山区高速公路改扩建工程中互通式立交设计研究

李旭强

（创辉达设计股份有限公司，长沙 410000）

1 山区高速公路互通式立交特点

互通式立交指公路桥梁之间的一种交叉结构，交叉线路之间通过匝道连接，根据交叉口交通流轨道线的不同交叉方式和几何形状，分为3 种类型：部分交换、完全交换和环形交换。山区高速互通式立交主要有以下特点：

1）地形复杂，交换分类的位置条件通常受到严格限制；

2）交换的几何形状复杂，布线灵活，一般没有统一的模式类型；

3）坡度线较高，通常需要限值或略高于限值用于控制；

4）正线调整空间小，水平、垂直指标偏低，特别是正线垂直指标往往偏低，造成设计困难[1]。

2 山区高速公路互通式立交设计原则

鉴于山区高速公路的复杂性和特殊性，在设计时应考虑不同的因素，并遵循以下基本原则：

1）结合区域路网现状、远期规划和沿线交通流，分析沿线的地质和地形特征。

2）根据预测交通量和交叉道路的等级，合理确定匝道的形式、设计速度和宽度。

3）山区地形起伏大，环保要求高，在互通式立交设计的过程中，根据实际地理环境防止高填深挖，减少对环境的破坏。

4）山区互通式立交的设计不仅要满足相关设计规范要求，还要注重安全性、施工可行性、运营维护等方面的要求。

5）在满足相关交通需求的前提下，通过多方案比选，选择安全系数高、环境破坏小、工程造价低、容易实施的方案[2，3]。

3 互通式立交设计应考虑的因素

3.1 互通式立交设计选型

互通式立交的类型选择是一项非常重要的环节，直接关系到山区高速公路改扩建的总体布局、线形、功能、交通管理以及运营，同时也受道路安全法规、环境和其他因素的影响[4]。如果类型选择不恰当，会引发安全风险，对高速公路以后的运营产生严重影响。因此，应综合考虑功能定位、交通量、地理环境等因素，结合当前道路的实际情况，注意选型的科学性、可靠性和安全性，并进行详细分析论证。

确定互通立交的位置，需要根据山区高速公路改扩建可行性研究中道路交通的经济需求、道路技术标准和交叉道路的等级而定。在设计阶段，应根据道路网规划、性质、设计和要求及互通式立交的位置、功能和互连程度，详细研究车流方向、预测交通量和交通组成。位置必须确保互通式立交的类型（功能）满足该地区交通量增长的需求，批准的技术指标必须满足远期发展的需要[5]。鉴于山区地形和互通式立交位置的不利影响，类型选择应考虑路网规划和预测的交通量，并且选择的类型应可预测和改进，这对山区高速公路尤为重要。

3.2 地理环境

山区高速公路改扩建工程规模较大，特别是在复杂山区，为适应地理位置和环境，需充分考虑控制因素，做好实际研究工作：根据地理位置、功能定位、交叉道路等级、远期规划、技术指标要求等设计各种可行方案，根据实际情况，从环保、成本、施工技术等方面科学选择可行性方案[6]。

3.3 工程结构

设计山区高速公路改扩建工程的互通式立交结构时，要在对现有工程结构进行改造和利用的基础上，重新考虑其工程结构，为有效保证行车安全性，对于不符合技术标准和规范的部位，需要对其进行改善，并以适当的方式对指标较低的部位进行改进，确保其合理性且符合标准[7]。

3.4 人性化

进行互通立交设计时，必须充分注重互通立交与自然景观的协调，以达到生态标准化与生态建设的目的。除了对周围自然环境的整体协调外，还要注重人性化设计；考虑到地质灾害的后果、地形路线的选择、天气条件、植被退化等因素，应尽量选择环保型互通立交，使互通立交与自然环境的结合更有效、更经济，达到可靠山区高速公路的建设要求。

4 互通式立交设计指标

根据山区高速公路改扩建工程交通量预测要求和互通式立交高速公路的分（合）流交通量预测要求，对互通式立交进行综合整治改造，满足交通分合流需求，在现有互通式立交的基础上进行扩建，可减少新增用地，缩短建设周期。

