山西省祁離高速公路離石東樞紐立交方案研究

游曉英

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 項目概況

山西省祁縣至離石高速公路是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”中第七橫線的重要組成部分，東接榆祁高速（S60）及京昆高速（G5），西接呂梁環(huán)城高速連通青銀高速（G20）。項目建成后，既可有效縮短呂梁至太原的運營距離，同時又將全面有效緩解青銀高速公路離石至汾陽段、G307線離石至汾陽段的交通壓力、改善行車條件，對于完善山西省高速公路網(wǎng)絡(luò)，建立完善的綜合運輸體系，發(fā)揮國防戰(zhàn)備功能、增強貨物運輸和旅游景點通達能力，提高區(qū)域公路網(wǎng)絡(luò)容量及可達性等具有重要意義。

圖1 項目地理位置圖

擬建項目終點離石東樞紐立交位于呂梁市離石區(qū)信義鎮(zhèn)東，是本項目連接呂梁環(huán)城高速公路的樞紐立交。該樞紐的建成將承擔著轉(zhuǎn)換交通量的重要作用，連接呂梁環(huán)城進而連通青銀高速，方便呂梁市區(qū)車輛上下高速，最終將服務(wù)于項目區(qū)內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2 工程自然條件

2.1 地形地貌

本項目位于呂梁市東側(cè)，屬黃土覆蓋中山區(qū)，高程在1 100～1 400 m之間，最大高差300 m。該區(qū)地形較為破碎，黃土梁、塬面發(fā)育，總體向河谷中心方向傾斜，地表被近代河流所切割，沖溝切割劇烈，深度一般在10～50 m。出露地層為新生界第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al）砂土、上更新統(tǒng)沖洪積粉土（Q3apl）、中更新統(tǒng)（Q2apl）粉質(zhì)黏土。部分溝底有基巖露頭，巖性為寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）厚層鮞狀灰?guī)r和界河群的混合雜巖。

圖2 小東川特大橋現(xiàn)狀圖

2.2 水文

項目區(qū)內(nèi)主要為小東川河，屬黃河流域三川河水系，發(fā)源于骨脊山南側(cè)，于車家灣村與大東川河交匯，長32 km，流域面積418.75 km2，年均清水流量為0.4～0.7 m3/s，信義以上為常年性河流，以下枯水期干涸。

小東川河長度大于1 km的支溝達115條，最大支溝陽坡溝發(fā)源于青石坡，在信義村匯入小東川河，長30 km，河道縱坡降2.6%，流域面積136.8 km2，常年有清水溪流。其上建有青石坡水庫，控制流域面積21.5 km2，總庫容量83萬m3。

2.3 氣象

離石區(qū)屬暖溫帶大陸性干旱半干旱季風氣候，四季變化較明顯，春季干燥多風沙，夏季炎熱少雨，秋季陰雨連綿，冬季干燥寒冷，年平均氣溫8.7℃。全縣霜凍期由東向西遞減，標準凍土深度101 cm。境內(nèi)多年平均降水量461.5 mm；年最大降水量744.8 mm（1985年）；年最小降水量245.5 mm（1999年）。

2.4 其他限制因素

項目區(qū)內(nèi)處地物較復(fù)雜，其中小東川河、呂梁環(huán)城高速、小東川河特大橋（橋高最大24 m）、縣道米五線及周邊村莊（德崗村）的布局對離石東樞紐方案的布設(shè)影響較大。

3 技術(shù)標準

3.1 交通量預(yù)測

根據(jù)項目區(qū)域現(xiàn)狀及規(guī)劃路網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合工可報告祁離高速主線交通量預(yù)測結(jié)果，采用“四階段法”對離石東樞紐進行了交通量預(yù)測，在互通服務(wù)期末（2040年）交通流量預(yù)測結(jié)果如表1，交通流向圖見圖3。

表1 2040年離石東樞紐交通量預(yù)測結(jié)果 pcu/d

圖3 2040年離石東樞紐預(yù)測交通量（單位：pcu/d（pcu/h））

3.2 設(shè)計標準

祁離高速公路設(shè)計速度80 km/h，路基寬度25.5 m；呂梁環(huán)城高速公路設(shè)計速度80 km/h，路基寬度24.5 m，離石東樞紐段呂梁環(huán)城高速公路平曲線半徑為1 580 m，縱坡-0.8%～+1.326%。根據(jù)交通量預(yù)測，結(jié)合項目性質(zhì)、沿線地形及接呂梁環(huán)城高速公路線形指標，最終確定本樞紐定向匝道設(shè)計速度采用60 km/h。匝道路基寬度采用10.5 m寬單向雙車道匝道[1]，橫斷面布置圖如圖4所示。

圖4 單向雙車道匝道橫斷面圖（10.5 m）（單位：cm）

4 離石東樞紐立交方案布設(shè)

本樞紐所處地形復(fù)雜，互通布設(shè)主要受小東川河、呂梁環(huán)城高速、小東川河特大橋及周邊村莊控制，根據(jù)交通量預(yù)測，結(jié)合地形條件及地方政府意見后，本互通共布設(shè)了3個方案進行比選。

