城市快速路与高速公路互通立交方案选型与设计——以胶州西互通立交为例

沙贞豹

(青岛市交通规划设计院有限公司 青岛市 266000)

0 引言

近年来,我国城镇化发展进程加快,城市对外交通格局发生较大变化。高速公路往往被规划为城镇开发边界,甚至以高速公路为中心向两侧发展。城市快速路与高速公路进行交通转换,设置互通式立体交叉是最为快捷、安全、舒适的方式。互通式立体交叉通过主线、匝道在空间上的合理布局,实现交通流快速通行转换,极大提高道路运行效率、社会效益及经济效益,提升道路运输网络整体效能。因此,在城市快速路与高速公路间设置互通式立体交叉来促进城市交通发展的工程实例逐渐增多,而该类型的互通式立交往往也受到既有高速公路平纵面指标、运营安全、城市规划、占地受限、收费模式等因素的制约。文章以沈海高速公路(青岛段)胶州西互通立交为研究案例,分析论证该类型互通的选型方案并确定最适合的互通形式。

1 项目概况

沈海高速(南村至青岛日照界段)改扩建工程作为青岛市“十四五”重点项目,起点位于平度南村枢纽互通,终点位于沈海高速青岛日照界,全长131.44km,现状双向四车道,设计速度120km/h,日交通量超10万辆,计划按照双向八车道高速公路改扩建,详见图1。被交路中北通道作为青岛市重点工程,东起即墨滨海公路,西至胶州马铁路,远期继续向西联通潍坊高密。其中,胶州段胶东互通至马铁路段长13.6km,规划断面为高架+地面辅路形式,主路高架采用城市快速路设计标准,设计速度100km/h,双向六车道,地面辅路采用双向六车道城市道路断面,详见图2。

图1 沈海高速路基标准横断面图

图2 中北通道路基标准横断面图

现状沈海高速服务型互通胶州互通与马店枢纽互通间距约21.5km,与服务型互通南村互通间距约38.5km,详见图3。胶州互通与马店枢纽互通间距过大,地方出行便利性差,且随着胶东国际机场转场及中北通道段开工建设,大量车辆进出沈海高速时需绕行胶州互通,加大路网负担及出行成本,不利于区域发展。因此,设置中北通道与沈海高速互通立交具有重要意义。

图3 胶州西互通区位图

2 交通量分析

根据交通量预测,该互通建成后,至2050年高架转换交通量达39572pcu/d,地面辅路转向交通量达9766pcu/d,高架转向交通量为地面辅路转向交通量的4.1倍,东向与南向间为主要交通转换方向,转向交通量示意图见图4。

图4 2050年预测转向交通量(单位: pcu/d)

3 互通立交建设条件

该项目区域地势整体较为平坦,影响方案布设的主要因素是沈海高速东侧庸村、沈海高速西侧小新河及交叉点南侧铁路制约。该项目区域范围内沈海高速西侧分布有基本农田,主线标准段占地线已上报国土空间规划,并调整完成。交叉点处现状沈海高速为路基,填土高度约4.5m,向南纵断抬高跨越铁路,跨越铁路路段纵坡约2.23%,设置互通纵坡超限。

4 立交方案选型思路

4.1 初步选型

互通式立体交叉形式应满足功能、安全和环保要求,并应与路网结构、交叉类型、现场条件及周边环境相适应[1]。根据工程实践,高速公路与不收费被交道路形成四岔交叉且设置收费站时,收费站宜集中设置,一般采用双喇叭互通或喇叭型+T型互通。当因交通量集中导致通行能力或收费服务能力不足时,可结合现场条件、管理费用等,采用收费站分散设置的互通立交。根据交通量预测及被交路交通功能分析,该项目有必要与收费站分散设置的枢纽互通立交形式进行比选,如对角象限双环式互通立交形式等。

4.2 与城市系统合理衔接

因该项目被交路为“高架+地面”的城市快速道路系统,在实现高架与高速公路快速交通转换功能的前提下,互通立交形式既应考虑高速公路平纵面指标、运营安全、收费模式等因素,也应考虑被交路地面路如何与高架、高速实现快速有效衔接,充分发挥互通立交功能,并合理为地面路及慢性系统预留穿行条件。同时,还应关注互通立交对城市空间发展、占地等因素,综合比选后确定最佳互通形式。