5 山区高速公路改扩建工程中互通式立交应用设计

5.1 平纵指标

平纵指标受设计标准的影响，设计标准与山区高速公路改扩建数量和成本直接相关。因此，确保设计标准的一致性尤为重要，以便在此基础上合理选择技术标准，采用先进的公路测量技术，保证测量精度，以控制山区高速公路改扩建的成本和质量。具体设计过程中，应根据控制点的要求选择匝道线形；选择线形指标时，必须注意线形指标的均衡性和连续性；合理应用横向和纵向指标，可有效避免山区高速公路改扩建规模与技术指标之间的问题；选择技术指标时，还应考虑自然条件和建筑物，以便技术指标更好地与实际山区高速公路改扩建设计相一致。

5.2 匝道端部施工期交通组织

互通匝道是车辆分流与合流的区域，车辆需要在该区域减速或加速，如果没有合理的交通设计，极易影响车辆进出的效率和安全，甚至导致交通事故。匝道端部交通组织（见图2）。

图2 匝道端部交通组织

5.3 匝道加宽与出入口设计及改建施工期交通组织

由于主线的拓宽改造，过渡线形的路基横断面宽度等线形指标应相应提高，当边坡改造重建时，可利用旧边坡或便道临时完成交通流转换，当现场填方路基加宽和重建时，宜利用路肩修建临时道路，但会压缩交通空间，并对填方路基交通产生重大影响。匝道入口和出口的设计应基于横断面和技术规范的要求，对重建互通立交的单一进出口应采用单车道出入口设计，出口采用直接设计，入口采用平行设计。当设计速度采用120 km/h 时，单车道匝道的加速车道长度大于230 m，过渡段长度90 m；单车道减速车道长度大于145 m，过渡段长度为100 m。而过渡到最终高度与宽度的设计应在主线末端和斜坡处进行，以确保车辆行驶的连续性、舒适性以及过渡的流畅性。

5.4 相交道路位置选择

山区高速公路互通式立交是指高速公路之间或高速公路与具有干线功能的等级公路之间的互通式立交，其主要功能是发挥交通枢纽的作用，因此，应考虑交叉道路的性质，包括交叉道路的等级和交通量状况。

5.5 超高设置

山区高速公路的曲线半径相对较小，缓和曲线较短，结构物分布广，受平面和纵面指标的影响，运行速度差异大，超高设计应遵循以下原则：

1）引入运行速度的概念，根据运行速度结论调整优化相关平纵指标；

2）检查结构物的最大超高采用值；

3）避免同一方向相邻曲线的横向力系数发生突变；

4）根据不同地区积雪的严重程度取值；

5）在半径较小的位置，应根据技术标准检查最大侧向力系数；

6）控制最大合成坡度。

5.6 交通标志标线

道路交通标志标线对车辆正常行驶和道路安全至关重要，在设计中，需要确保道路交通标志标线完整清晰，并根据互通立交和交叉口的实际情况合理设计入口和出口处的限速标志。

5.7 防护工程设计

1）在防护工程的设计中，应根据实际自然条件进行绿化布置，尽可能充分利用自然植物和本土树种，减少圬工工程的数量；

2）重视资源浪费、周边环境协调和地质灾害后果，合理设计防护排水工程；

3）每个区域的工程完工后，必须及时拆除该区域内的所有临时设施，恢复该区域内安全标志和其他设施。

5.8 交通组织

在施工过程中，由于山区高速公路改扩建属于系统工程，对现有交通流量有重大影响，因此，应根据交通组织和当地交通流量的实际需求制定交通组织图，改扩建过程必须确保车辆上下行交通无障碍。

6 结语

山区高速公路改扩建工程中，互通式立交的设计是为满足道路的使用功能，以环保、节约工程造价为控制目标，在遵循国策及相关规范的情况下，灵活调整平面线和位置，保证高速公路车辆行驶速度，力求安全、环保、经济的辩证统一。山区高速公路改扩建工程的立交设计应结合山区地形、地质和自然环境的特点，控制工程造价，灵活调整位置，合理设计线形，提高公路路网的整体效益，促进区域经济发展。