山區高速公路樞紐互通式立體交叉設計方案探討

王 濤,左紹祥

(廣西交通設計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

樞紐互通作為高速公路間交通轉換的必要節點,其功能和效益的發揮與其設計方案緊密相連。而如何在眾多的互通方案中選出較為合理的方案,對工程投資、效益及服務水平的高低都將產生直接影響。因此,樞紐互通方案的合理性對于高速公路建設至關重要。本文結合天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)巴色樞紐互通工程實例,進行了多方案的比選,提出了樞紐互通式立交方案選擇的原則和建議。

1 山區樞紐互通式立交的特點

(1)山區高速公路地形地質條件復雜。山區常見的地貌主要有峰叢洼地地貌、剝蝕丘陵地貌、溶蝕丘陵地貌等,地形地貌和地質條件的好壞對樞紐互通的選址和形式有著較大影響。

(2)樞紐互通形式多且復雜。樞紐互通式立交形式多樣,常見的代表形式主要有完全苜蓿葉型、變異苜蓿葉型、T型、渦型等。樞紐互通作為一種高級的互通形式,很難采用標準對稱的形式去進行設計,需要結合路網近遠期規劃、公路等級、地形地貌和交通量等去進行方案的選擇和設計。

(3)匝道設計速度、斷面類型多樣。樞紐互通式立交匝道速度和橫斷面需要根據預測交通量進行合理的選擇。常見的匝道設計速度有40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h。常見的匝道斷面類型有Ⅰ型—單向單車道匝道、Ⅱ型—無緊急停車帶的單向雙車道匝道、Ⅲ型—有緊急停車帶的單向雙車道匝道和Ⅳ型—對向分隔式雙車道匝道[1]。

(4)制約因素多樣。樞紐互通作為高速公路之間連接的重要節點,不僅要考慮高速公路網近遠期規劃、被交高速線形平縱指標、地形地質條件、繞避各種敏感點,還要在保證方案合理的情況下盡量減少橋梁、土石方和占地規模。

(5)占地面積大,投資規模顯著。樞紐互通式立體交叉匝道指標較一般式互通立體交叉高,加上其匝道數量較多,造成占地面積大。而匝道數量多,匝道和主線、匝道和匝道之間來回跨越下穿,不可避免地產生了較多圍合空間,這些圍合、零散的空間利用難度大,造成樞紐互通占地規模大。同時,匝道、主線間交叉關系復雜,需要設置大量跨線結構物,造成投資規模大。

2 基本設計原則

山區高速公路樞紐互通形式的選擇應根據路網近遠期規劃、并結合自然、環境條件等綜合考慮,并遵循下列基本原則:

(1)應考慮被交高速公路的等級、交通量等,確保行車安全通暢和車流的連續[2]。

(2)應與山區的地形地貌和地質條件相適應,在滿足各轉向交通流要求的條件下綜合分析,力求在滿足規范的前提下盡可能布置緊湊,并充分利用地形,保證方案合理的情況下減少不必要的工程量,確保科學、經濟、合理。

(3)應充分考慮方案設計的可實施性,有條件時可采用新材料、新工藝、新技術以降本增效[3]。

(4)選型和匝道位置應綜合考慮,分清主次。應處理好主要道路和次要道路的關系,應先滿足主要道路的要求,再滿足次要道路的要求[4]。

3 天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)巴色樞紐互通式立交設計實例

3.1 項目概況

天峨—北海公路巴馬至平果段(巴馬至羌圩)項目是《廣西高速公路網規劃(2018—2030年)》對接貴州的省際通道“縱10”天峨(黔桂界)至北海高速公路的重要組成部分[5]。

巴色樞紐互通作為天峨—北海公路與都安至巴馬高速公路相連的重要節點,其設計方案的好壞直接影響兩條高速的交通轉換效率,因此在方案設計階段,進行了多方案的比選,最終實現了較高的經濟效益和社會效益。

3.1.1 地形地貌概況

巴色樞紐互通立交區域范圍屬于剝蝕丘陵地貌,地形起伏大,路線中線最大山頂海拔高度約為332 m,最低地面高度約為200 m,最大高差約為132 m,自然斜坡坡度為20°～80°。山體走向大致呈東西走向,山間沖溝發育,多呈“V”型分布,溝內地表水較豐富。

