樞紐互通式立交改建方案優化

周 道

（河南省交通規劃勘察設計院有限責任公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

互通式立交是高速公路上不可或缺的組成部分，是高速公路間交通轉換的樞紐，車輛出入高速公路、連接地方道路、服務地方經濟的門戶。樞紐互通式立交更是高速公路之間實現交通便捷轉換功能的承擔者，其特點是交通量大，匝道一般采用直連式或半直連式，造價相應較高，對周圍環境影響也較大。

樞紐互通式立交設計的合理與否關系到立交本身以及整條高速公路的通行能力能否達到要求，因此必須慎重。一座互通式立交型式的確定，往往是一個漸進的過程，只有不斷地對影響因素進行深入的分析研究，協調各方面因素，才能不斷優化，找出經濟、合理、快捷、安全的方案。

1 祥云寺樞紐互通式立交概況

1.1 項目概況

為加快區域經濟的發展步伐，加強與開封、商丘等區域的經濟聯系，推動沿線資源開發利用及經濟發展，尤其為了促進河南省民航事業的發展，確定修建鄭州至民權高速公路（以下簡稱“鄭民高速”）。該項目起點位于京港澳高速公路與鄭州西南繞城高速公路交匯處，終點位于民權縣東南部的龍塘鎮與連霍高速公路相接處，構成區域內連霍高速公路復線，項目地理位置如圖1所示。

圖1 鄭民高速（一期）路線地理位置圖

1.2 祥云寺樞紐互通式立交方案現狀

祥云寺樞紐互通式立交位于中牟縣謝莊鎮黃商村西南約300m處，是鄭州繞城高速公路與京港澳高速公路相交叉的樞紐轉換立交。交叉處京港澳高速公路和鄭州繞城高速公路的設計車速均為120km/h，路基寬度為35m，雙向6車道。

祥云寺樞紐互通式立交于2005年8月12日建成通車，為T形半定向互通立交，匝道設計車速為80km/h，最小平曲線半徑為280m，最大縱坡為4%，均為單向雙車道匝道和雙車道出入口設計。祥云寺樞紐互通式立交現狀如圖2所示，目前運營狀況良好。

圖2 祥云寺樞紐互通式立交現狀

鄭州西南繞城高速公路實施時，祥云寺互通式立交是按丁字交叉的樞紐互通進行設計和建設的，在立交方案的選定和匝道的布設時沒有考慮鄭州繞城高速公路向東延伸的需要。根據河南省高速公路網規劃，鄭州至民權高速公路起點與該互通式立交相連接，該互通式立交需改造成連接三條高速公路的十字交叉形樞紐互通式立交。

1.3 轉彎交通量

根據可研報告對鄭民高速公路鄭州段交通量的分析計算，祥云寺互通處的轉向交通量分布如圖3所示。

圖3 祥云寺樞紐轉向交通量分布圖

2 原設計方案及其優化

設計部門提供的最初設計方案是主線接鄭州繞城高速向東，選擇由西向北匝道高架橋的北側上跨京港澳高速和匝道，見圖4。在充分利用現有匝道橋梁的前提下，對原有的4條匝道進行改建、并新建4條匝道，組成全互通的半定向十字交叉樞紐立交。匝道設計車速為60km/h，最小平曲線半徑為160m，最大縱坡采用4%。主線范圍為K-2+910.529～K2+000。

圖4 原設計方案

在施工圖審查期間，針對該互通設計方案提出了局部優化建議。建議調整匝道縱坡，合理確定起橋高度，以減小橋長。建議主線橋臺高度按8m控制，主線橋長可減短120m，A匝道跨D匝道縱坡由3.6%調整為4%，匝道橋臺高度按10m控制，A匝道橋長可減短200m，D匝道橋長可減短100m。總投資估計約27 919萬元，可節約1 442萬元。

3 方案優化原則

經過縱坡優化調整的立交方案雖然縮短了橋梁長度、降低了工程造價，但該平面布置中存在鄭民高速主線線形指標低、橋梁高度高等缺點。受項目業主的委托，在仔細核查現有祥云寺互通的控制因素，結合區域地形、地物特點，針對該立交施工圖設計方案（見圖4），制定了以下三個優化設計原則。

