山区高速公路枢纽互通式立体交叉设计方案探讨

王 涛,左绍祥

(广西交通设计集团有限公司,广西 南宁 530029)

0 引言

枢纽互通作为高速公路间交通转换的必要节点,其功能和效益的发挥与其设计方案紧密相连。而如何在众多的互通方案中选出较为合理的方案,对工程投资、效益及服务水平的高低都将产生直接影响。因此,枢纽互通方案的合理性对于高速公路建设至关重要。本文结合天峨—北海公路巴马至平果段(巴马至羌圩)巴色枢纽互通工程实例,进行了多方案的比选,提出了枢纽互通式立交方案选择的原则和建议。

1 山区枢纽互通式立交的特点

(1)山区高速公路地形地质条件复杂。山区常见的地貌主要有峰丛洼地地貌、剥蚀丘陵地貌、溶蚀丘陵地貌等,地形地貌和地质条件的好坏对枢纽互通的选址和形式有着较大影响。

(2)枢纽互通形式多且复杂。枢纽互通式立交形式多样,常见的代表形式主要有完全苜蓿叶型、变异苜蓿叶型、T型、涡型等。枢纽互通作为一种高级的互通形式,很难采用标准对称的形式去进行设计,需要结合路网近远期规划、公路等级、地形地貌和交通量等去进行方案的选择和设计。

(3)匝道设计速度、断面类型多样。枢纽互通式立交匝道速度和横断面需要根据预测交通量进行合理的选择。常见的匝道设计速度有40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h。常见的匝道断面类型有Ⅰ型—单向单车道匝道、Ⅱ型—无紧急停车带的单向双车道匝道、Ⅲ型—有紧急停车带的单向双车道匝道和Ⅳ型—对向分隔式双车道匝道[1]。

(4)制约因素多样。枢纽互通作为高速公路之间连接的重要节点,不仅要考虑高速公路网近远期规划、被交高速线形平纵指标、地形地质条件、绕避各种敏感点,还要在保证方案合理的情况下尽量减少桥梁、土石方和占地规模。

(5)占地面积大,投资规模显著。枢纽互通式立体交叉匝道指标较一般式互通立体交叉高,加上其匝道数量较多,造成占地面积大。而匝道数量多,匝道和主线、匝道和匝道之间来回跨越下穿,不可避免地产生了较多围合空间,这些围合、零散的空间利用难度大,造成枢纽互通占地规模大。同时,匝道、主线间交叉关系复杂,需要设置大量跨线结构物,造成投资规模大。

2 基本设计原则

山区高速公路枢纽互通形式的选择应根据路网近远期规划、并结合自然、环境条件等综合考虑,并遵循下列基本原则:

(1)应考虑被交高速公路的等级、交通量等,确保行车安全通畅和车流的连续[2]。

(2)应与山区的地形地貌和地质条件相适应,在满足各转向交通流要求的条件下综合分析,力求在满足规范的前提下尽可能布置紧凑,并充分利用地形,保证方案合理的情况下减少不必要的工程量,确保科学、经济、合理。

(3)应充分考虑方案设计的可实施性,有条件时可采用新材料、新工艺、新技术以降本增效[3]。

(4)选型和匝道位置应综合考虑,分清主次。应处理好主要道路和次要道路的关系,应先满足主要道路的要求,再满足次要道路的要求[4]。

3 天峨—北海公路巴马至平果段(巴马至羌圩)巴色枢纽互通式立交设计实例

3.1 项目概况

天峨—北海公路巴马至平果段(巴马至羌圩)项目是《广西高速公路网规划(2018—2030年)》对接贵州的省际通道“纵10”天峨(黔桂界)至北海高速公路的重要组成部分[5]。

巴色枢纽互通作为天峨—北海公路与都安至巴马高速公路相连的重要节点,其设计方案的好坏直接影响两条高速的交通转换效率,因此在方案设计阶段,进行了多方案的比选,最终实现了较高的经济效益和社会效益。

3.1.1 地形地貌概况

巴色枢纽互通立交区域范围属于剥蚀丘陵地貌,地形起伏大,路线中线最大山顶海拔高度约为332 m,最低地面高度约为200 m,最大高差约为132 m,自然斜坡坡度为20°～80°。山体走向大致呈东西走向,山间冲沟发育,多呈“V”型分布,沟内地表水较丰富。

