山區(qū)高速公路選線及共走廊路段樞紐互通方案研究

摘要：文章以鳳嶺北路東延高速公路（南寧東高環(huán)至黎塘段）陳平鎮(zhèn)南過境段樞紐互通為例，研究復(fù)雜山區(qū)中多限制因素影響下的樞紐互通立交形式，探討走廊帶比選及互通立交聯(lián)動設(shè)計關(guān)鍵要素，對高速公路共走廊段路線進(jìn)行分析，提出復(fù)雜山區(qū)高速公路共走廊路段樞紐互通立交方案，為類似條件高速公路走廊帶比選和新增樞紐互通立交設(shè)計提供新思路。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地形；山區(qū)公路；共走廊；樞紐互通

U412.32A060203

0 引言

近年來，我國中西部地區(qū)高速公路快速發(fā)展，綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善，由于中西部地區(qū)多屬山嶺重丘區(qū)，高速公路建設(shè)逐漸向山區(qū)延伸，越來越多的高速公路需在復(fù)雜山區(qū)條件下與其他道路完成交叉互通。山區(qū)的地形、地質(zhì)、地物條件復(fù)雜，限制條件和影響因素眾多，為高速公路線路布設(shè)、互通立交設(shè)計帶來較大難度。本文結(jié)合實際案例，針對復(fù)雜山區(qū)狹長走廊道內(nèi)互通立交空間布局設(shè)計進(jìn)行分析與研究，并為設(shè)計人員提出一種新的公路選線和互通立交設(shè)計思路［1］。

1 走廊道比選及互通立交設(shè)計要素分析

走廊道比選及互通立交設(shè)計有綜合性強(qiáng)、涉及面廣、影響因素多等特點，特別是在復(fù)雜山區(qū)限制因素多的路段，為了保證設(shè)計滿足實際需求，確保高速公路具備服務(wù)功能與樞紐功能，在山區(qū)狹長的走廊帶內(nèi)布設(shè)適宜的互通可謂十分困難。局部走廊帶比選需要從較宏觀的視角對方案進(jìn)行比較分析，而復(fù)雜功能性立交的適應(yīng)性較低，在確定整體形式后，局部方案往往需要大量、反復(fù)地調(diào)試和修正，因此當(dāng)兩者獨(dú)立分析或未經(jīng)過聯(lián)動設(shè)計時，設(shè)計過程中易遺漏有價值的方案。為了保證整體設(shè)計水平，走廊道比選及互通立交聯(lián)動設(shè)計要素應(yīng)主要包含5個方面。

1.1 自然環(huán)境條件

對于復(fù)雜山區(qū)路段地形起伏大、溝壑縱橫、平面展線位置狹窄、平縱配合困難，不良地質(zhì)現(xiàn)象（滑坡、泥石流、崩塌、巖溶等）較多，河流曲折迂回跨河換岸困難，地形、地質(zhì)與水文等自然環(huán)境條件將直接影響整體工程的造價，而合理地利用地勢，可有效地降低工程量和造價，減少對自然環(huán)境的破壞［2］。

1.2 交通環(huán)境條件

在互通立交方案設(shè)計中，道路交通條件是確定互通立交空間形式的最基礎(chǔ)要素，主道路交通方向直接明確了各方向互通匝道的基本指標(biāo)，是互通立交設(shè)計布局中重要的設(shè)計依據(jù)和基礎(chǔ)。通過準(zhǔn)確預(yù)測及分析互通立交各個方向交通量及增長趨勢，在滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸需求的前提下，側(cè)重主交通方向互通匝道設(shè)計，可以有效降低整體匝道規(guī)模，以確保互通選型更加合理［3］。

1.3 橋隧比及工程造價

在走廊帶比選及互通立交設(shè)計中，橋隧比是影響和制約路線方案的關(guān)鍵，大型橋梁及長隧道會大幅增加工程造價和建造難度。對于中西部地區(qū)的公路建設(shè)，其選線應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性原則，應(yīng)充分考慮大型橋梁和長隧道設(shè)計，著重考慮施工難易程度、工程經(jīng)濟(jì)性和后期運(yùn)營維護(hù)成本等問題，在保證項目安全性和功能性的前提下，宜優(yōu)先服從于大橋和隧道布設(shè)，合理控制項目工程造價［4-5］。

