不相適應(yīng)，車輛容易誤行；其次是互通距離靳曲隧道間距較小，其中隧道出口距離互通入口凈距約為292 m，互通出口距隧道入口凈距約為87 m，規(guī)范要求兩個(gè)間距分別為300 m、80 m，存在不滿足及接近極限值的情況，運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)較大，需結(jié)合運(yùn)行速度、隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、交通組織管理、安全保障措施綜合分析論證優(yōu)化方案。

4.4 方案三（三岔T形+子葉形組合互通）

考慮到方案一黎霍高速主線下穿長邯高速，局部排水困難，提出了方案三。該方案在平面采用方案一的基本形式，縱面上采用上跨長邯高速方案。調(diào)整后互通區(qū)匝道最小平曲線半徑為60 m、最大縱坡為4.835%（F匝道）。方案三共設(shè)橋梁8座。

方案三優(yōu)點(diǎn)與方案一基本相同，另外由于采用上跨長邯高速，主線及匝道挖方工程量有所減少，互通區(qū)排水有所改善，占地相對較小；缺點(diǎn)是橋梁規(guī)模大幅增加，其中L匝道有特大橋1座，總體造價(jià)規(guī)模較大。

4.5 互通方案比選

黎城西樞紐互通各方案主要技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)模對比見表1。

表1 黎城西樞紐互通方案比較表

綜合比選后認(rèn)為：方案一雖占地較多，挖方工程量較大，但考慮到與交通量相適應(yīng)，可有效減少誤行，同時(shí)距離隧道距離相對較長，有利于標(biāo)志識(shí)別，總體造價(jià)規(guī)模相對適中，公路運(yùn)營安全性高，故確定方案一為黎城西樞紐互通立交推薦方案。

5 結(jié)語

本文通過對黎城西樞紐立交的總體布局進(jìn)行方案研究比選，結(jié)合長邯高速公路現(xiàn)狀及地形、地物、地質(zhì)，因地制宜，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等綜合比選，得出各方面均較優(yōu)的推薦方案，以提高黎霍高速的總體運(yùn)營水平及運(yùn)營安全性，以獲取最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。