由南大梁高速公路互通式立交設(shè)計(jì)淺談對立交選型定位的理解

張 怡

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031)

高速公路的互通式立交既為相交道路轉(zhuǎn)向交通的疏解和接納提供了交通設(shè)施，同時(shí)又使主線高速、安全的交通功能得到保證，是高速公路設(shè)計(jì)的重要組成部分。高速公路的互通式立交設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)、影響因素多、難度較大的復(fù)雜工作，而選型定位在互通式立交設(shè)計(jì)工作中具有決定性的指導(dǎo)意義。

互通式立交的選型定位，即對互通位置及形式的選擇。定位是從較大范圍的交通布局考慮，選定互通式立交的位置;選型是根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件和要求，從常用的立交形式中選定符合要求的一種或幾種立交形式并通過綜合比較選定其中的一種。互通式立交的選型定位是工程總體布局和具體設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，如果選擇不當(dāng)，不僅永久影響立交自身的使用功能和作用，而且會影響到主線、被交叉線的交通運(yùn)營。

四川南充—大竹—梁平(川渝界)公路是四川省最便捷的東北向通江達(dá)海的出川快速通道，采用設(shè)計(jì)速度80 km/h、雙向四車道、路基寬度24.5 m的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目渠縣至川渝界段相繼與渠縣西環(huán)線、華鎣山電廠專用路、竹龐公路、達(dá)渝高速公路、G210和石安公路相接或交叉，共設(shè)置互通式立體交叉6處，其中與達(dá)渝高速公路相交設(shè)紅花灣樞紐立交，其余5處均為單喇叭一般型立交。互通式立交設(shè)計(jì)對該地區(qū)的交通條件、社會條件、自然條件等進(jìn)行了廣泛、深入、細(xì)致的調(diào)查和勘測，選擇了多種合理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，主要遵循以下原則。

1 要滿足路網(wǎng)布局、城市規(guī)劃、交通及其發(fā)展的要求

道路設(shè)置互通式立體交叉的主要目的，就是為了在交叉時(shí)盡量避免各向車流互相交叉和交織，提高行車速度，增大道路的通行能力，同時(shí)保證交通安全，改善交通環(huán)境，提高社會效益。路網(wǎng)或城市規(guī)劃、遠(yuǎn)景交通量預(yù)測是選擇立交位置、形式、確定立交規(guī)模的主要依據(jù)。

因此在選型定位之前，應(yīng)對研究范圍內(nèi)的交通資料進(jìn)行充分的調(diào)查研究和分析預(yù)測，主要工作即調(diào)查并收集交叉路口各轉(zhuǎn)彎及直行交通量，交通組成;推算遠(yuǎn)景交通量，制作交通量流量、流向圖表。

在選用A型還是B型單喇叭互通時(shí)，應(yīng)從交通安全和經(jīng)濟(jì)型兩方面綜合考慮，注意以下事項(xiàng):

(1)分清交通流的主要方向與次要方向，對于交通量較小的一側(cè)，采用環(huán)形匝道;

(2)當(dāng)環(huán)形匝道與半定向匝道的交通量相差不大時(shí)，進(jìn)口匝道采用環(huán)形匝道。但此時(shí)半定向匝道在高速公路主線分流鼻端附近的曲線半徑要盡量采用較大數(shù)值;

(3)如根據(jù)交通主流向需選用B型單喇叭互通，原則上應(yīng)采用主線上跨匝道的形式，且環(huán)形匝道的最小曲線半徑盡量大于45 m。

2 要適合當(dāng)?shù)氐匦巍⒌匚锖凸こ逃玫氐葪l件

在選擇互通式立交的位置時(shí)，應(yīng)選擇地質(zhì)條件良好、房屋拆遷較少、不占或少占農(nóng)田及施工條件方便的地點(diǎn)。靠近城市或場鎮(zhèn)的互通式立交，應(yīng)考慮該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、城市規(guī)劃，綜合考慮同其他運(yùn)輸設(shè)施的關(guān)系。互通式立體交叉與相鄰的其他設(shè)施或既有構(gòu)筑物間的間距應(yīng)滿足規(guī)范要求，以保證安全性。

在確定主線與交叉線的上下層關(guān)系時(shí)，應(yīng)充分考慮地形及交叉路線條件。當(dāng)交叉線所經(jīng)地形低凹且路基貼近地面時(shí)，可優(yōu)先選擇主線上跨匝道的方案。主線上跨的優(yōu)點(diǎn)較為突出，一是主線路面上無跨線橋，司機(jī)視野較為開闊，有利于車輛的安全行駛;二是有利于立交的自然排水;三是減少挖方工程，可以減少對自然環(huán)境的破壞。當(dāng)交叉線經(jīng)過地勢高凸且有一定高度的路堤，兩線接近正交，主線下穿不至于下挖太多時(shí)，也可以采用主線下穿的方案。