表2 樞紐方案布置一覽表

4.1 方案一

本方案采用T型樞紐方案。設(shè)B匝道下穿小東川特大橋，之后繼續(xù)下穿C匝道，接原呂梁環(huán)城高速公路；C匝道自呂梁環(huán)城高速公路分離，向南上跨B匝道后下穿呂梁環(huán)城高速公路，接本項目主線。互通范圍內(nèi)匝道圓曲線最小半徑150 m（B匝道），最大縱坡3.752%（A匝道）。

圖5 離石東樞紐方案一

經(jīng)研究論證，方案一樞紐立交布局緊湊，占用土地較少；B、C匝道均下穿呂梁環(huán)城高速公路，橋梁高度較低，互通整體規(guī)模小，工程造價較低。

該方案缺點也比較明顯，主要是樞紐立交需設(shè)置橋梁4座，總長度2 804.4 m；樞紐立交兩左轉(zhuǎn)彎匝道曲線半徑小（B匝道最小150 m，C匝道最小半徑180 m），車輛從臨縣至祁縣方向、祁縣至離石方向運行速度較低，線形指標與駕駛員期望相差較大；車輛從離石去往祁縣方向為主交通流方向，主交通流從匝道右側(cè)合流，不利于行車安全。

4.2 方案二

該方案主要考慮到方案一兩左轉(zhuǎn)匝道半徑較小（B匝道最小150 m，C匝道最小半徑180 m），為提高左轉(zhuǎn)彎車道車輛運營安全性，提升道路指標，故布設(shè)方案二Y型樞紐方案，增大了兩左轉(zhuǎn)彎圓曲線半徑，減少了B匝道的繞行距離，同時調(diào)整C匝道起點位置，降低C匝道部分橋梁的設(shè)計施工難度；但匝道長度較方案一長，橋梁高度較大，互通整體規(guī)模較方案一大。互通范圍內(nèi)匝道圓曲線最小半徑300 m（B、C匝道），最大縱坡3.683%（A匝道）。

圖6 離石東樞紐方案二

方案二優(yōu)點較明顯，主要為樞紐立交總體平面指標高，兩左轉(zhuǎn)彎匝道半徑最小為300 m，如果后期離石東樞紐立交需升級改造，該方案影響較小；主要交通流離石至祁縣方向通過D匝道，該匝道采用右出左進半直連式匯入主線，車輛運行順暢，速度較高。該方案橋梁主體規(guī)模較小。

該方案缺點主要是：為提高匝道指標，樞紐占地較多；橋梁高度較高；對被交路離石環(huán)城影響范圍較大。

4.3 方案三

方案三是在方案一的基礎(chǔ)上，結(jié)合交通量預(yù)測結(jié)果，優(yōu)化了臨縣至祁縣方向、離石至祁縣方向交通流的合流方式。主要交通流離石至祁縣方向通過D匝道，采用右出左進半直連式匯入主線；次要交通流臨縣至祁縣方向通過C匝道，采用右出右進半直連式匯入主線，優(yōu)化后互通方案布局更合理。

圖7 離石東樞紐方案三

方案三優(yōu)缺點和方案一基本一致，區(qū)別在于方案三主交通流采用右出左進匯入主線，次交通流采用右出右進匯入主線，符合主次交通流，但方案三造價最高，較方案一增加1 554萬元。

4.4 互通方案比選

方案一、方案二和方案三技術(shù)指標及工程規(guī)模對比見表3。

表3 離石東樞紐技術(shù)指標及工程規(guī)模對比表

經(jīng)綜合比選分析，方案一、方案二、方案三均能滿足本項目交通流轉(zhuǎn)換要求，車輛行駛方向明確。方案一立交布局緊湊，占用土地較少，B、C匝道同時均下穿呂梁環(huán)城高速公路，橋梁高度較低，互通整體規(guī)模小，工程造價較低，但C、D匝道與交通量不相適應(yīng)；方案三在方案一基礎(chǔ)上將C、D匝道變位合流，與交通量相適應(yīng)，但橋梁規(guī)模較大，總造價最高；方案二采用較高的平面指標，運行速度高，車輛行駛順暢，不繞行，但占地較多，總造價適中。

綜合經(jīng)濟、技術(shù)比較，方案二技術(shù)指標高，與交通量相適應(yīng)，造價適中，方案二為推薦方案。

5 結(jié)語

本文通過對離石東樞紐立交的總體布局進行方案比選研究，結(jié)合呂梁環(huán)城高速公路現(xiàn)狀及現(xiàn)有地形地物，因地制宜，通過技術(shù)、經(jīng)濟、施工難度等綜合比選，得出各方面均較優(yōu)的推薦方案，以減少對現(xiàn)有呂梁環(huán)城高速公路的影響，提高樞紐運營水平及運營安全性，以獲取最大的社會經(jīng)濟效益。