復(fù)雜條件下城市展線型立交方案設(shè)計(jì)研究

馬向南 艾軍 殷威

摘要： 帶狀布局城市在向兩側(cè)空間開發(fā)建設(shè)的過(guò)程中， 易出現(xiàn)斷崖式地形， 導(dǎo)致道路坡度較大， 不利于行車安全。本文以某城市快速路為例， 研究斷崖式地形條件下展線型立交的方案設(shè)計(jì)。一般情況下， 為降低道路縱坡， 可采用自然展線或螺線展線的方式。本研究通過(guò)對(duì)城市展線型立交方案的比選， 確定較優(yōu)方案， 可為道路設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞： 道路工程； 展線型立交； 方案比選

DOI：10.12433/zgkjtz.20240249

帶狀布局城市的開發(fā)建設(shè)極有可能遇到斷崖式地形。為此， 國(guó)內(nèi)同仁對(duì)斷崖式地形的道路設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究， 王京力以某高速公路為例， 采用自然展線、 螺旋展線這兩種方式克服高差， 通過(guò)對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析， 推薦采用螺旋展線方式； 劉旭偉通過(guò)分析螺旋展線平面線形、 縱斷面線形及橫斷面特點(diǎn)， 結(jié)合螺旋展線交叉線形， 彎橋、 彎隧道線形以及設(shè)計(jì)施工中遇到的問(wèn)題， 提出了高低落差采用螺旋展線的解決方案； 李大以雅滬高速公路石棉至下魯壩段路線方案進(jìn)行比選， 確定越嶺線采用雙螺旋展線的設(shè)計(jì)方案， 為高速公路展線提供了新的設(shè)計(jì)理念和思維方法； 賈海燕分析了自然展線型立交、 回頭曲線型立交、 螺旋展線型立交及小半徑展線立交的設(shè)計(jì)要點(diǎn)， 為設(shè)計(jì)和研究工作提供了借鑒； 趙永平對(duì)汽車前燈散射角、 隧道斷面及駕駛員的駕駛規(guī)律進(jìn)行研究， 得出了山區(qū)高速公路螺旋展線平曲線的最小半徑。

一、 案例城市現(xiàn)狀條件及上位規(guī)劃

（一）現(xiàn)狀建設(shè)條件

案例城市現(xiàn)有的交通設(shè)施多集中在老城區(qū)一帶， 但南北方向交通設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)較低， 可達(dá)性不高。隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 城市發(fā)展和建設(shè)步伐的加快， 規(guī)劃期內(nèi)城市空間拓展面臨著東擴(kuò)和北上兩個(gè)門檻的制約。

該城市地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 呈東西走向帶狀布局， 南部老城區(qū)與北部新城區(qū)海拔高差較大， 垂直高差在150～200m， 以陡坡為主， 逐級(jí)抬升， 平均坡度在20%以上， 其中， 陡峭處大都在50%以上。本項(xiàng)目沿線斷崖式地形直線距離約160m， 高差約170m。

上塬干道的建設(shè)既可推動(dòng)城市北上臺(tái)塬發(fā)展， 又可避免加重上下塬通道的交通壓力， 但如何克服北坡近170m的高差， 減少區(qū)域交通設(shè)施對(duì)城市用地的占用， 并在滿足交通功能的前提下打造城市風(fēng)景， 是本項(xiàng)目的難點(diǎn)。

（二）上位規(guī)劃

根據(jù)城市綜合交通體系規(guī)劃， 基于該城市各組團(tuán)空間格局和規(guī)劃期內(nèi)城市“北上東擴(kuò)”的空間發(fā)展戰(zhàn)略， 規(guī)劃快速路為“兩橫三縱”的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架， 支撐城市北上發(fā)展和向東延伸發(fā)展， 建立與城市空間相協(xié)調(diào)的城市交通系統(tǒng)， 合理利用通道資源， 優(yōu)先發(fā)展公共交通， 形成層次分明、 功能合理的城市交通發(fā)展模式。

該城市的交通隨著城市的發(fā)展日益擁堵， 形成了“區(qū)域交通迅速城市化， 城市交通慢速化”的局面。在此背景下， 快速路網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于城市的出行、 城市經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量的提高， 都是非常必要的。待其建成后， 將解決長(zhǎng)期以來(lái)城市路網(wǎng)交通擁堵的“長(zhǎng)痛”。

（三）用地規(guī)劃

塬下為城市老城區(qū)， 開發(fā)強(qiáng)度較高， 沿線以住宅、 商業(yè)建筑用地為主； 上塬段垂直高差約為170m， 現(xiàn)狀開發(fā)強(qiáng)度不大， 以綠化生態(tài)為主； 塬上整體地勢(shì)較平坦， 土質(zhì)肥沃， 東、 南、 西三側(cè)均為生態(tài)林帶。

（四）功能定位

該道路規(guī)劃為城市快速路， 是聯(lián)系北部規(guī)劃新區(qū)、 中心城區(qū)及市域外圍交通的重要通道， 是集散核心城區(qū)對(duì)外交通的核心走廊。