3.1.2 交通量分布情況

巴色樞紐互通預測的2044年遠景交通量(PCU/d)如圖1所示,括號內為單向小時交通量(PCU/h)。

圖1 2044年遠景交通量預測示意圖

3.2 方案設計

巴色樞紐互通所在區域地形起伏大,地形復雜,互通選址受到既有高速、互通和基本農田等的限制。為了使方案更科學合理、安全經濟,本互通初步設計階段做了3個方案進行同深度比選,具體方案設計如下。

3.2.1 方案一(比較方案)

如圖2所示,由于該樞紐互通式立交天峨至巴馬方向交通量極小,考慮到被交路都安至巴馬高速公路主線即將通車,現場實地調查羌圩互通式立交收費廣場尚在施工過程中,天峨至平果方向擬采用兩條半定向匝道連接到都安至巴馬高速公路,天峨至巴馬方向利用原都巴路羌圩互通式立交部分匝道實現交通流轉換。該方案各匝道指標如表1所示。

表1 方案一各匝道指標表

圖2 方案一平面圖

3.2.2 方案二(比較方案)

如圖3所示,方案二采用T型方案進行設計。匝道上跨,其中天峨至平果方向匝道設計速度為80 km/h,最小圓曲線半徑R=600 m,巴馬至天峨方向匝道設計速度為40 km/h,最小圓曲線半徑R=65 m。該方案各匝道指標如表2所示。該方案相對于方案一和方案三的布置較為緊湊,但橋梁規模較大,同時天峨至平果方向匝道指標較方案一和方案三低。

表2 方案二各匝道指標表

圖3 方案二平面圖

3.2.3 方案三(推薦方案)

如圖4所示,方案三采用迂回T型進行設計。與工可方案一致。天峨—北海公路作為縱10線大通道,天峨至平果方向的交通流為主交通流。為了更好地使兩條高速公路進行轉換,采用了主線分合流的思路進行了設計,其中天峨至平果方向采用主線標準,天峨至巴馬方向采用匝道標準。該方案各匝道指標如后頁表3所示。

圖4 方案三平面圖

表3 方案三各匝道指標表

4 方案比選

方案一采用變異A喇叭型進行設計。

優點:(1)橋梁長度為1 980 m,是3個方案中橋梁長度最短的;(2)對被交都安至巴馬高速公路主線施工不造成影響,利用部分羌圩互通式立交已建工程節約了工程造價。

缺點:(1)挖方136萬m3,填方27萬m3,廢方109萬m3,為3個方案中土石方工程最大,廢方最多;(2)需要在羌圩互通內同時處理地方道路、本項目主線與都巴高速公路交通流轉換的問題,交通組織的工作比較復雜,存在安全隱患等問題給后期運營帶來困難。

方案二采用T型方案進行設計。

優點:布置較為緊湊,3個方案中占地最小,比方案一占地減少約53畝,比方案三占地減少22畝。

缺點:(1)橋梁長度為2 360 m,為3個方案中橋梁長度最長;(2)挖方97萬m3,填方15萬m3,廢方82萬m3,廢方較多。

方案三采用迂回T型進行設計。

優點:(1)挖方76萬m3,填方18萬m3,廢方56萬m3,3個方案中土石方工程最小,廢方最少。橋梁長度為2 120 m,橋梁長度大于方案一,小于方案二,長度適中;(2)與工可方案一致,用地無偏移,符合現階段廣西地方用地政策;(3)相比方案二,采用主線分合流的理念進行了設計,通行轉換效率高。

缺點:與方案二相比,占地多了22畝。

綜合比較,方案一是利用既有羌圩互通進行拼寬改造的變異喇叭形式,方案二和方案三采用的是T形設計,方案三與方案二布設位置相同,只是匝道位置有所調整。相對于方案一和方案二,方案三突出的優勢有以下幾點:(1)土石方數量最小,廢方最小;(2)采用主線分合流的理念進行設計,通行轉換效率高;(3)與工可方案一致,用地無偏移,符合現階段廣西地方用地政策;(4)線形指標高,各轉向交通流無交織,行車安全,同時也有利于后期的運營維護。因此,綜合比較后推薦采用方案三。

5 結語

樞紐互通式立交設計不僅包含路線設計的諸多特點,同時還具有其獨特性,即在方案設計時需要在有限的空間內平衡多元化因素的影響,故在技術上存在一定的難度和復雜性。如何準確把握交叉位置,正確選定交叉型式,合理布設樞紐象限,優化布置工程構造物以及綜合考慮控制因素等是必須思考的問題。因此,山區高速公路樞紐互通應多方案同深度在線形指標、工程量、相關公路政策等多個維度進行比較分析,最終選擇經濟合理的方案。