郑州市西四环-渠南路城市互通立交方案设计

付光耀

(深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029)

1 城市立交方案选取原则

1.1 充分考虑建设条件的局限性

立交一般位于城市交通网络的出入口位置，其主导着城市整体规划发展的大方向，同时也受到交通运输流量的影响。究其根本，交通运输建设需要为当地经济发展、文化交流提供持续、稳定的支持，而立交在空间上起着分割的作用，能够将交通运输划分为若干个不同的区间，若方案选择不合理则很容易导致路网运载能力下降，也会对建设沿线的经济发展带来影响。此外，城市道路沿线的构筑物密度一般较高，形成空间上的相互挤压，这也为互通式立交的设计带来了一定的限制。

1.2 充分考虑慢行交通的影响

互通式立交不仅能够缓解道路交叉位置的交通冲突问题，还可以为车辆转向提供便捷，促进路网内交通运转。但在实际的城市交通中，还需要对非机动车和行人的正常通行予以足够考虑。若将慢行交通与机动车交通合并在一起进行设计，不仅会提升交通运输的距离，同时也可能会提升行人通行的安全风险。

1.3 充分考虑地形条件的影响

作为城市建设的基础性设施，互通式立交具有十分突出的地理意义，对于城市整体的规划意义重大。在互通式立交的设计中，不仅需要适应交通运输的基本要求，同时也应当顺应当地地形地貌、文化风俗，在工程建设与自然环境之间形成和谐统一。

2 城市立交方案设计流程

2.1 地理位置和型式确定

在开展互通式立交设计之前，技术人员首先需要针对建设当地交通运输情况发展调研，明确立交建设的基本要求及预期目的，同时收集与立交设计、施工相关的法律法规及行业规范，形成完备的资料。对于城市立交设计而言，首先应当关注立交的选型及布置，这主要是为了提升交通运输效率，改善行车舒适性及安全性，满足车辆转弯的要求并提升工程与环境之间的适应性。

2.2 立交线形设计

具体来看，互通式立交设计主要包括了平面设计、纵横断面设计，横断面设计三部分。在确定主线、匝道的曲线半径时，应当将立交形式、占地面积以及建设成本纳入考虑范围，并尽可能与设计速度、舒适性等之间达成协调。一般而言，应当取用其中较大的曲线半径作为设计值，而应尽可能避免选择极限最小半径。在开展匝道的线形设计时，技术人员应当灵活、合理地组合缓和曲线。在圆曲线间以及圆曲线和直线之间，都应当采用缓和曲线进行连接。此外，在纵断面的线形设计中，还需要保证一定的连续性，减少突变的线形设计，避免使用最大纵坡设计。

3 设计实践案例分析

3.1 工程概况及功能分析

郑州市四环线及大河路快速化工程位于郑州市主城区与外围区域的交界处，由大河路、东四环、南四环及西四环组成闭合环线，路线全长约93 km。西四环位于郑州市主城区的西部，呈南北走向，南起南四环，北至大河路，工程范围途经郑州市二七区、中原区、高新区、惠济区。路线由南向北依次与光明路/雪松路(规划)、工业路/淮河路、郑峪路(规划)、皓月路(规划)、陇海路、文博大道、渠南路(在建)、中原路、兴国路(规划)、市民大道(规划)、郑上路、昌达路、化工路、梧桐街、科学大道、金菊西街、莲花街、新龙路(规划)、连霍高速、开元路、开明路(规划)、安定路(规划)、大河路(规划)等主要道路相交。主要相交并跨越的河(渠)道有孔河、南水北调总干渠、秀水河(规划)、索须河。相交并下穿的铁路有徐兰高速线(郑西客专贯通线)、郑西客专联络线，相交并上跨的铁路有陇海铁路。相交轨道交通线有轨道交通线6线、10线、14线、8线、9线，轨道交通线均沿相交道路地下敷设，下穿西四环。

西四环路线全长约21.878 km，道路等级为城市快速路，主线设计速度80 km/h；规划控制总宽度180 m(其中道路红线宽80 m，两侧各有50 m宽绿化带)，全线采用高架快速路形式(局部下穿铁路节点采用地面快速路形式)，道路标准横断面组成为：高架快速路(双向八车道)+地面主干路(双向八车道)+辅路。西四环-渠南路立交位于西四环南段西四环与渠南路交叉口。