1.4 路線交叉及限制因素

互通立交設(shè)計要滿足實際需求，需要在至少兩條道路相交區(qū)域中展開互通設(shè)計，充分考慮用地指標(biāo)、施工難易程度、對既有道路干擾度等各類限制因素，結(jié)合擬建或原有高速公路的結(jié)構(gòu)特征選擇恰當(dāng)?shù)倪B通方式，以保證車輛方向轉(zhuǎn)換便利性，確保高速公路具備服務(wù)功能與樞紐功能。

1.5 技術(shù)指標(biāo)符合性

在互通立交的設(shè)計中，主線、互通匝道的平縱設(shè)計必須遵守《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）、《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20-2017）和《公路立體交叉設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D21-2014）等交通標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求，合理確定各項參數(shù)，還應(yīng)充分考慮互通間距，互通與隧道、大橋等構(gòu)筑物以及服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、收費(fèi)站等設(shè)施的位置關(guān)系，互通與主線的關(guān)系、互通出口一致性等技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求［6-8］。

2 工程案例分析

2.1 工程簡介及方案研究

鳳嶺北路東延高速公路（南寧東高環(huán)至黎塘段）呈東西走向，是南寧的射線高速公路，其功能主要是為分流G72泉南高速公路（東外環(huán)高速公路—六景段）的對外交通壓力；桂林至欽州港高速公路（六景至賓陽段）呈南北走向，是廣西縱向的重要出海通道。

鳳嶺北路東延高速公路在陳平鎮(zhèn)南面與六賓高速公路相交，設(shè)置陳平南樞紐互通解決交通轉(zhuǎn)向問題。該交叉位置處地形高差大，總體地勢為東南側(cè)較高，東北側(cè)次之，西側(cè)為伶俐江，伶俐江兩側(cè)地形高差大（見圖1）。交叉位置往大樁號方向約1 km為三狀嶺隧道。陳平鎮(zhèn)南過境段方案主要控制因素就是陳平南樞紐互通和三狀嶺隧道。針對陳平南樞紐互通，需考慮的影響因素及方案布設(shè)思路如下。

互通需考慮以下因素：

（1）互通主線出口與隧道的凈距≥700 m，互通主線入口與隧道的凈距≥125 m。

（2）高差較大，盡可能降低墩高。

（3）匝道布設(shè)盡可能與伶俐江大角度交叉。

（4）控制東南側(cè)的邊坡高度。

（5）六賓高速公路主線部分指標(biāo)不滿足設(shè)置互通的要求，設(shè)置互通匝道需避開3%縱坡以及凸性豎曲線R=20 000 m。

互通布設(shè)思路如下：

（1）各方向轉(zhuǎn)向交通量差異較大，其中南寧—賓陽為主方向（10 006 pcu/d），柳州—賓陽方向（1 729 pcu/d），南寧—伶俐方向（5 082 pcu/d）交通量最小。根據(jù)轉(zhuǎn)向交通量可采用對角雙環(huán)式苜蓿葉型、T型樞紐+喇叭等形式。

（2）三狀嶺隧道左線洞口樁號為ZK29+110，柳州—賓陽、柳州—伶俐的匝道起點宜設(shè)置在ZK28+430往小樁號方向，因此柳州—賓陽需設(shè)計成迂回轉(zhuǎn)向，或者采用T型樞紐+喇叭。

（3）六賓高速公路3%縱坡處，考慮豎曲線后，實際縱坡為2%的路段為K15+450往大樁號方向，互通匝道不能超過六賓高速公路K15+450位置處。

（4）K16+420處豎曲線半徑為R=20 000 m，匝道出入口及加減速車道不能設(shè)置在此處。

（5）本項目與六賓高速公路交叉角度約56°，且K16+310深水1號大橋橋墩錯位設(shè)置，本項目無法下穿六賓高速公路，上跨較為合適。

根據(jù)以上影響互通布設(shè)的因素，提出兩個樞紐互通方案。

2.2 方案一

T型樞紐+喇叭方案。考慮避開3%縱坡、凸性豎曲線R=20 000 m兩處不滿足互通指標(biāo)區(qū)域，與六賓高速公路相接的T型樞紐設(shè)在北側(cè)的深水村附近，匝道上跨六賓高速公路；與本項目相接一側(cè)為滿足互通出口與隧道口的凈距要求，設(shè)置在交叉點小樁號一側(cè)，盡可能避開地勢低區(qū)域，采用A型單喇叭方案，匝道下穿主線。T型樞紐和喇叭之間的連接線根據(jù)地形布設(shè)（見圖2）。

