河北省延崇高速公路韩庄枢纽互通立交方案选型与设计

田 曦

(河北省交通规划设计研究院有限公司 石家庄市 050011)

1 项目概况

延崇高速公路位于河北省张家口市东部山区，为奥运交通主通道，全线包括主线、赤城支线、延伸工程三条路段。项目所在区域为内蒙古高原与华北平原坝上坝下过渡性山区。韩庄枢纽互通为延崇高速公路主线与赤城支线设置的枢纽互通，见图1，主要为赤城县提供高速出入口。

图1 项目地理位置图

互通区内主线为双向四车道高速公路标准，设计速度100km/h，路基宽度26m，主线平曲线半径为R=2200m，纵坡为-1.05% /1.675%。赤城支线为双向四车道高速公路标准，设计速度80km/h，路基宽度24.5m。赤城支线平曲线半径R=1200，最大纵坡1.9%。互通交通主流向为延庆(北京)至赤城方向，预测末年，主流交通量为5438小客车/日。

图2 转向交通量图

2 工程难点

(1)品质工程要求，延崇高速作为绿色公路建设示范工程，对设计提出了较高要求，不只是绿化即绿色的传统思维模式，在选线及互通方案选型时要求合理布局，集约高效利用资源，注重与自然和谐[1]。着力实现“零弃方，少借方” ，路基排水、边坡防护、隧道开挖等过程中，尽可能实现“圬工防护零裸露”，减少边角地块。

(2)交通功能需求，韩庄枢纽互通需提供延崇主线与赤城支线的交通流转换功能，同时需综合考虑路网结构，就是否提供支线远期延伸条件，是否提供与普通国省干线交通转换的服务功能进行方案论证。

(3)地形条件复杂，山区地势、地形、地质条件复杂多变，两条高速均位于沟谷中，两沟纵横相交，因主线通过螺旋隧道集中升坡，该互通位置主线位于沟底，支线与国道G112相同走廊，G112为沿河线，赤城支线走位较高，处于山腰。两条高速设计高差达40m。

(4)控制因素较多，两高速交叉位置分布有金长城烽火台遗址、河流、现状道路、村庄等，设计需利用地形合理避让，从而确定立交方案。

3 立交方案选型思路

山区互通式立交选型，应满足基本的交通功能及道路安全，互通形式与山区地形及自然环境相协调，达到造价节约、规模集约的方案[2]。

3.1 初步选型

目前枢纽互通可采用的形式为Y形、T形、直连式、涡轮形、完全苜蓿叶形、变形苜蓿叶形、双喇叭形及喇叭+T形等[3]。本项目相交道路均为高速公路，呈十字交叉，且分期规划，需提供赤城支线远期延伸条件。则应采用四岔交叉形式。

考虑本互通位于山区，交通量小，主流向最大仅为5438小客车/日。直连式、涡轮形四岔互通于交通量不匹配，过于浪费。因此考虑变形苜蓿叶形、双喇叭形及喇叭+T形等形式，见表1。

表1 互通方案初步选型

3.2 适应地形

本项目由于两相交高速设计高差达40m，互通立交选型需在布设空间受限条件下，考虑匝道通过自然展线或螺旋展线的方式取得需要的距离来克服高差。但由于两高速高差较大，项目又处于积雪冰冻地区，即使按匝道最大设计纵坡5%推算，互通在不考虑周围控制因素及相互跨越关系的情况下，每条匝道因克服高差都需800m的长度。因此作为枢纽互通若采用变形苜蓿叶形，各匝道均需变异。互通设置复杂且占地面积、工程规模均巨大。双喇叭形及喇叭+T形则可通过单一匝道适应地形展线克服高差，从而减小工程规模。

3.3 合理确定交通功能需求

枢纽互通作为路网重要节点，其位置的选择与相关道路的总体设计相关，其位置及功能相对稳定，但因充分分析路网结构，合理确定其功能。该互通需满足高速公路间的交通转换功能，因赤城支线与国道112并行，主线与G112相交，是否提供G112与主线的出入口服务功能需要在方案选型中进行确定。

4 方案拟定、优化及比选

4.1 方案一

方案一(图3)采用A+B双喇叭形式。其中A匝道结合地形顺沟口山坡展线，合理控制匝道平均纵坡，其中A匝道平均纵坡为3%。保证交织区长度符合通行能力的要求。除赤城支线挖方边坡高度较大，互通内匝道挖方边坡最高仅为14m，且上级边坡通过增加坡率与地形自然过渡。赤城支线终点接匝道设置收费站，提供服务功能。该方案合理利用地形，践行品质工程设计，互通形式满足交通功能。但该方案还存在一定缺点:

图3 方案一平面布置图

(1)支线主线接小半径圆曲线匝道，圆曲线半径为80m，不利于行车安全。

(2)该方案虽提供了G112上下主线及支线的服务功能，但匝道将烽火台完全围绕，对文物影响较大。

(3)收费宿办区无法与收费广场同址建设。

(4)支线远期延伸时，该互通无法继续提供服务功能。

4.2 方案二

方案二在方案一基础上采用单喇叭+全苜蓿叶形式，其中A匝道山坡布线，通过A匝道与主线布设全苜蓿叶互通，后布设收费广场与G112相接(图4)。该方案可提供G112上下主线及支线的服务功能，减少对文物的影响，支线远期延伸对现状互通影响小。

图4 方案二平面布置图

方案二虽对方案一进行了相关优化，但该互通存在多处交织，A匝道提供多种方向交通转换需求复杂性高，同时该互通匝道长度较方案A长4798m，占地869亩，较方案A投资高，同时在山区占用大量基本农田。

该互通远期预测交通量较小，加大的资源占用及工程规模与其交通需求不匹配，对山区有限农田资源占用，造成边角地块与品质工程不相适应。且赤城支线与G112共走廊，其与G112设置的其它互通出入口与该互通间距仅为7km。鉴于此，我们将考虑取消其与干线公路的交通转换功能，继续优化方案进而比选。

4.3 方案三

互通采用A形单喇叭，预留后期变为A+B形双喇叭改造条件，与赤城支线连接段匝道采用双向四车道，路基宽度23.5m。方案三(图5)虽存在未能提供G112与高速间的交通转换功能，及后期双向匝道改造中存在半幅断交的问题。但其该阶段可保证高速间的转换功能，也可通过相邻出口完成与G112的交通转换。同时后期延伸具备改造条件，可将现连接段匝道变为赤城至主线方向的单方向匝道，避免前期工程浪费。该方案满足现阶段交通需求，工程规模小，工程造价低。在山区复杂地形条件下，交通流转换方式简单，更具行车安全性。结合各方案特点，从工程规模、交通功能、品质工程、运行安全等方面对上述方案进行比较，见表2，推荐采用方案三。

5 结语

针对延崇高速韩庄枢纽互通方案选型过程及比选结论。结合山区高速公路的特点，其立交形式的选择因结合地形实际情况，在常用互通立交形式的基础上，根据特定的地形条件，顺应地形地势，保证互通式立交与环境自然的协调对匝道灵活布置，重新构思。进而在“品质工程、绿色公路”的设计原则下，多维度进行山区互通立交方案的论证。同时在选型阶段需明确互通应满足的近期交通需求及应承担的交通功能。避免在复杂地形条件下为满足较多交通功能而使单一节点的工程更为复杂。希望本文的研究及经验，为各位设计同仁提供参考。

表2 韩庄互通各方案比较