兰州市北环路中段小关山沟立交方案研究

张强强

摘 要：随着城市化进程快速发展，城市快速路、环城路、绕城高速工程建设进程加快。尤其环城路的建设与城市的互通连接是城市道路工程设计的难点，城市互通设计工程受建设条件、高差因素、控制点、空间位置等边界条件影响，成为城市交通发展中重要节点、难点问题。本文以兰州市北环路中段小关山沟互通立交工程设计为背景，先结合互通式立交的特点，阐述在立交的规划、选型及设置时应遵循的一般原则和选定时要考虑的主要因素;然后按照互通式立体交叉一般设计原则、技术标准等设计方法，从分析交通量入手，结合实际地形、地质情况，对小关山互通式立交的选型、设置原则以及在工程实际应用中的设计关键点进行阐述;同时针对本工程所处地形的特殊性，详细论述了山区互通立交匝道平面、纵断面线形以及匝道鼻端和加减变速车道的基本设计原则、技术指标及应注意的问题，最后，对山区互通式立交设计中遇到的常见问题提出了建议。

关键词：互通立交;控制点;交通量预测;经济比选;方案设计

1 工程项目概况及控制点

1.1 项目概况

兰州市北环路中段小关山沟立交工程位于北环路中线安宁区段，是连接城市路网的重要枢纽，是连接九州、安宁、七里河区的纽带。该立交西距培黎广场1.4km，距离盐池互通2.7km，距离万新路北环路出入口5km;东距九州隧道安宁端0.7km，距九州进出口4.3km。根据兰州市发展和改革委员会可行性研究批复，该项目工程设计为Y型互通式立体交叉，共设置1条连接线道路（E匝道）、4条匝道（A、B、C、D匝道）。工程内容包括道路、桥涵、照明和交通工程设施。

1.2 控制点

本项目主要控制点为：68127部队，兰州常柴西北车辆有限公司，兰州市市政工程公司，各单位区域间仅预留有4m～6m的现状通道和排洪沟，地面坡度较大。既有北环路、安宁东路之间高差;既有北环路北侧山体。

1.2.1 安宁东路

现状安宁东路断面红线宽度为40m，包含外侧辅路，总计双向六车道，安宁东路小关山沟段现状标高为1538m～1542m之间，如何处理北环路与安宁东路之间交通关系成为该节点方案研究的首要问题。

1.2.2 北环路

为城市主干路，设计车速60km/h，双向六车道，标准路幅宽度33m，两块板断面形式。北环路小关山沟立交位于主线道路里程K1+000～K2+240，主线道路纵坡2%～3%，路面设计标高为1577.834m～1583.600m。北环路主线与安宁东路平面距离约220～260m，线位高差约30～40m，平均纵坡约为13.6%～15.3%。

1.2.3 北环路北侧山体

工程建设区域的北环路北侧存在既有高边坡和山体，既有边坡为锚定锚索边坡，且现状不稳定对路线整体的方案设计具有制约性因素，本项目对北侧山体需部分开挖。

2 沿线地质概况

2.1 地层岩性

工程场区地处白塔山山脚与黄河北（左）岸Ⅱ级阶地交汇地带，加之非全新活动断裂金城关断层从场区附近通过，前寒武系花岗片麻岩、新近系砂岩及第四系坡积物、洪沟冲积物、黄河河流堆积物均有产出，地层结构较为复杂。

2.2 地质构造

兰州市位于祁连褶皱系中祁连加里东褶皱带的东部雾宿山隆起带～皋兰隆起带内。

工程场区地处西固～七里河盆地北部，金城关断层从场区附近通过。金城关断层位于黄河北岸，自中山桥延伸至安宁堡，断层面产状一般为300°/SW∠70°。该断层产生于加里东期，喜马拉雅期再次活动，主要发育于前寒武系变质岩与新近系砂岩或下更新统砾岩之间，断层活动时间为第四纪早中期，不会形成地表裂缝，为非全新活动断裂。

2.3 工程地质评价

拟建场地地貌单元属黄河北（左）岸Ⅱ级阶地后缘，低中山与黄河阶地过渡地段。路线通过区地形起伏较大，小关山沟坡降较大。路线通过区主要地质构造为金城关断裂，为非全新活动断裂。工程区不良地质主要为泥石流、坍塌及不稳定边坡。工程区场地类别为Ⅱ类，区内地下水位埋深17.70～28.10m，相应标高为1527.63～1528.41m，主要为第四系松散孔隙水。综述，本段路线工程地质条件较差，路线受地质因素控制较多。

3 交通量预测分析

根据现状流量流向预测，得到特征年2041年（评价末年）交通量流向图。

4 功能定位及技术标准

4.1 功能定位

通过对项目所在区域周边规划及现状交通量分析，小关山立交距离规划中的金安通道、培黎广场北环路全互通立交1.4km，距规划盐池沟立交2km，距万新路北环路出入口5km。为了加强七里河黄河大桥的联系，北环路中段工程在安宁关山沟西侧设置小关山沟半互通立交，通过设置定向匝道和连接道路，连接安宁东路和七里河黄河大桥，实现安宁东路与北环路的交通转换。因此，本项目的建设主要为解决七里河桥以东及七里河区同北环路、九州地区、城关区的联系，同时通过本互通缓解金安通道北环路立交的交通压力，为区域内一般性立B类城市互通立交。