（1）保證功能：滿足樞紐互通式立交交通轉換功能，確保京港澳高速、西南繞城高速、鄭民高速交通流的順利轉換。

（2）最大限度地利用現有工程：充分利用已建成的立交匝道，減少現有工程的廢棄和過多拆遷，以免造成不良的社會影響，且利于建設期的保通。

（3）降低造價：在滿足遠景交通量的同時，盡可能靈活運用指標，以壓縮規模、節約占地、減少拆遷、降低投資。

4 優化方案論證

4.1 優化方案

4.1.1 方案一

（1）優化思路：現有方案跨越已有的匝道位置較高，從位于最高層的匝道上跨越，導致主線路基較高，橋長較長。故應考慮盡可能從現有匝道的低處跨越京港澳高速和匝道，以縮短主線橋長。

（2）方法措施：主線南移，在立交南側二層匝道橋附近上跨現有由南向西的匝道。充分利用原有匝道橋，其他匝道依主線緊湊布設，見圖5。

（3）優化成果：主線橋長減少150m、匝道橋長增加257m；匝道總長減短1 525m；占地減少57畝。總投資估計約26 150萬元，可節約1 769萬元。

圖5 方案一

4.1.2 方案二

（1）優化思路：主線走低，降低新修匝道橋高度，減少主線及匝道橋長。

（2）方法措施：主線下穿京港澳和現有匝道，充分利用現有匝道橋，其他匝道依主線緊湊布設，見圖6。

（3）優化成果：節省原主線跨線橋1 058m，增加匝道橋333m；減短匝道總長1 204m；在京港澳交叉處增設2×14m箱涵，涵長50m；兩側各修U形槽395m，連接下穿引道150m，常水位下設抗拔樁5 292m，設自動抽水泵站1座，節約占地36畝。總投資估計約20 369萬元，可節約7 550萬元。

該方案對京港澳的保通有一定壓力，運營期養護費用較大（泵站的運營維護費用及污水處理費用），且存在著一定的排水風險。同時，下穿EK0+940處匝道橋梁基樁會損失4m受力區間，需進行驗算加固。

圖6 方案二

4.1.3 方案三

（1）優化思路：隨低就高跨京港澳高速，下穿較高的匝道。

（2）方法措施：主線上跨京港澳高速、下穿E匝道橋，見圖7。

（3）優化成果：主線橋長增長9m，匝道橋長增加474m；匝道總長減短399m；占地增加73畝。總投資估計約29 405萬元，將增加1 486萬元。由于受現有京港澳高速與E匝道高差及距離的制約，上跨京港澳的凈空不能滿足5.5m這一地方標準要求，但可滿足5m這一國家標準要求。

圖7 方案三

4.2 方案比選

經對上述優化方案進行了控制性平面和縱面設計，下面對主線及匝道縱坡線形、匝道總長度、匝道橋總長度及面積、互通占地等工程量和建安費投資進行比較，結果見表1。

表1 方案比較表

4.3 比選結論

綜合各方面因素，方案一在鄭民高速主線縱坡、橋梁面積、占用土地等方面具有較大優勢，因此推薦采用方案一。

5 結語

鄭民高速與京港澳高速、鄭州西南繞城高速間的祥云寺互通式立交已經按照優化方案一建成通車，目前運行狀況良好，方案優化達到了預期的效果，獲得了業主和有關部門的肯定。

祥云寺樞紐互通式立交的改建方案，是高速公路路網規劃不斷調整階段中的一個比較具有代表性的例子，筆者對該立交改建方案的優化過程和方法進行了介紹，希望能為今后的類似立交設計工作提供借鑒。

[1] 交通部公路司.新理念公路設計指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] 張廷楷，張金水.道路勘測設計[M].上海：同濟大學出版社，2002.

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[4]JTG B01—2003，公路工程技術標準[S].

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