3.1.2 交通量分布情况

巴色枢纽互通预测的2044年远景交通量(PCU/d)如图1所示,括号内为单向小时交通量(PCU/h)。

图1 2044年远景交通量预测示意图

3.2 方案设计

巴色枢纽互通所在区域地形起伏大,地形复杂,互通选址受到既有高速、互通和基本农田等的限制。为了使方案更科学合理、安全经济,本互通初步设计阶段做了3个方案进行同深度比选,具体方案设计如下。

3.2.1 方案一(比较方案)

如图2所示,由于该枢纽互通式立交天峨至巴马方向交通量极小,考虑到被交路都安至巴马高速公路主线即将通车,现场实地调查羌圩互通式立交收费广场尚在施工过程中,天峨至平果方向拟采用两条半定向匝道连接到都安至巴马高速公路,天峨至巴马方向利用原都巴路羌圩互通式立交部分匝道实现交通流转换。该方案各匝道指标如表1所示。

表1 方案一各匝道指标表

图2 方案一平面图

3.2.2 方案二(比较方案)

如图3所示,方案二采用T型方案进行设计。匝道上跨,其中天峨至平果方向匝道设计速度为80 km/h,最小圆曲线半径R=600 m,巴马至天峨方向匝道设计速度为40 km/h,最小圆曲线半径R=65 m。该方案各匝道指标如表2所示。该方案相对于方案一和方案三的布置较为紧凑,但桥梁规模较大,同时天峨至平果方向匝道指标较方案一和方案三低。

表2 方案二各匝道指标表

图3 方案二平面图

3.2.3 方案三(推荐方案)

如图4所示,方案三采用迂回T型进行设计。与工可方案一致。天峨—北海公路作为纵10线大通道,天峨至平果方向的交通流为主交通流。为了更好地使两条高速公路进行转换,采用了主线分合流的思路进行了设计,其中天峨至平果方向采用主线标准,天峨至巴马方向采用匝道标准。该方案各匝道指标如后页表3所示。

图4 方案三平面图

表3 方案三各匝道指标表

4 方案比选

方案一采用变异A喇叭型进行设计。

优点:(1)桥梁长度为1 980 m,是3个方案中桥梁长度最短的;(2)对被交都安至巴马高速公路主线施工不造成影响,利用部分羌圩互通式立交已建工程节约了工程造价。

缺点:(1)挖方136万m3,填方27万m3,废方109万m3,为3个方案中土石方工程最大,废方最多;(2)需要在羌圩互通内同时处理地方道路、本项目主线与都巴高速公路交通流转换的问题,交通组织的工作比较复杂,存在安全隐患等问题给后期运营带来困难。

方案二采用T型方案进行设计。

优点:布置较为紧凑,3个方案中占地最小,比方案一占地减少约53亩,比方案三占地减少22亩。

缺点:(1)桥梁长度为2 360 m,为3个方案中桥梁长度最长;(2)挖方97万m3,填方15万m3,废方82万m3,废方较多。

方案三采用迂回T型进行设计。

优点:(1)挖方76万m3,填方18万m3,废方56万m3,3个方案中土石方工程最小,废方最少。桥梁长度为2 120 m,桥梁长度大于方案一,小于方案二,长度适中;(2)与工可方案一致,用地无偏移,符合现阶段广西地方用地政策;(3)相比方案二,采用主线分合流的理念进行了设计,通行转换效率高。

缺点:与方案二相比,占地多了22亩。

综合比较,方案一是利用既有羌圩互通进行拼宽改造的变异喇叭形式,方案二和方案三采用的是T形设计,方案三与方案二布设位置相同,只是匝道位置有所调整。相对于方案一和方案二,方案三突出的优势有以下几点:(1)土石方数量最小,废方最小;(2)采用主线分合流的理念进行设计,通行转换效率高;(3)与工可方案一致,用地无偏移,符合现阶段广西地方用地政策;(4)线形指标高,各转向交通流无交织,行车安全,同时也有利于后期的运营维护。因此,综合比较后推荐采用方案三。

5 结语

枢纽互通式立交设计不仅包含路线设计的诸多特点,同时还具有其独特性,即在方案设计时需要在有限的空间内平衡多元化因素的影响,故在技术上存在一定的难度和复杂性。如何准确把握交叉位置,正确选定交叉型式,合理布设枢纽象限,优化布置工程构造物以及综合考虑控制因素等是必须思考的问题。因此,山区高速公路枢纽互通应多方案同深度在线形指标、工程量、相关公路政策等多个维度进行比较分析,最终选择经济合理的方案。