京港澳高速郑州北三环互通式立交设计方案研究

程勉冲

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州　450002)



京港澳高速郑州北三环互通式立交设计方案研究

程勉冲

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州450002)

Research on the design scheme of Zhengzhou North Third Ring Road Interchange in Beijing， Hong Kong and Macao

CHENG Mianchong

摘要京港澳高速北三环互通立交是郑州市快速路网中的一个重要节点。针对立交设计过程中的路网分析、交通量预测、主要控制因素及周边交通情况，对方案进行深入研究，设置合理的辅助车道和集散车道，以减少对既有高速公路正常通行和附属设施(服务区、收费站)的影响，最终优化了互通立交设计方案。

关键词高速公路互通立交控制因素设计

1项目背景

京港澳高速郑州北三环互通式立交就属于郑州市16个高速公路出入口工程之一，也是郑州市北三环东延线唯一的一处高速公路出入口(如图1)。项目的实施对完善郑州市北部区域的路网结构，改善郑州市北三环快速通道高速公路出口较少的现状，缓解北部区域路网拥堵的交通情况，带动相关产业的发展等都具有重要意义。

2路网现状及规划

该互通式立交节点北距刘江枢纽互通中心2.04 km；南距郑州东服务区中心1.57 km；南距京港澳高速郑开大道互通式立交中心3.46 km。

京港澳高速公路(G4)是国家高速公路网及河南省公路网主骨架的重要组成部分，主要承担长途出行及过境交通。

北三环东延线规划为城市高架快速路，高架层设计速度80 km/h，双向6车道，桥梁宽25.5 m；地面层设计速度50 km/h，双向8车道，规划红线60 m。规划地面层与郑港大道平交后，向东下穿京港澳高速公路，继续向东延伸；高架层在跨越京港澳高速公路后向东约1 km处落地，远期规划高架层继续向东延伸。在与高速公路交叉时，需同时考虑地面层、高架层均与高速公路的交通流转换。

图1　地理位置

3交通量预测

根据立交节点交通量预测结果，在立交节点的转向车流中，进、出郑州市区方向的转弯交通量最大。主要是市内交通进出、入京港澳高速的交通流(如表1)。预测结果还表明，本项目的建设，可以对经过南侧的圃田站、新区站出入高速车辆进行有效分流，减少进出高速车辆在市区内迂回里程和时间，减缓市区车辆拥堵。

表1　特征年年末预测交通流量　(括号内为高架层)

4立交设计控制因素

本互通式立交范围内主要的控制因素有：北侧的刘江枢纽互通，距离为770 m(互通匝道起点)；东侧陈三桥污水处理厂，距离为240 m；南侧郑州东服务区，距离为1 200 m(进入高速匝道终点)(如图2)。

图2　周边控制因素示意

5方案研究

5.1方案一

方案一采用A+A型双喇叭互通，与京港澳交叉和北三环交叉均采用利于车辆运行的A型单喇叭。考虑利用陈三桥污水处理厂与京港澳高速间狭窄地带，将收费站布置在东南象限，拉大本项目立交与刘江互通间的间距。北三环东延线与京港澳高速交叉处，地面层下穿京港澳高速，高架层上跨京港澳高速公路。立交与京港澳高速交叉处，匝道下穿京港澳高速公路；立交与北三环东延线交叉处，匝道上跨北三环东延线地面层，下穿北三环高架层。

结合北三环东延线规划，北三环东延线高架段在立交终点东侧km处落地。北三环高架层匝道仅考虑市区方向的交通转换需要，将市区至高速公路和高速公路至市区方向设置匝道连接，其余方向均通过北三环地面层匝道进行交通转换。

结合远期规划，郑港大道设置两个右转匝道与北三环东延线高架层相接，郑港大道的出入口距本项目互通高架层出入口之间北侧交织段长度480 m，南侧交织长度340 m。在北三环高架层两侧设置集散车道，将郑港大道高架层出入口与本互通高架层出入口转移至集散车道，减少交织车辆对北三环高架层主线直行车流的干扰。