建设路至陇海路区间片区范围规划为行政文化中心及市民公共活动中心，区域内东西向道路较为密集，且道路等级较高，分别为中原路(渠北路)、渠南路及文博大道，该三条主、快速路间距均不足500 m。该立交节点需综合考虑整个片区东西向道路的交通需求。

中原路位于南水北调干渠北侧，根据行政文化中心规划，该段与规划渠北路并线，属于渠北路系统的一部分，是郑州市重要的东西向、南北向交通通道，道路等级为景观性城市主干路。主路采用双向六车道隧道，地面为双向六车道辅道，设计速度为50 km/h。渠南路位于南水北调干渠南侧，距中原路不足450 m，规划为城市快速路，主线为双向六车道隧道，设计车速60 km/h，地面为双向六车道主干路，设计车速50 km/h，目前正在施工建设中。文博大道位于渠南路南500 m处，为城市主干路，双向六车道，设计车速50 km/h。该立交是郑州市中心城区、郑州市行政文化中心与西部城区重要的对外交通联系节点。

3.2 现状交通分析

立交范围内，西四环与中原路现状路口为灯控平交路口；渠南路与文博大道正在施工建设中；西四环与金马路交叉处位于陇海路立交范围内，现状地面为灯控平交路口，西四环主线地面双向八车道，主线双向八车道高架跨越路口。

3.3 立交节点控制因素

(1)中线南水北调干渠及两侧绿化系统。中线南水北调总干渠与西四环相交，距中原路约140 m，距南侧渠南路约190 m， 南水北调总干渠两侧均有约100 m的绿化保护带。立交用地受其约束。

(2)西四环东侧区域的高压线塔(220 kV)。立交区域东侧有现状220kV高压线塔，最不利处距西四环约40 m。立交设计应避免对其进行迁改。

(3)西四环东侧电力隧道管线。立交东侧紧邻奥体中心地块，道路外侧地块边布置有电力隧道管线，目前已完成施工。立交设计应按规范要求对其进行避让。

3.4 预测交通量分析

交通量预测以建成年为基准年，确定本工程交通量预测特征年为2019年、2028年和2038年。根据交通量预测结果，主线方向西四环南北向交通流量要大于中原路东西向交通流量，北向东的左转、南向东的右转为转向交通的主流方向，其他流向的转向为次要交通，但各转向交通量相差不大，相对较小。

3.5 立交方案设计

西四环东侧是郑州市重要的行政文化中心以及市民公共活动中心。其中南水北调北侧主要为行政办公区以及市民公共服务中心，南水北调南侧主要为公共活动中心以及创意文化展示区等公共文化区。其中公共活动中心及公共文化区对外交通需求相对较大，其南侧有陇海路高架，北侧为渠南路，西四环主要实现该区域向北、向南的快速交通转换。

按照郑州市对南水北调总干渠两侧道路系统规划的精神，渠南路为城市快速路，兼具景观大道功能，渠北路为以休闲服务为主的景观性主干路。中原路在本段属于渠北路的一部分，应尽量减少过境车辆进入南水北调总干渠两侧道路系统。规划道路与这两条道路交叉时，基本以简易立交(快速路)或平交(主干路)为主。同时考虑到南水北调总干渠一级水源保护区的要求，尽量少在保护区范围内设置构造物，需将该立交进行简化处理。

各个方向交通转换采用上下桥匝道+地面平交的方式。在中原路北侧设置一对向北方向的上下桥匝道，满足该片区向北的通行需求；在渠南路交口处设置一处北往南的半定向右转匝道，然后分流两匝道，一匝道直接往下接入渠南路快速隧道系统的集散道隧道，从而进入东侧公共活动中心及文化区，另一匝道进入地面支路网系统，实现高架与该片区地面系统的交通转换；在渠南路南侧设置一对向南方向的上下桥匝道，以满足该片区向南的通行需求；在文博大道北侧布设一处上桥匝道和上桥掉头匝道满足东—南、东—北快速进入高架快速系统的交通需求。地面设置灯控平交口以满足地面主干路交通出行及慢行过街需求。

3.6 具体设计

(1)立交主要技术指标表，见表1。

(2)立交平面。

主线平面：立交范围内主线桩号为K76+217.448～K77+150，位于两段平曲线范围，南段平曲线的圆曲线半径为1 230 m，缓和曲线最小长度Ls为85 m；北段平曲线的圆曲线半径为1 000 m，缓和曲线最小长度Ls为70 m；两段平曲线均不设超高，最小圆曲线长度70.714 m，最小平曲线长度240.71 m，均满足规范要求。

