城市快速路與高速公路互通立交方案選型與設計
——以膠州西互通立交為例

沙貞豹

(青島市交通規劃設計院有限公司 青島市 266000)

0 引言

近年來,我國城鎮化發展進程加快,城市對外交通格局發生較大變化。高速公路往往被規劃為城鎮開發邊界,甚至以高速公路為中心向兩側發展。城市快速路與高速公路進行交通轉換,設置互通式立體交叉是最為快捷、安全、舒適的方式。互通式立體交叉通過主線、匝道在空間上的合理布局,實現交通流快速通行轉換,極大提高道路運行效率、社會效益及經濟效益,提升道路運輸網絡整體效能。因此,在城市快速路與高速公路間設置互通式立體交叉來促進城市交通發展的工程實例逐漸增多,而該類型的互通式立交往往也受到既有高速公路平縱面指標、運營安全、城市規劃、占地受限、收費模式等因素的制約。文章以沈海高速公路(青島段)膠州西互通立交為研究案例,分析論證該類型互通的選型方案并確定最適合的互通形式。

1 項目概況

沈海高速(南村至青島日照界段)改擴建工程作為青島市“十四五”重點項目,起點位于平度南村樞紐互通,終點位于沈海高速青島日照界,全長131.44km,現狀雙向四車道,設計速度120km/h,日交通量超10萬輛,計劃按照雙向八車道高速公路改擴建,詳見圖1。被交路中北通道作為青島市重點工程,東起即墨濱海公路,西至膠州馬鐵路,遠期繼續向西聯通濰坊高密。其中,膠州段膠東互通至馬鐵路段長13.6km,規劃斷面為高架+地面輔路形式,主路高架采用城市快速路設計標準,設計速度100km/h,雙向六車道,地面輔路采用雙向六車道城市道路斷面,詳見圖2。

圖1 沈海高速路基標準橫斷面圖

圖2 中北通道路基標準橫斷面圖

現狀沈海高速服務型互通膠州互通與馬店樞紐互通間距約21.5km,與服務型互通南村互通間距約38.5km,詳見圖3。膠州互通與馬店樞紐互通間距過大,地方出行便利性差,且隨著膠東國際機場轉場及中北通道段開工建設,大量車輛進出沈海高速時需繞行膠州互通,加大路網負擔及出行成本,不利于區域發展。因此,設置中北通道與沈海高速互通立交具有重要意義。

圖3 膠州西互通區位圖

2 交通量分析

根據交通量預測,該互通建成后,至2050年高架轉換交通量達39572pcu/d,地面輔路轉向交通量達9766pcu/d,高架轉向交通量為地面輔路轉向交通量的4.1倍,東向與南向間為主要交通轉換方向,轉向交通量示意圖見圖4。

圖4 2050年預測轉向交通量(單位: pcu/d)

3 互通立交建設條件

該項目區域地勢整體較為平坦,影響方案布設的主要因素是沈海高速東側庸村、沈海高速西側小新河及交叉點南側鐵路制約。該項目區域范圍內沈海高速西側分布有基本農田,主線標準段占地線已上報國土空間規劃,并調整完成。交叉點處現狀沈海高速為路基,填土高度約4.5m,向南縱斷抬高跨越鐵路,跨越鐵路路段縱坡約2.23%,設置互通縱坡超限。

4 立交方案選型思路

4.1 初步選型

互通式立體交叉形式應滿足功能、安全和環保要求,并應與路網結構、交叉類型、現場條件及周邊環境相適應[1]。根據工程實踐,高速公路與不收費被交道路形成四岔交叉且設置收費站時,收費站宜集中設置,一般采用雙喇叭互通或喇叭型+T型互通。當因交通量集中導致通行能力或收費服務能力不足時,可結合現場條件、管理費用等,采用收費站分散設置的互通立交。根據交通量預測及被交路交通功能分析,該項目有必要與收費站分散設置的樞紐互通立交形式進行比選,如對角象限雙環式互通立交形式等。

4.2 與城市系統合理銜接

因該項目被交路為“高架+地面”的城市快速道路系統,在實現高架與高速公路快速交通轉換功能的前提下,互通立交形式既應考慮高速公路平縱面指標、運營安全、收費模式等因素,也應考慮被交路地面路如何與高架、高速實現快速有效銜接,充分發揮互通立交功能,并合理為地面路及慢性系統預留穿行條件。同時,還應關注互通立交對城市空間發展、占地等因素,綜合比選后確定最佳互通形式。