二、 方案設(shè)計(jì)

上塬段方案要根據(jù)現(xiàn)狀地形合理展線， 要求經(jīng)濟(jì)、 實(shí)用、 新穎、 符合規(guī)范要求， 交通組織通暢便捷， 跨越上塬段要?jiǎng)?chuàng)新成為一道城市風(fēng)景。

以上塬干道的建設(shè)， 推動(dòng)城市北上臺(tái)塬發(fā)展， 避免加重上下塬通道的交通壓力。同時(shí)， 科學(xué)規(guī)劃塬上產(chǎn)業(yè)功能， 合理組織城市進(jìn)出交通， 是支撐和引導(dǎo)城市空間拓展， 促進(jìn)土地利用與交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的主要策略。

該城市快速路不僅承擔(dān)著對(duì)外交通聯(lián)系的任務(wù)， 還連接著放射線及區(qū)域路網(wǎng)， 交通功能突出， 若采用雙向四車道， 近中期可滿足通行能力要求， 但隨著周邊及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 遠(yuǎn)期擴(kuò)寬難度較大。因此， 為適應(yīng)交通和城市發(fā)展， 為遠(yuǎn)期預(yù)留余地， 采用雙向六車道建設(shè)。

根據(jù)實(shí)際地形條件、 路網(wǎng)規(guī)劃及交通量預(yù)測(cè)成果， 上塬道路采用“路—橋—隧”結(jié)合的建造形式， 現(xiàn)階段暫不考慮行人和非機(jī)動(dòng)車的通行需求， 待塬上路網(wǎng)形成后， 再根據(jù)需要銜接設(shè)置。

（一）主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

該城市快速路設(shè)計(jì)速度為60km/h， 雙向六車道， 道路及橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為25.5m， 隧道段單洞建筑限界為13.5m， 上塬段采用“路—橋—隧”結(jié)合的建造形式。

主線道路路基段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度為25.5m， 具體布置為： 0.5m（土路肩）+0.5m（路緣帶）+2×3.75m（路基段機(jī)動(dòng)車道）＋3.5m（路基段機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（路緣帶）+0.5m（分隔墩）+0.5m（路緣帶）+3.5m（路基段機(jī)動(dòng)車道）＋2×3.75m（路基段機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（路緣帶）+0.5m（土路肩）＝25.5m。

主線橋梁段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬度為25.5m， 具體布置為： 0.5m（防撞護(hù)欄）+0.5m（路緣帶）+2×3.75m（高架機(jī)動(dòng)車道）＋3.5m（高架機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（路緣帶）+0.5m（分隔墩）+0.5m（路緣帶）+3.5m（高架機(jī)動(dòng)車道）＋2×3.75m（高架機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（路緣帶）+0.5m（防撞護(hù)欄）＝25.5m。

主線隧道段采用連拱形式， 隧道左右洞間凈距為4.0m， 隧道單洞建筑限界為13.5m， 具體布置為： 0.75m（檢修道）+0.5m（路緣帶）+2×3.75m（隧道段機(jī)動(dòng)車道）＋3.5m（隧道段機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（路緣帶）+0.75m（防撞墻）＝13.5m。

（二）立交選型方案比選

受上塬斷崖式地形的限制， 需要慎重研究上塬交通設(shè)施的布局和功能分工， 通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀地形、 塬下建筑等制約條件進(jìn)行綜合分析， 合理展線， 主線采用“路—橋—隧”結(jié)合的建造形式， 為滿足快速干道的交通功能， 合理展線克服高差， 打造北坡獨(dú)特的景觀效果， 提出了三個(gè)展線型立交線路設(shè)計(jì)方案。

圖1? 立交設(shè)計(jì)方案一、 二、 三

1.方案一

采用螺旋展線方式， 布置三層螺旋線， 為避免三層疊合橋墩施工難度過(guò)大、 首層螺旋線隧道段過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題， 將首層與上兩層螺旋線分離布置， 第二層及第三層螺旋線重疊布置于北側(cè)， 線路爬升至第三層后， 接至塬上第一級(jí)平臺(tái)， 隨后繼續(xù)抬升， 與城市北部新區(qū)路網(wǎng)連接。橋梁采用鋼管混凝土桁式橋墩， 保證通視效果， 橋梁部分與北坡現(xiàn)有綠化銜接， 形成獨(dú)特的穿越林中的塬臺(tái)景觀效果。

該線路采用路基、 橋梁、 隧道組合的形式， 其中， 螺旋線半徑為160m， 路基段長(zhǎng)1100m、 橋梁段長(zhǎng)2200m、 隧道段長(zhǎng)1300m， 橋梁橋墩最高124m； 路基段最大縱坡為5.6%， 橋梁段最大縱坡為4%， 隧道段最大縱坡為3%， 道路橫坡均為2%。

2.方案二

線路向左側(cè)螺旋展線， 三個(gè)分離螺旋展線形成階梯型的效果， 螺旋抬升與上塬第一級(jí)平臺(tái)銜接。該線路無(wú)隧道段， 采用路基、 橋梁組合的形式， 其中， 螺旋線半徑為160m， 路基段長(zhǎng)1900m， 橋梁段長(zhǎng)2800m， 橋梁橋墩最高達(dá)135m； 路基段最大縱坡為5.6%， 橋梁段最大縱坡為4%， 道路橫坡均為2%。