互通范圍內(nèi)主線平面最小圓曲線半徑為1 850 m，最大縱坡1.50%，最小凹形曲線半徑為R=30 000 m，無凸形豎曲線；互通被交路六賓高速公路設(shè)計速度為120 km/h，互通范圍內(nèi)六賓高速公路平面最小圓曲線半徑為2 500 m，最大縱坡1.6%，最小凸性豎曲線半徑R=30 000 m，最小凹形曲線半徑為R=30 909 m。

2.3 方案二

十字樞紐。采用主線上跨被交高速公路的變異對角雙環(huán)式樞紐互通方案（見圖3）。互通范圍內(nèi)主線平面最小圓曲線半徑為1 850 m，最大縱坡1.51%，最小凹形曲線半徑為R=30 000 m，無凸形豎曲線；互通被交路六賓高速公路設(shè)計速度為120 km/h，互通范圍內(nèi)六賓高速公路平面最小圓曲線半徑為2 800 m，最大縱坡1.937%，最小凸性豎曲線半徑R=20 000 m（已避開），最小凹形曲線半徑為R=12 000 m。

2.4 方案比較

（1）方案一、方案二主線上跨六賓高速公路，由于交叉位置六賓高速公路的標(biāo)高較高，導(dǎo)致主線跨線橋長度和墩高的規(guī)模大。

（2）方案一雖然減少了匝道橋規(guī)模，減少了匝道拼寬對六賓高速公路的影響，但是除主交通方向之外，其余3個方向的交通出行均需繞行，互通造價偏高（建安費(fèi)約7.65億元）。

（3）方案二雖然交通轉(zhuǎn)換便捷，但是橋梁規(guī)模大，高墩橋多，有一處8級高邊坡，互通造價高（建安費(fèi)約10.06億元）。

（4）方案一、方案二主線上跨六賓高速公路后需設(shè)置4.3 km的特長隧道穿越三狀嶺，建設(shè)難度大，投資高，運(yùn)營維護(hù)較困難。

綜上所述，方案一、方案二樞紐互通所在區(qū)域自然條件復(fù)雜、被交道路限制因素多、建設(shè)難度較大，兩者都滿足互通功能，方案一以造價優(yōu)勢，使其更具“性價比”。

2.5 共走廊段樞紐互通方案

方案一、方案二樞紐互通因被交道路結(jié)構(gòu)特征限制及前后路段地形條件影響，需布設(shè)高墩橋和特長隧道，工程建設(shè)難度大，投資高，運(yùn)營維護(hù)困難。由于本項目（雙向六車道）與被交道路（雙向四車道）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、功能定位、交通量不同，兩條道路不宜共線和錯位交叉。

本文在方案一、方案二基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究優(yōu)化陳平鎮(zhèn)南過境段的路線方案，減小陳平南樞紐和三狀嶺隧道路段的建設(shè)規(guī)模，提出路線在那章村往北與六賓高速公路共走廊后，再設(shè)置約1.1 km隧道穿越三狀嶺的路線方案（K線方案），并與原方案（B線方案）進(jìn)行了比較分析（見圖4）。

K線方案：起于那樟村北面，沿伶俐江往北布線與六賓高速公路共走廊約3 km后，至五星村轉(zhuǎn)往東設(shè)置1.1 km隧道方案穿越三狀嶺山脈，終于蒙塘村。路線長度為12.032 km。

B線方案：起于那樟村北面，為滿足高速公路直連直通的要求，路線與現(xiàn)狀六賓高速公路十字交叉后直接設(shè)置4.3 km特長隧道方案穿越三狀嶺隧道，終于蒙塘村。路線長度為11.326 km。

其中陳平樞紐互通的布設(shè)思路（見圖5）：

（1）根據(jù)交通量大小，各匝道靈活采用設(shè)計指標(biāo)，主方向采用設(shè)計速度60 km/h的指標(biāo)，其余匝道采用設(shè)計速度40～50 km/h的指標(biāo)；