4.2 技术标准

依据本项目的功能定位，本项目为区域内一般性立B类城市互通立交。小关山沟立交工程主要技术标准：（1）立交等级：一般互通式立交（立B类）;（2）设计行车速度：主线：40公里/小时;匝道：一般路段为30km/h，主桥下曲线段20km/h，辅道设计车速为20km/h，（3）路幅宽度和车道数：匝道：路基宽度9米、8米;輔道：路基宽度7.0米;（4）路面标准轴载：BZZ-100;（5）最大设计纵坡：匝道：5.0%（路基段）;辅道：5.0%。

5 工程设计方案

本项目工程设计方案受安宁东路与北环路之间高差、周边高层建筑、零散厂区等影响，场地互通立交设置空间狭小，工程设计难度大，结合以上边界条件，现进行方案一、方案二比选论证，分析方案优缺点，最终确定适宜本项目工程设计方案。

5.1 方案一

该方案共布设A、B、C、D四条匝道，两条辅道F1、F2，立交匝道路线长度3.585Km，其中桥梁长度1143m，人行天桥一座共计37m、车行通道两座共计25m。A匝道：由南向东右转匝道，路基宽度9米，车道数单向2车道，最大纵坡4.0%，最小圆曲线半径为36m，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度1206.363m;B匝道：由南向西左转匝道，起点处从A匝道设计里程AK0+350处分流，向西左转北环路培黎广场方向匝道，路基宽度9米，车道数单向2车道，最大纵坡4.0%，最小圆曲线半径为255m，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h）。C匝道：由西向南右转匝道，路基宽度9米，车道数单向2车道，最大纵坡4.0%，最小圆曲线半径为38m，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度1165.603m;终点接安宁东路。D匝道：由东向南左转匝道 起点处从北环路左线设计里程ZK1+815.58处分流，在设计里程DK0+574.068处与C匝道合流，由东向南左转匝道，路基宽度8米，车道数单向单车道，最大纵坡3.92%，最小圆曲线半径为255m，设计时速30km/h。

5.2 方案二

该方案共布设A、B、C、D两条匝道，A匝道设计长度1335.157m，B匝道设计长度805.548m、C匝道设计长度1266.665m、D匝道设计长度850.043m。

A匝道：由南向西左转匝道，路基宽度9米，车道数单向2车道，最大纵坡4.0%（路基段），设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度1335.157m，最小圆曲线半径42m。B匝道：由南向东右转匝道，路基宽度9米，车道数单向2车道，最大纵坡3.5%，设计时速30km/h，设计长度805.548m，B匝道是A匝道在设计里程AK0+760处分流，最小圆曲线半径260m;C匝道：由西向南右转匝道，双车道，宽度9m，最大纵坡4%，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度1266.665m，最小圆曲线半径40m;C匝道：由西向南右转匝道，双车道，宽度9m，最大纵坡4%，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度1266.665m，最小圆曲线半径40m;D匝道：由东向南（接C）匝道，双车道，宽度9m，最大纵坡3.9%，设计时速30km/h（北环路主线桥下回头曲线段20km/h），设计长度850.043m，最小圆曲线半径53m。

5.4 结论

通过方案一、方案二工程設计方案优缺点比选论证，方案一、方案二结合周边路网以及现状交通分析，方案二工程拆迁范围大、工程投资高且平面指标多次交织、互通匝道空间关系复杂，行车存在一定安全隐患，方案一匝道在满足克服高差迂回展线的同时，对沿线的建筑物拆迁较小，且能实现北环路与安宁东路全互通设计，因此经过技术、经济比选最终确定方案一为本项目工程设计路线方案。

6 方案研究结论

城市互通立交工程设计较公路互通立交工程设计有其自身的特殊性，边界条件复杂，工程建设更加困难，尤其在城市交通发展快速的当下，在发展好城市主要干线道路交通的同时，处理好城市道路各互通节点方案研究是解决城市道路快速发展的控制性因素。城市互通立交的设计在遵循道路规划的同时，还应结合以下几个方面。（1）符合城市总体规划，城市道路建设，应做好城市互通立交设计规划与沿线规划片区的平面及空间关系，互通立交设计为片区服务，两者相辅相成，在解决交通疏解的同时，城市规划也能为互通设计提供支撑。（2）加强对于所在区域交通路网的研究，城市互通建设并不是独立的存在，其本身所承担的功能是沿线区域的交通互动转换。（3）减少对沿线构筑物的征拆，在确保工程的安全性前提下，满足工程经济性，可实施性要求。（4）与城市景观的协调性，减少对既有生态环境的破坏，城市互通设计在满足自身交通导向的同时，应与周边城市景观相协调，能反映出当地城市的人文特色与生态景观风貌。（5）论证与周边已建工程的相互结合性，避免出现与周边已建工程的功能的重复性，造成工程投资浪费。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市道路交叉口设计规程：[CJJ 152-2010].北京：中国建筑工业出版设，2010.

[2]中交第一公路勘察设计研究院有限公司.城市道路工程设计规范：[CJJ 37-2012].北京：中国建筑工业出版设计，2012.

[3]中国公路工程咨询集团有限公司.公路立体交叉设计细则：[JTG/T D21-2014].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

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