3 要考慮工程實(shí)施、投資和效益

立交選型應(yīng)充分考慮客觀條件，從實(shí)際出發(fā)，分清立交性質(zhì)，正確決定立交規(guī)模，必要時(shí)可以先滿足基本要求留有發(fā)展余地，優(yōu)選立交線形，節(jié)約工程投資，提高投資效益，便于工程上馬實(shí)施。選型定位要考慮工程施工時(shí)能夠保持正常交通，特別是主干道路，一般不宜中斷。應(yīng)切實(shí)考慮施工期間的交通組織問題，盡量為工程的順利實(shí)施創(chuàng)造條件。

4 實(shí)際工程案例

結(jié)合南大梁高速公路互通式立交的定位選型及方案比較情況，來說明一下在具體設(shè)計(jì)中是如何貫徹執(zhí)行上述原則的。

4.1 龍?zhí)痘ネ?/h3>

該立交位于臨巴鎮(zhèn)南側(cè)，與華鎣山電廠專用路(X6380)相連接，根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，本立交南大梁高速公路梁平方向與龍?zhí)斗较蜣D(zhuǎn)向交通為主要流向，控制條件為既有襄渝鐵路梯子灣鐵路橋(與主線交叉，主線下穿)、110 kV高壓線及鐵塔(南北向與主線交叉)、在兩線交叉的第三象限有一條既有河流(圖1)。

圖1 龍?zhí)痘ネ▍^(qū)域

根據(jù)交通量預(yù)測，龍?zhí)兜侥铣浞较虻慕煌枯^小，布設(shè)為環(huán)形匝道，選擇A型單喇叭形式。考慮到既有河溝較寬，為盡量避免改河工程，布設(shè)了兩個(gè)方案進(jìn)行比較。方案一，由南充方向右轉(zhuǎn)駛出高速公路的匝道沿既有河道北側(cè)布線，未侵壓河道，不存在改河工程。但梁平方向的左轉(zhuǎn)半直連匝道分流鼻端距既有襄渝鐵路橋較近，且匝道伸入主線下穿襄渝鐵路橋所設(shè)的主線橋上，橋梁工程增大(圖2)。方案二，將交叉位置向南充方向移動，保證分流鼻端距離既有鐵路橋150 m，能夠保證梁平方向分流駛出的車輛的司機(jī)不會被既有鐵路橋遮擋實(shí)現(xiàn)，出口辨識度提高，安全性顯著提高。缺點(diǎn)是互通侵壓既有河道，需改河300 m(圖3)。方案三，為了既能解決安全性問題，又能避免改河工程，提出了B型單喇叭方案(圖4)。雖然經(jīng)過交通量預(yù)測，本互通各方向的轉(zhuǎn)向交通量均較小，但是相差較為懸殊，為了實(shí)現(xiàn)立交的交通功能，仍然應(yīng)該滿足主流向交通對線性指標(biāo)的要求。經(jīng)過進(jìn)一步的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本互通采用方案二A型單喇叭立交，滿足安全視距要求，對匝道侵壓的河道進(jìn)行改移。

4.2 月華互通

本立交位于月華鎮(zhèn)以北，與G210相連接。交叉處無重要控制性因素，主要受地形控制，立交范圍內(nèi)地形起伏。根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，本立交南大梁高速公路南充方向與G210轉(zhuǎn)向交通為主要流向，但與次要方向交通量相差不大(圖5)。

圖2 龍?zhí)痘ネǚ桨敢?/p>

圖3 龍?zhí)痘ネǚ桨付?/p>

圖4 龍?zhí)痘ネǚ桨溉?/p>

方案一，根據(jù)交通量預(yù)測，B型單喇叭互通滿足交通主次流向的交通要求，考慮到控制條件不多，本互通主要根據(jù)地形條件選擇具體位置和方案。該路段主線為跨線橋，因此考慮利用主線橋下空間采用匝道下穿(圖6)。由于該范圍內(nèi)G210標(biāo)高較高，且接線處縱坡較大(約為6%)，不滿足平交口范圍的縱坡要求，根據(jù)實(shí)地測量和地形分析，考慮將G210標(biāo)高降低約4 m，這樣既改善了G210的縱坡條件，又有利于高速公路主線和互通的布設(shè)(圖7)。

圖5 月華互通區(qū)域

圖7 G210公路改造

方案二，由于目前G210已經(jīng)開始半幅整改，如按照方案一對G210縱坡進(jìn)行調(diào)整，必將造成工程反復(fù)，產(chǎn)生對項(xiàng)目實(shí)施不利的社會影響。故考慮將連接處調(diào)整至K線北側(cè)，此處G210縱坡相對較平緩(小于3%)。根據(jù)交通量預(yù)測，本互通主次流向交通流量相對較為均衡，結(jié)合地形條件，方案二采用A型單喇叭互通(圖8)。與方案一相比，方案二的優(yōu)點(diǎn)主要有①縮短連接線長度，減少工程量;②將B型單喇叭改為A型，有利于行車安全;③不用對G210進(jìn)行改造，避免工程重復(fù)。經(jīng)過工程經(jīng)濟(jì)比選，采用方案二。