表1 立交主要技术指标表

匝道平面：结合立交方案设计，设置渠南路交口北往西的右转匝道C，接入渠南路隧道快速系统的集散道，从而进入东侧公共活动中心及文化区，另外再接一匝道G在金鳞路落地，实现高架与该片区地面系统的交通转换；设置渠南路以南上下匝道A、D匝道；设置文博大道以北地面上匝道B往北进入高架及掉头匝道E往南进入高架。匝道最小半径为E匝道(掉头匝道)，最小半径为55 m，缓和曲线长度为62 m，其余匝道最小半径为160 m，最小缓和曲线长度为48 m，满足规范要求。

(3)立交纵断面。

立交范围内主线最小纵坡0.3%(连接连续上坡凹曲线)，最大纵坡2.85%，半径采用凸型竖曲线(半径3 000 m)及凹型竖曲线(半径2 000 m)。匝道最大纵坡3.973%(A匝道)，最小竖曲线半径凸形采用804 m(E匝道)，凹形采用813.954 m(E匝道)，最小竖曲线长度为35 m。

(4)横断面。

A、B、D匝道均为大半径匝道，不需加宽，采用双车道匝道，车行道宽8 m，桥梁宽9 m。C、E匝道为小半径匝道，且匝道长度均大于300 m，采用双车道匝道，考虑桥梁结构的等宽，均采用车行道9 m，桥梁宽度10 m，匝道横坡正常段均为2%，超高路段的横坡视平曲线半径而定。

(5)超高、加宽。

根据规范及道路平面线型，西四环高架、西四环地面道路均不需要设置超高及加宽，机动车道为直线形式的双向路拱横坡2.0%，人行道、非机动车道及外侧辅道横坡为1.5%。

立交区所有匝道均设置为单向路拱横坡，横坡度为2%，超高旋转轴与路线设计线重合(即轴中距为0)，超高旋转方式为绕中线旋转(即绕路线设计线旋转)，超高过渡方式为线性过渡。单向单车道、单向双车道、匝道设计速度为40 km/h、绕中线旋转最大超高渐变率为1/150。为满足匝道路面(桥面)排水及困难路段路面排水的要求，规定单向单车道绕中线旋转最小超高渐变率为1/800，单向双车道绕中线旋转最小超高渐变率为1/500。

A、B、C、D、G匝道为定向匝道设计速度均为40 km/h，最小圆曲线半径为65 m，最大圆曲线半径为1 254.75 m，设置的超高横坡度为2%(坡向曲线内侧)。

E匝道为环形匝道，设计速度均为40 km/h，圆曲线半径为60 m，圆曲线处设置的超高横坡度为4%(坡向曲线内侧)，其他部分超高横坡度为2%。

为方便匝道桥的设计与施工，各匝道以加宽值最大段落加宽后匝道的总宽度作为整个匝道的设计宽度。

3.7 经济、社会评价

城市基础设施项目的效益，除一部分可以量化外，大部分难以用货币计量，而且对一些重要的城市基础设施而言，其经济评价指标可能偏低，但这些设施却具有十分良好的社会效益。因此，根据本工程的这一特点，侧重对本工程作社会效益分析。其综合效益主要体现在以下几个方面。

(1)完善市区快速通道路网，加强城区片区的联系，推动经济发展。

(2)提高交通功能，缓解区域交通拥堵和疏解区域路网，改善投资环境。

(3)发展绿色经济，促进旅游产业化进程。

(4)推动常西湖片区的城市建设，有利于土地综合开发利用和土地流转增值。

4 结束语

4.1 路网规划层面

(1)城市骨架路网规划中必须合理布置立交节点，保证立交节点之间的距离满足最小间距要求，避免过近的立交间距引起主线交通紊乱，从而造成交通拥堵和交通事故。

(2)骨架路网规划中需要明确立交的功能定位，根据其功能定位合理利用立交规划用地，拟定可能的立交型式，反复开展技术论证，最终优选出合理、适用、经济、美观的立交形式。

4.2 工程设计层面

(1)仔细分析预测交通流量流向数据，同时应考虑到交通需求预测的不确定性，进行包容性设计，合理预留一定的发展空间。

(2)立交设计中应合理布置快速路系统、辅路系统以及非机动车和行人的慢行系统，保证各系统内部交通转换通畅，必要时考虑相互转换。

(3)立交设计需采用多方案比选，应进行多目标综合评价，确定最终的立交推荐方案。

(4)位于城市核心区的互通立交设计应注重其与周边环境的适应性，应选用景观性高的设计方案。