京港澳高速鄭州北三環(huán)互通式立交設(shè)計(jì)方案研究

程勉沖

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州　450002)

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京港澳高速鄭州北三環(huán)互通式立交設(shè)計(jì)方案研究

程勉沖

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州450002)

Research on the design scheme of Zhengzhou North Third Ring Road Interchange in Beijing， Hong Kong and Macao

CHENG Mianchong

摘要京港澳高速北三環(huán)互通立交是鄭州市快速路網(wǎng)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。針對(duì)立交設(shè)計(jì)過程中的路網(wǎng)分析、交通量預(yù)測(cè)、主要控制因素及周邊交通情況，對(duì)方案進(jìn)行深入研究，設(shè)置合理的輔助車道和集散車道，以減少對(duì)既有高速公路正常通行和附屬設(shè)施(服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站)的影響，最終優(yōu)化了互通立交設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞高速公路互通立交控制因素設(shè)計(jì)

1項(xiàng)目背景

京港澳高速鄭州北三環(huán)互通式立交就屬于鄭州市16個(gè)高速公路出入口工程之一，也是鄭州市北三環(huán)東延線唯一的一處高速公路出入口(如圖1)。項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)完善鄭州市北部區(qū)域的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改善鄭州市北三環(huán)快速通道高速公路出口較少的現(xiàn)狀，緩解北部區(qū)域路網(wǎng)擁堵的交通情況，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等都具有重要意義。

2路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃

該互通式立交節(jié)點(diǎn)北距劉江樞紐互通中心2.04 km；南距鄭州東服務(wù)區(qū)中心1.57 km；南距京港澳高速鄭開大道互通式立交中心3.46 km。

京港澳高速公路(G4)是國家高速公路網(wǎng)及河南省公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，主要承擔(dān)長途出行及過境交通。

北三環(huán)東延線規(guī)劃為城市高架快速路，高架層設(shè)計(jì)速度80 km/h，雙向6車道，橋梁寬25.5 m；地面層設(shè)計(jì)速度50 km/h，雙向8車道，規(guī)劃紅線60 m。規(guī)劃地面層與鄭港大道平交后，向東下穿京港澳高速公路，繼續(xù)向東延伸；高架層在跨越京港澳高速公路后向東約1 km處落地，遠(yuǎn)期規(guī)劃高架層繼續(xù)向東延伸。在與高速公路交叉時(shí)，需同時(shí)考慮地面層、高架層均與高速公路的交通流轉(zhuǎn)換。

圖1　地理位置

3交通量預(yù)測(cè)

根據(jù)立交節(jié)點(diǎn)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，在立交節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向車流中，進(jìn)、出鄭州市區(qū)方向的轉(zhuǎn)彎交通量最大。主要是市內(nèi)交通進(jìn)出、入京港澳高速的交通流(如表1)。預(yù)測(cè)結(jié)果還表明，本項(xiàng)目的建設(shè)，可以對(duì)經(jīng)過南側(cè)的圃田站、新區(qū)站出入高速車輛進(jìn)行有效分流，減少進(jìn)出高速車輛在市區(qū)內(nèi)迂回里程和時(shí)間，減緩市區(qū)車輛擁堵。

表1　特征年年末預(yù)測(cè)交通流量　(括號(hào)內(nèi)為高架層)

4立交設(shè)計(jì)控制因素

本互通式立交范圍內(nèi)主要的控制因素有：北側(cè)的劉江樞紐互通，距離為770 m(互通匝道起點(diǎn))；東側(cè)陳三橋污水處理廠，距離為240 m；南側(cè)鄭州東服務(wù)區(qū)，距離為1 200 m(進(jìn)入高速匝道終點(diǎn))(如圖2)。

圖2　周邊控制因素示意

5方案研究

5.1方案一

方案一采用A+A型雙喇叭互通，與京港澳交叉和北三環(huán)交叉均采用利于車輛運(yùn)行的A型單喇叭。考慮利用陳三橋污水處理廠與京港澳高速間狹窄地帶，將收費(fèi)站布置在東南象限，拉大本項(xiàng)目立交與劉江互通間的間距。北三環(huán)東延線與京港澳高速交叉處，地面層下穿京港澳高速，高架層上跨京港澳高速公路。立交與京港澳高速交叉處，匝道下穿京港澳高速公路；立交與北三環(huán)東延線交叉處，匝道上跨北三環(huán)東延線地面層，下穿北三環(huán)高架層。

結(jié)合北三環(huán)東延線規(guī)劃，北三環(huán)東延線高架段在立交終點(diǎn)東側(cè)km處落地。北三環(huán)高架層匝道僅考慮市區(qū)方向的交通轉(zhuǎn)換需要，將市區(qū)至高速公路和高速公路至市區(qū)方向設(shè)置匝道連接，其余方向均通過北三環(huán)地面層匝道進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換。

結(jié)合遠(yuǎn)期規(guī)劃，鄭港大道設(shè)置兩個(gè)右轉(zhuǎn)匝道與北三環(huán)東延線高架層相接，鄭港大道的出入口距本項(xiàng)目互通高架層出入口之間北側(cè)交織段長度480 m，南側(cè)交織長度340 m。在北三環(huán)高架層兩側(cè)設(shè)置集散車道，將鄭港大道高架層出入口與本互通高架層出入口轉(zhuǎn)移至集散車道，減少交織車輛對(duì)北三環(huán)高架層主線直行車流的干擾。