圖8 月華互通方案二

4.3 紅花灣樞紐互通

本項(xiàng)目主線與達(dá)渝高速公路相交(現(xiàn)狀達(dá)渝高速公路全寬24.5 m，雙向四車道，設(shè)計(jì)速度為80 km/h)，設(shè)置紅花灣樞紐式全互通式立交。

為便于互通匝道布設(shè)，盡量減少互通匝道橋梁長度，減小互通的投資規(guī)模，互通范圍的主線宜選擇在達(dá)渝高速公路的路塹路段或路堤路段。根據(jù)達(dá)渝高速公路的平、縱面及沿線地形分析，若采用本項(xiàng)目主線下穿達(dá)渝高速公路，需要在達(dá)渝高速公路橋梁段選擇交叉位置，而達(dá)渝高速公路主線走向范圍內(nèi)，僅在DYK63+540處為跨越溝谷設(shè)置了一座30 m的拱橋。由于溝谷較深(約30 m)，兩岸地勢陡峻，不具備立交布設(shè)條件。經(jīng)調(diào)查路線走向范圍內(nèi)達(dá)渝高速公路亦無高路堤路段，不具備主線下穿達(dá)渝高速公路的條件，因此不考慮主線下穿的交叉方式，采用主線上跨達(dá)渝的方式通過。

根據(jù)達(dá)渝高速公路的路線布設(shè)情況，該區(qū)域路塹段有三處，根據(jù)其分布情況，分別選取了北、中、南三條線路進(jìn)行互通位置比選，即通常所說的互通選線(圖9)。

圖9 紅花灣樞紐互通選線

由于北面受地形控制，緊貼山坡坡腳，繞開北側(cè)深溝后，選取了北線K1與達(dá)渝高速公路相交;受路線總體走向的控制，南線K2路線繞行距離較長，為實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目快速通達(dá)的建設(shè)目標(biāo)，考慮在北線K1和中線K之間作立交位置比選(圖10、圖11)。

圖10 K線的縱面線形

圖11 K1的縱面線形

根據(jù)兩條主線在跨達(dá)渝高速公路段縱斷面比較，K1線橋梁長度較K線約長850 m，工程投資大，且縱面線形較K線差，因此推薦采用K線與達(dá)渝高速公路交叉點(diǎn)作為紅花灣樞紐互通交叉位置(圖12)。

圖12 紅花灣互通區(qū)域

根據(jù)選定的K線位置，結(jié)合達(dá)渝高速平、縱面、互通范圍內(nèi)地形控制條件以及交通量，分別擬定了“8”字型、蝶型、變形苜蓿葉型三個(gè)立交方案作比選。

方案一，本著盡量減少互通占地的原則，根據(jù)主線交叉角度，考慮將兩個(gè)次要流向的交通流放置在銳角象限(即達(dá)渝高速和主線相交的第一、三象限)，將主要流向布置在直連或半直連匝道上，再分別布置各轉(zhuǎn)向匝道，布設(shè)了“8”字型的互通方案。本方案次要流向匝道布設(shè)與交通量預(yù)測結(jié)論稍顯不符，但由于交通流量較小，對互通使用性影響較小，故在設(shè)計(jì)中不予考慮。本方案優(yōu)點(diǎn)主要是各匝道線性指標(biāo)較高，行車安全性和舒適度最高，且占地最小(圖13)。

圖13 紅花灣互通方案一

方案二，考慮將兩個(gè)次要流向的交通流放置在環(huán)形匝道，然后將主要流向布置在直連或半直連匝道上，再分別布置各轉(zhuǎn)向匝道，布設(shè)了蝶型的互通方案。本方案匝道布設(shè)與主次流向交通量預(yù)測結(jié)論相符，但存在一處交織段，通行能力略弱，安全性和舒適度相對較差，占用土地和拆遷量較方案一多(圖14)。

圖14 紅花灣互通方案二

方案三，根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)論，四條左轉(zhuǎn)彎匝道中，除南充左轉(zhuǎn)往達(dá)州方向高峰小時(shí)交通量達(dá)到1 089 pcu/h，其余各轉(zhuǎn)向匝道交通量均小于500 pcu/h，故布設(shè)此變形苜蓿葉互通方案。本方案匝道布設(shè)與主次流向交通量預(yù)測結(jié)論相符，但存在兩處交織段，通行能力較弱，安全性和舒適度較差，占用土地和拆遷量最大(圖15)。

圖15 紅花灣互通方案三

經(jīng)過綜合比選，雖然方案一建設(shè)規(guī)模相對另外兩個(gè)方案相對略高，但該方案匝道布設(shè)緊湊，造型優(yōu)美，線形指標(biāo)高，通行能力大，占用土地面積少，綜合分析后推薦采用方案一。

互通式立體交叉的選型定位是一個(gè)需要綜合考慮和比較的過程，要在設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，充分分析所有控制因素和建設(shè)條件，分清主要和次要問題，不忽略任何一個(gè)合理可行、有比較價(jià)值的方案，只有這樣，才能真正做好互通式立交的選型定位工作，為具體的設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)，只有經(jīng)過認(rèn)真全面的分析比較，才能確定最優(yōu)的互通方案。