3.方案三

為提高主線線型標(biāo)準(zhǔn)， 方案三向右側(cè)沿地勢(shì)平坦區(qū)域布線， 拉長(zhǎng)東西方向的距離， 布置2個(gè)對(duì)稱圓環(huán)迂回上塬。該線路采用“路基—橋梁—隧道”結(jié)合的單圈展線方案， 形成雙環(huán)的效果， 其中， 線路最小半徑為260m， 路基段長(zhǎng)1450m， 隧道段長(zhǎng)2400m， 橋梁段長(zhǎng)1660m， 橋梁最高達(dá)30m； 路基段最大縱坡為3.5%， 橋梁段最大縱坡為4%， 隧道段最大縱坡為3%， 道路橫坡均為2%。

4.方案綜合比選

通過(guò)對(duì)交通功能、 景觀效果、 建設(shè)成本等情況的綜合分析， 方案一與塬坡現(xiàn)狀的融合性較好， 景觀效果突出， 而且兩層螺旋線疊加降低了橋梁工程造價(jià)， 推薦采用。詳見表1。

三、 橋梁工程方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目橋梁作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施， 應(yīng)具備完善的使用功能、 結(jié)構(gòu)安全可靠、 經(jīng)濟(jì)可行， 同時(shí)還應(yīng)充分考慮橋梁的生態(tài)功能和景觀功能， 做到技術(shù)與藝術(shù)的和諧統(tǒng)一， 并充分體現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念。

接隧道段高墩橋梁上部結(jié)構(gòu)為減輕墩頂反力、 提高橋梁的抗震能力， 選用自重較輕的鋼箱梁。接隧道段高墩橋梁橋墩最高達(dá)124m， 且上部結(jié)構(gòu)存在多層重疊的情況， 橋墩受力較大。需選用一種墩柱自重小， 抗震能力強(qiáng)的墩型。詳見表2。

山區(qū)高墩墩型主要有鋼筋混凝土實(shí)體墩、 鋼筋混凝土空心墩、 鋼管混凝土桁式墩。

鋼管混凝土桁式墩由4根Φ813mm， 內(nèi)灌C50混凝土的鋼管縱橫連接組成， 橫向每12m設(shè)一道鋼管橫聯(lián)、 縱向每2m設(shè)連接桿組成格構(gòu)， 橋墩縱橋向按1： 50放坡， 最高墩底最大寬度為7.8m， 高墩部分根部設(shè)縱向鋼筋混凝土肋板。根據(jù)工程項(xiàng)目所在地地震烈度高、 橋墩高度大、 上構(gòu)多層共用橋墩的實(shí)際情況， 推薦采用鋼管混凝土桁式墩。

鋼管混凝土桁式墩墩柱的制作、 安裝應(yīng)注意鋼管立柱、 縱橫連接桿件下料與焊接拼裝， 墩柱高空施工的空中固定與位置控制， 吊裝設(shè)備的制備與高空吊裝安全及質(zhì)量， 施工操作平臺(tái)的設(shè)置等方面的工作。

四、 隧道工程方案設(shè)計(jì)

隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性， 保證隧道可以長(zhǎng)期使用， 同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件， 結(jié)合周邊環(huán)境， 通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境影響、 使用效果等綜合評(píng)價(jià)， 合理選擇施工方法和結(jié)構(gòu)型式， 對(duì)于軟弱地層， 應(yīng)采取可靠的工程措施， 嚴(yán)格控制地面沉降。

本項(xiàng)目隧道均采用連拱形式， 隧道按城市快速路設(shè)計(jì)， 設(shè)計(jì)車速為60km/h。根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求， 隧道單洞建筑限界寬度為13.5m， 行車道寬為： 3.75×2+3.5=11m， 路緣帶寬為： 2×0.5m， 檢修道寬度為： 2×0.75m， 隧道單洞建筑限界高度為5.0m， 路面橫向坡度為2.0%的單面坡， 隧道左右洞內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)為三心圓拱形式。

三座隧道進(jìn)出口洞門均做成端墻式洞門， 與山體渾然一體， 協(xié)調(diào)美觀。

五、 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目建設(shè)是完善城市骨架路網(wǎng)構(gòu)建綜合交通主軸線的需要， 也是促進(jìn)城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和未來(lái)規(guī)劃布局的需要。

立交方案設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足交通功能的前提下， 結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛玻?綜合考慮安全性、 景觀性、 經(jīng)濟(jì)型及方案的可實(shí)施性比選確定。

本文以斷崖式地形條件下修建城市道路為研究對(duì)象， 通過(guò)城市展線型立交設(shè)計(jì)方案比選， 推薦采用三層螺旋展線“路—橋—隧”相結(jié)合的建造形式， 供設(shè)計(jì)同仁在以后的設(shè)計(jì)和研究工作中參考。

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