5 立交方案擬定及比選

5.1 方案一

方案一采用“喇叭+T型”互通形式,匝道之間實現交通流的全互通轉換。采用集中收費形式,設置匝道收費站1處,規模為6進6出,方案圖見圖5。

圖5 方案一互通立交平面圖

根據交通量預測結果,最適宜將互通布設在東南象限,但沈海高速老路在交叉點以南400m縱坡2.307%,不滿足設置互通條件,且東側村莊、廠房分布密集,在主線東側布設互通需拆遷大量民房、廠房,由于目前村莊并無整體改造搬遷計劃,在東側布設互通實施難度極大。因此,在西北象限布設互通被交路互通布設在小新河以西。

考慮到沈海高速與中北通道交叉處沈海高速填高約4.5m,被交路采用主路或地面輔路下穿沈海高速,需下挖3.5m,而周圍地勢平坦,排水困難,因此將沈海高速抬高3.5m后路基改橋上跨中北通道地面路。中北通道維持“高架+地面”斷面形式,高架與沈海高速設置A型單喇叭,被交路側設置的T型互通將被交路高程放置于最高層,匝道放置于中間層,地面輔路放置于最底層。同時,為實現沈海高速與中北通道地面輔路系統的快速聯系,在交叉點以東1.1km的柳州路設置半菱形互通,沈海高速車輛通過收費站后不但可以直接通過高架向東直達膠東機場及市區,也可通過柳州路半菱形互通快速進入膠州城區,實現高速與城市之間的合理銜接。因受半菱形互通與膠州西互通間距影響,膠州西互通與柳州路半菱形互通設置貫通輔助車道。

5.2 方案二

方案二采用對角象限雙環式變形苜蓿葉形互通形式,高速公路與中北通道通過匝道實現交通流全互通轉換。該互通采用分散收費形式,因南向東、南向西方向受主線縱斷超限影響,需采用主線側兩側分流的方式,其余出口均采用一次分流的方式,因此共設置匝道收費站5處,進出口規模均為3進3出,方案圖見圖6。

圖6 方案二互通立交平面圖

根據交通量預測結果,東向和南向交通量為主交通流,因此東向南匝道采用外轉彎半定向直連匝道;南向東、南向西、北向東因交通量小,采用環形匝道即可滿足交通需求及服務需求;西向北雖然交通量較小,但設置環形匝道不僅需與北向東環形匝道設置集散車道進行連接,與南向東出口匝道交叉高程無法滿足要求,且設置環形匝道無法實現收費閉合。同時,從互通的美觀性、對稱性、行車舒適性等方面考慮,推薦采用外轉彎直連式匝道,其他方向均采用直連式匝道,將互通總體布設為對角象限雙環式變形苜蓿葉形互通形式。同方案一,中北通道維持“高架+地面”斷面形式,為了解決中北通道地面路排水問題,將沈海高速抬高3.5m進行路基改橋上跨地面輔路,中北通道高架上跨沈海高速。但該互通出入口距離東側柳州路較近,約500m,無法通過設置柳州路半菱形互通實現中北通道地面路系統與高速的快速聯系,高速公路與地面路交通需在西側約3km的馬鐵路交叉口或柳州路以東5km的膠平路互通繞行。

5.3 方案比選

方案一采用“A喇叭+T型”互通立交,匝道布設與交通流分布特點相吻合,互通形式簡單,布設相對較緊湊,對東側膠州市城區規劃空間影響范圍小,拆遷較小,實施難度低。設置1處匝道收費站進行集中收費、管理,運營較為安全,遠期不易形成堵點。沈海高速與被交路地面輔路系統實現銜接,充分發揮該互通的交通功能,實現效益最大化。

方案二采用對角象限雙環式變形苜蓿葉形互通形式,形式上為樞紐互通立交,與交通流分布特點匹配較好,占地相對集中,布設緊湊,但對東側膠州市城區規劃空間影響范圍稍大,拆遷較方案一增加5座廠房,社會影響較大。該互通將收費站分散布設于匝道出入口附近,隨著城市發展,交通量增長,易形成交通堵點,同時分散收費也增大管理壓力。沈海高速老路路基填土高度約4.5m,該互通總體雖僅有兩層,但大部分匝道以橋為主,規模較大,投資較高。該互通無法實現與互通周邊地面系統的快速聯系,繞行距離較長,無法充分發揮該互通對周邊城市交通的聯通作用。

綜合兩方案特點,從工程規模、交通功能、運行安全、管理養護、對城市規劃的影響等方面進行比較,推薦采用方案一,詳見表1。

表1 方案比選表

6 結語

膠州西互通立交是典型的城區快速路與城區高速公路互通立交形式,合理的設計方案可以保證互通立交取得理想轉換效果。通常來說,樞紐互通立交比喇叭型互通立交更利于發揮兩條道路的交通功能,但當實際條件較復雜時,樞紐互通立交方案卻存在一定的劣勢和問題。經過比選,建議采用常用的四岔喇叭形互通立交形式,該方案實用性較強,可作為類似互通立交設計案例參考。