（2）六賓高速公路3%縱坡處，考慮豎曲線后，實際縱坡為2%的路段為LK15+450往大樁號方向，互通匝道不能超過六賓高速公路LK15+450位置處；

（3）六賓高速公路LK16+420處豎曲線半徑為R=20 000 m，匝道出入口及加減速車道不能設(shè)置在此處；

（4）六賓高速公路LK19+315往大樁號方向平曲線半徑為R=1 400 m，匝道出入口及加減速車道不能設(shè)置在此處；

（5）為減少繞行，同時兼顧控制工程規(guī)模，南寧—伶俐、柳州—賓陽方向的A、G、H匝道設(shè)置在共廊主線的兩頭，其余5條B、C、D、E、F匝道設(shè)置在K29+150附近高差較小的有利地形。

表1為K線與B線方案主要工程量比較表。K線和B線的優(yōu)缺點分析如下：

工程規(guī)模：K線方案長12.032 km，設(shè)置隧道1.095 km，橋梁6 153 m/14座，總占地1 357畝，基本農(nóng)田40.6畝，工程造價約219 405萬元。

B線方案長11.326 km，設(shè)置隧道4 292 m/1座，橋梁3 625 m/9座，總占地1 138.75畝，基本農(nóng)田19.41畝，工程造價約242 407萬元。

因此，K線較B線長約706 m，總占地增加218.3畝（基本農(nóng)田多約21畝），橋梁較B線增加2 528 m（但K線橋墩較低），隧道較B線減少3 197 m，橋隧整體規(guī)模小，工程造價比A線減少約2.3億元。

建設(shè)條件：K線設(shè)置1.095 km隧道，雖然存在一定的淺埋段，但是經(jīng)過現(xiàn)場踏勘分析認(rèn)為隧道施工風(fēng)險可控；B線設(shè)置約4.3 km隧道穿越三狀嶺山脈，隧道總體埋深較K線大，由于隧道長，施工周期長，不可控因素較大。此外，B線主線與六賓高速公路采用直接十字交叉，由于六賓高速公路在該段為錯幅橋墩的高架橋，設(shè)計標(biāo)高約190 m，B線需上跨六賓高速公路，樞紐互通范圍主線均為高墩橋，建設(shè)規(guī)模大，投資高。

經(jīng)綜合比較，雖然共走廊布設(shè)后K線較B線里程長706 m，占用土地稍多，但有效縮短了隧道長度，降低了跨六賓高速公路的高墩橋規(guī)模，工程造價節(jié)省約2.3億元，投資節(jié)約優(yōu)勢明顯，故本路段推薦K線方案。

3 結(jié)語

路線走廊帶比選和互通立交設(shè)計是一項綜合性的工作，也是高速公路設(shè)計中的關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，兩者應(yīng)進(jìn)行聯(lián)動設(shè)計。通過覆蓋和統(tǒng)籌各個專業(yè)之間的內(nèi)容，充分考慮自然環(huán)境、交通環(huán)境、橋隧比及工程造價、路線交叉及限制因素、技術(shù)指標(biāo)符合性，全方位、全過程開展研究分析，因地制宜利用當(dāng)?shù)刈匀粭l件和被交高速公路既有工程，在最優(yōu)的走廊帶中選擇合理的互通立交形式，合理降低工程造價，充分發(fā)揮路網(wǎng)功能，安全、快捷、高效地轉(zhuǎn)換交通。

在山區(qū)峽谷高速公路復(fù)雜的自然條件下，互通立交往往不能布置為標(biāo)準(zhǔn)的形式，互通的布設(shè)應(yīng)在滿足功能的情況下，不拘泥于固定形式，集思廣益，發(fā)散思維，擇優(yōu)選用。本文結(jié)合實際工程案例，通過對復(fù)雜山區(qū)條件下高速公路樞紐互通布設(shè)方案進(jìn)行了分析，綜合考慮互通前后路段建設(shè)規(guī)模、工程造價、施工難易等，在研究范圍內(nèi)從更宏觀的角度，明確了與既有高速公路共走廊帶且適應(yīng)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)濟(jì)條件、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)保適用的樞紐互通設(shè)計方案，為類似新增互通設(shè)計提供參考。

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