优点：符合规划，能够合理利用陈三桥污水处理厂与京港澳高速公路间距，结构紧凑，新增占地少，拆迁少。

缺点：平纵面指标稍差，行车安全性差；匝道下穿高速时受魏河河床影响，排水很难解决。

5.2方案二

将北三环东延线高架层的郑州市区至京港澳高速公路方向的匝道由环圈匝道调整为半定向匝道，匝道上跨京港澳高速。调整后立交匝道平纵面指标均有提高，且符合常规行驶习惯。其余匝道布设方案二与方案一设计思路基本相同(如图3)。

图3　方案二平面

优点：提高郑州市区至京港澳高速公路方向平纵面指标，改善整体立交服务水平。

缺点：工程规模有所增加，占地面积稍有增加，郑州市区至京港澳高速公路方向车辆绕行距离有所增加。

6方案比选

从转向交通量、服务水平、占用土地、工程规模及造价等方面，对各方案进行比较(见表2)。

表2　主要经济技术比较

结合上述分析，将方案二作为推荐方案进行下一阶段的施工图设计。

7方案设计

7.1主线设计

根据实际地形、地物、路网关系及交通量情况，明确道路间的交叉关系，确定京港澳高速维持现状不动，北三环高架层上跨京港澳高速、地面层下穿京港澳高速。同时，为了减少高架层上直行交通与出入匝道的交叉次数，保证充足的直行交通通行能力，在高架层的两侧各增设集散车道。

7.2集散车道及辅助车道设计

结合区域内现状，本项目立交节点北距刘江枢纽互通最小间距1.671 km；南距郑州东服务区最小间距0.579 km。

由于本立交距离刘江枢纽、郑州东服务区间距较小，结合交通量预测成果、立交间距、交织段长度等因素，按规范要求设置集散车道或辅助车道与刘江枢纽互通式立交、郑州东服务区连接贯通，设置复合式互通式立体交叉。

(1)本项目立交与郑州东服务区连接方式

考虑到郑州东服务区出口匝道至北三环立交出口匝道间距仅有0.579 m，交织长度不满足路线规范要求。结合路线规范要求，服务区出口匝道与北三环立交出口应设置为集散车道。

图4　交织区间与全交织交通量模型

依据交织区间与全交织交通量模型(如图4)，京港澳高速公路西侧采用辅助车道将匝道的加速车道与郑州东服务区入口匝道减速车道贯通，贯通后交织段长度为770 m， 能够满足车辆交织长度需要，且在此交织段上处于近似无交织的自由流状态。

而京港澳高速东侧通过设置集散车道将本项目立交出口南移至郑州东服务区上高速公路匝道处，提前让高速公路出口车辆与服务区出口匝道车辆交织，调整后该交织段长度579 m。依据交织区间与全交织交通量模型，在此交织段上的车辆能够处在稳定流状态。

由于增大交织区间长度，北三环出口匝道南移至郑州东服务区上高速公路匝道处，导致集散车道占用郑州东服务区大货车停车位6个。为了减少立交建设对郑州东服务区大货车停车位的影响，故在服务区入口匝道处新增3亩用地，用于布设大货车停车位。

(2)本项目与北侧刘江枢纽互通式立交的连接方式

考虑到本项目立交与刘江枢纽互通最小间距1 671 m，由于本项目立交入口与刘江枢纽立交出口匝道车辆仍存在交织。结合规范要求，通过设置辅助车道将该交织段连接，依据交织区间与全交织交通量模型，通过设置辅助车道后该交织段上的车辆能够处在稳定流状态。

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中图分类号：U412.35+2.1

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2016)01-0082-03

作者简介：程勉冲(1979—)，男，2002年毕业于长安大学道路桥梁与渡河工程专业，工程师。

收稿日期：2015-12-21