5 立交方案拟定及比选

5.1 方案一

方案一采用“喇叭+T型”互通形式,匝道之间实现交通流的全互通转换。采用集中收费形式,设置匝道收费站1处,规模为6进6出,方案图见图5。

图5 方案一互通立交平面图

根据交通量预测结果,最适宜将互通布设在东南象限,但沈海高速老路在交叉点以南400m纵坡2.307%,不满足设置互通条件,且东侧村庄、厂房分布密集,在主线东侧布设互通需拆迁大量民房、厂房,由于目前村庄并无整体改造搬迁计划,在东侧布设互通实施难度极大。因此,在西北象限布设互通被交路互通布设在小新河以西。

考虑到沈海高速与中北通道交叉处沈海高速填高约4.5m,被交路采用主路或地面辅路下穿沈海高速,需下挖3.5m,而周围地势平坦,排水困难,因此将沈海高速抬高3.5m后路基改桥上跨中北通道地面路。中北通道维持“高架+地面”断面形式,高架与沈海高速设置A型单喇叭,被交路侧设置的T型互通将被交路高程放置于最高层,匝道放置于中间层,地面辅路放置于最底层。同时,为实现沈海高速与中北通道地面辅路系统的快速联系,在交叉点以东1.1km的柳州路设置半菱形互通,沈海高速车辆通过收费站后不但可以直接通过高架向东直达胶东机场及市区,也可通过柳州路半菱形互通快速进入胶州城区,实现高速与城市之间的合理衔接。因受半菱形互通与胶州西互通间距影响,胶州西互通与柳州路半菱形互通设置贯通辅助车道。

5.2 方案二

方案二采用对角象限双环式变形苜蓿叶形互通形式,高速公路与中北通道通过匝道实现交通流全互通转换。该互通采用分散收费形式,因南向东、南向西方向受主线纵断超限影响,需采用主线侧两侧分流的方式,其余出口均采用一次分流的方式,因此共设置匝道收费站5处,进出口规模均为3进3出,方案图见图6。

图6 方案二互通立交平面图

根据交通量预测结果,东向和南向交通量为主交通流,因此东向南匝道采用外转弯半定向直连匝道;南向东、南向西、北向东因交通量小,采用环形匝道即可满足交通需求及服务需求;西向北虽然交通量较小,但设置环形匝道不仅需与北向东环形匝道设置集散车道进行连接,与南向东出口匝道交叉高程无法满足要求,且设置环形匝道无法实现收费闭合。同时,从互通的美观性、对称性、行车舒适性等方面考虑,推荐采用外转弯直连式匝道,其他方向均采用直连式匝道,将互通总体布设为对角象限双环式变形苜蓿叶形互通形式。同方案一,中北通道维持“高架+地面”断面形式,为了解决中北通道地面路排水问题,将沈海高速抬高3.5m进行路基改桥上跨地面辅路,中北通道高架上跨沈海高速。但该互通出入口距离东侧柳州路较近,约500m,无法通过设置柳州路半菱形互通实现中北通道地面路系统与高速的快速联系,高速公路与地面路交通需在西侧约3km的马铁路交叉口或柳州路以东5km的胶平路互通绕行。

5.3 方案比选

方案一采用“A喇叭+T型”互通立交,匝道布设与交通流分布特点相吻合,互通形式简单,布设相对较紧凑,对东侧胶州市城区规划空间影响范围小,拆迁较小,实施难度低。设置1处匝道收费站进行集中收费、管理,运营较为安全,远期不易形成堵点。沈海高速与被交路地面辅路系统实现衔接,充分发挥该互通的交通功能,实现效益最大化。

方案二采用对角象限双环式变形苜蓿叶形互通形式,形式上为枢纽互通立交,与交通流分布特点匹配较好,占地相对集中,布设紧凑,但对东侧胶州市城区规划空间影响范围稍大,拆迁较方案一增加5座厂房,社会影响较大。该互通将收费站分散布设于匝道出入口附近,随着城市发展,交通量增长,易形成交通堵点,同时分散收费也增大管理压力。沈海高速老路路基填土高度约4.5m,该互通总体虽仅有两层,但大部分匝道以桥为主,规模较大,投资较高。该互通无法实现与互通周边地面系统的快速联系,绕行距离较长,无法充分发挥该互通对周边城市交通的联通作用。

综合两方案特点,从工程规模、交通功能、运行安全、管理养护、对城市规划的影响等方面进行比较,推荐采用方案一,详见表1。

表1 方案比选表

6 结语

胶州西互通立交是典型的城区快速路与城区高速公路互通立交形式,合理的设计方案可以保证互通立交取得理想转换效果。通常来说,枢纽互通立交比喇叭型互通立交更利于发挥两条道路的交通功能,但当实际条件较复杂时,枢纽互通立交方案却存在一定的劣势和问题。经过比选,建议采用常用的四岔喇叭形互通立交形式,该方案实用性较强,可作为类似互通立交设计案例参考。