山区高速公路互通式立交设计方案研究

黄光耀 罗 慧 田 华

(广西交通科学研究院有限公司 南宁 530007)

随着我国高速公路建设的蓬勃发展，目前许多高速公路建设已经向山岭地区延伸，以解决偏远山区城市的交通出行问题。山区高速公路互通式立交设计受山岭地区地形复杂影响[1-3]，存在顺层、暗河和溶洞等不良地质条件[4]、地势高差大、匝道平面线形约束严格[5-8]等多种因素的制约。如何在多种制约因素条件下，获得符合技术标准要求，兼顾车辆运行安全，且能够节约工程投资的方案是山区高速公路互通式立交设计需解决的关键问题。

1 实例背景

本文以广西融水至河池高速公路天河互通设计为实例，分析山区高速公路互通式立交设计方案研究。广西融水至河池高速公路是《广西高速公路网规划修编(2010-2020)》中贺州(灵峰)至隆林(板坝)公路的支线——桂林至河池公路的重要构成路段。项目主线全长105.6 km，设计车速100 km/h，路基宽度26 m。天河互通位于罗城县天河镇以南约7公里处，属于融水至河池高速公路的落地互通，通过新建的天河连接线和祥贝连接线可以分别通达天河镇和祥贝乡。天河连接线为二级公路，设计车速60 km/h，路基宽度10 m；祥贝连接线为三级公路，设计车速40 km/h，路基宽度8.5 m。

2 互通设计的制约因素

1) 地形地质条件。融水至河池高速公路位于广西山字形构造的北部，九万大山南麓余脉山地丘陵带，以山地、丘陵、岩溶地貌为主。天河互通区域主要为岩溶丘陵地貌，地层为石炭系下统不纯灰岩间夹碎屑岩，泥质成分较多，碎屑岩夹层较厚。有洼地、漏斗发育，地下岩溶形态不发育。局部山沟、山谷、山间洼地及水田、水塘等地段发育淤泥质黏土等软弱土，上部岩石大部分已强风化。

2) 预测交通量。根据工程可行性研究报告及交通量预测，到2041年，天河互通来往河池方向的交通量为3 601 pcu/d，来往融水方向的交通量为1 917 pcu/d，交通流主次较为明显。在拟定互通设计方案时，应分清主次，优先提高来往河池方向匝道的线形技术指标。根据以上预测交通流量分布情况，选用单喇叭A型方案更加符合交通量分布情况。

图1 天河互通2014年预测交通流量分布图(单位：pcu/d)

3) 平面控制因素。根据现场勘察发现，互通区域范围内受东练、马山脚2个村庄的民房影响，涉及北安小学和东练村饮用水源2处环境敏感区， 且东练村东面设置有罗城县罗氏主坟区。针对上述平面控制因素，拟定互通式立交匝道平面线形时需重点考虑远离或者避让，特别是需要避开北安小学、饮用水源和罗氏主坟区3个环境敏感点，降低施工阶段征地拆迁的难度。

4) 高差控制因素。天河互通区域范围内坡高谷深，山坡高程在160～250 m之间；区域水系发达，受到天河水位的控制。天河互通位于主线一段约6 km长连续下坡的底部，高差约为180 m。拟定互通设计方案时，互通范围内主线的纵面线形技术指标应满足标准规范和行车安全要求，匝道纵面线形尽量均衡，避免为克服主线和被交路之间较大的高差而采用极限纵坡或拉长匝道长度的情况，且需统筹主线、匝道、收费广场和收费站管理所的布局，尽量做到互通范围内土石方平衡。

3 互通设计方案对比分析

3.1 方案设计简述

方案一。采用对向分隔匝道与主线正交的单喇叭A型互通，如图2所示。互通范围内主线沿东练和马山脚之间山岭穿过，主线桩号范围为K68+100-K69+700，建设里程为1.6 km。主线平面线形为卵形曲线，小圆曲线半径R=1 100 m，大圆曲线半径R=1 375 m，卵形曲线的缓和曲线参数A=812 m；主线纵断面设计标高在175～218 m之间。A匝道沿自然山沟布设，下穿主线； B匝道(半直连式)和C匝道(环形，R=60 m)2条左转匝道布设于东练村以南约400 m地势较为平坦的区域。E匝道为天河往河池的右转匝道，最小半径为100 m，最大纵坡为3.8%，接近极限值。由于融水方向主线的标高较高且纵坡较大，导致融水往天河方向的右转D匝道需克服的高差多达27 m，匝道长度达965 m，最大纵坡为4%，达到规范要求的极限值。收费站管理所设置于A匝道右侧，占地面积6 000 m2。

图2 天河互通方案一平面图

方案二。采用对向分隔匝道与主线斜交的单喇叭A型互通，如图3所示。

图3 天河互通方案二平面图

针对方案一主线和被交路高差大且2条左转匝道填方较高等问题，方案二优化了主线越岭路段的平纵面线形，将互通范围内的主线整体设计标高降低约8 m， 同时优化被交路天河连接线的平纵面线形，抬高连接线的标高约5 m，缩短D匝道的长度且降低其最大纵坡值，另外将交叉点位置将东侧移动约400 m，将2条左转匝道设置于3个山包的区域，减少路基填方高度。

方案二主线桩号范围为K68+180-K69+360，建设里程为1.18 km。主线平面线形为单圆曲线，圆曲线半径R=1 100 m；主线纵断面设计标高在183～210 m之间。A匝道沿东面山坡向东南方向布设，斜交下穿主线； B匝道(半直连式)和C匝道(环形，R=60 m)2条左转匝道布设于马山脚村西面约500 m山坡区域。右转匝道E匝道最小半径为100 m，最大纵坡为2.99%。由于主线和被交路线形的优化调整，D匝道需克服的高差缩小约11 m，匝道长度缩短为655 m，最大纵坡降低为3.5%。

3.2 方案优缺点对比分析

方案优缺点对比分析见表1。

表1 天河互通方案优缺点对比

3.3 主要工程量对比分析

天河互通方案主要工程量对比见表2。

表2 天河互通方案主要工程量对比

根据上述2个互通方案的优缺点和主要工程量对比，方案二在匝道平纵面线形布设更加合理，线形技术指标更高，行车安全性更好，能够与地形地势条件相结合，充分做到顺势而为、因地制宜，且在工程投资更加少，因此推荐采用方案二作为天河互通立交设计方案。

4 结语

山区高速公路具有地形地质条件差、自然高差较大、平纵面线形控制较为严格等特点，山区高速公路互通式立交作为高速公路项目的重要节点工程，方案的合理与否直接影响到后期施工难度和运营安全。

在设计阶段应充分调查沿线的主要控制因素，匝道平面线形应根据地形地势条件进行布设，减少高填深挖；纵面线形方面需要处理好主线与匝道、主线与被交路之间的高差关系，避免采用极限纵坡；另外应从工程投资、施工难度、征地拆迁协调难易程度和后期运营车辆行驶的安全性等多方面进行多方案比选，尽可能做到不遗漏任何有价值的互通方案，推荐方案需要满足工程可行性和经济合理性。