優(yōu)點(diǎn)：符合規(guī)劃，能夠合理利用陳三橋污水處理廠與京港澳高速公路間距，結(jié)構(gòu)緊湊，新增占地少，拆遷少。

缺點(diǎn)：平縱面指標(biāo)稍差，行車安全性差；匝道下穿高速時(shí)受魏河河床影響，排水很難解決。

5.2方案二

將北三環(huán)東延線高架層的鄭州市區(qū)至京港澳高速公路方向的匝道由環(huán)圈匝道調(diào)整為半定向匝道，匝道上跨京港澳高速。調(diào)整后立交匝道平縱面指標(biāo)均有提高，且符合常規(guī)行駛習(xí)慣。其余匝道布設(shè)方案二與方案一設(shè)計(jì)思路基本相同(如圖3)。

圖3　方案二平面

優(yōu)點(diǎn)：提高鄭州市區(qū)至京港澳高速公路方向平縱面指標(biāo)，改善整體立交服務(wù)水平。

缺點(diǎn)：工程規(guī)模有所增加，占地面積稍有增加，鄭州市區(qū)至京港澳高速公路方向車輛繞行距離有所增加。

6方案比選

從轉(zhuǎn)向交通量、服務(wù)水平、占用土地、工程規(guī)模及造價(jià)等方面，對(duì)各方案進(jìn)行比較(見表2)。

表2　主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

結(jié)合上述分析，將方案二作為推薦方案進(jìn)行下一階段的施工圖設(shè)計(jì)。

7方案設(shè)計(jì)

7.1主線設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際地形、地物、路網(wǎng)關(guān)系及交通量情況，明確道路間的交叉關(guān)系，確定京港澳高速維持現(xiàn)狀不動(dòng)，北三環(huán)高架層上跨京港澳高速、地面層下穿京港澳高速。同時(shí)，為了減少高架層上直行交通與出入匝道的交叉次數(shù)，保證充足的直行交通通行能力，在高架層的兩側(cè)各增設(shè)集散車道。

7.2集散車道及輔助車道設(shè)計(jì)

結(jié)合區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀，本項(xiàng)目立交節(jié)點(diǎn)北距劉江樞紐互通最小間距1.671 km；南距鄭州東服務(wù)區(qū)最小間距0.579 km。

由于本立交距離劉江樞紐、鄭州東服務(wù)區(qū)間距較小，結(jié)合交通量預(yù)測(cè)成果、立交間距、交織段長度等因素，按規(guī)范要求設(shè)置集散車道或輔助車道與劉江樞紐互通式立交、鄭州東服務(wù)區(qū)連接貫通，設(shè)置復(fù)合式互通式立體交叉。

(1)本項(xiàng)目立交與鄭州東服務(wù)區(qū)連接方式

考慮到鄭州東服務(wù)區(qū)出口匝道至北三環(huán)立交出口匝道間距僅有0.579 m，交織長度不滿足路線規(guī)范要求。結(jié)合路線規(guī)范要求，服務(wù)區(qū)出口匝道與北三環(huán)立交出口應(yīng)設(shè)置為集散車道。

圖4　交織區(qū)間與全交織交通量模型

依據(jù)交織區(qū)間與全交織交通量模型(如圖4)，京港澳高速公路西側(cè)采用輔助車道將匝道的加速車道與鄭州東服務(wù)區(qū)入口匝道減速車道貫通，貫通后交織段長度為770 m， 能夠滿足車輛交織長度需要，且在此交織段上處于近似無交織的自由流狀態(tài)。

而京港澳高速東側(cè)通過設(shè)置集散車道將本項(xiàng)目立交出口南移至鄭州東服務(wù)區(qū)上高速公路匝道處，提前讓高速公路出口車輛與服務(wù)區(qū)出口匝道車輛交織，調(diào)整后該交織段長度579 m。依據(jù)交織區(qū)間與全交織交通量模型，在此交織段上的車輛能夠處在穩(wěn)定流狀態(tài)。

由于增大交織區(qū)間長度，北三環(huán)出口匝道南移至鄭州東服務(wù)區(qū)上高速公路匝道處，導(dǎo)致集散車道占用鄭州東服務(wù)區(qū)大貨車停車位6個(gè)。為了減少立交建設(shè)對(duì)鄭州東服務(wù)區(qū)大貨車停車位的影響，故在服務(wù)區(qū)入口匝道處新增3畝用地，用于布設(shè)大貨車停車位。

(2)本項(xiàng)目與北側(cè)劉江樞紐互通式立交的連接方式

考慮到本項(xiàng)目立交與劉江樞紐互通最小間距1 671 m，由于本項(xiàng)目立交入口與劉江樞紐立交出口匝道車輛仍存在交織。結(jié)合規(guī)范要求，通過設(shè)置輔助車道將該交織段連接，依據(jù)交織區(qū)間與全交織交通量模型，通過設(shè)置輔助車道后該交織段上的車輛能夠處在穩(wěn)定流狀態(tài)。

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中圖分類號(hào)：U412.35+2.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2016)01-0082-03

作者簡介：程勉沖(1979—)，男，2002年畢業(yè)于長安大學(xué)道路橋梁與渡河工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2015-12-21