山區已通車高速公路增設互通立交方案研究
——以G65 包茂高速渝湘段土坎互通為例

曾 敏

(重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 401121)

1 項目背景

武隆地處重慶市東南部烏江下游， 武陵山和大婁山的峽谷地帶，重慶外環經濟帶，是重慶主要的旅游目的地之一，距重慶主城137km。G65 包茂高速公路渝湘段橫貫全境，是武隆重要的對外連接大通道。

武隆旅游資源得天獨厚，十分豐富，有仙女山、天生三橋、天坑地縫、芙蓉洞等開發成熟景區。 年游客接待量已突破3200 萬人次，但受交通發展落后的制約，包茂高速武隆境內僅設有白馬互通和武隆互通， 二者間距為27.8km，主要交通量均需通過現有的武隆互通轉換，旅游高峰期武仙路服務水平不足，導致長期擁堵，車輛倒灌至高速公路，影響國家主干高速公路交通，因此，在包茂高速適當位置增設互通立交可有效利用在建的土坎烏江大橋和已經建成的巷雙公路， 與現有的武仙路一起形成仙女山旅游環線，可為武隆互通分流約48%，能有效緩解武隆互通、武仙路交通擁堵狀況，極大改善武隆旅游環境，促進武隆旅游事業的快速發展。

2 項目選址

項目擬建于G65 包茂高速公路既有白馬互通與武隆互通之間，位于隧道群路段，從武隆互通與白馬互通之間從武隆往重慶方向主要構造物見表1：

經過對主線既有構造物分析， 只有黃草嶺隧道與大灣隧道之間有1307m 路基和普通橋梁，其余隧道之間距離均較短，且離土坎較遠，互通立交位置比較唯一。 即設在黃草嶺隧道與大灣隧道之間(建設樁號K16+715～K18+022，運營里程K1716+546.215～K1715+239.215)。

表1 武隆白馬互通至武隆互通段主要構造物表

3 建設條件

3.1 主線平縱面技術指標分析

包茂高速渝湘段為雙向四車道高速公路， 設計速度為80km/h，路基寬度為24.5m，擬建位置主線平面最小半徑2350m，最大縱坡1.45%，平縱技術指標均滿足設互通立交的一般最小值要求。

增設土坎互通立交距離已有的白馬互通立交17.4km，距離已有的武隆互通立交10.4km(見圖1)。

圖1 擬建互通位置示意圖

3.2 交通量及匝道寬度的確定

根據《工可報告》中交通量預測分析，擬建土坎互通立交各特征年份車型的交通量分布如圖2 所示。 圖中交通量數據均參照公路工程技術標準(JTGB01-2014)規定的車輛折算系數折算為小客車。 單位：輛/日(小客車)，括號內數據為小時交通量。 可以看出：重慶-土坎方向為主流方向，武隆-土坎為次流方向。

圖2 土坎互通交通量預測圖

根據 《公路工程技術標準》(JTG B01-2014)、《公路立體交叉設計細則》(JTG/T D21-2014)， 互通式立體交叉的通行能力由匝道、 匝道出入口端部和交織區的通行能力等確定。 同時，互通式立體交叉的匝道設置收費站時，其匝道通行能力由該收費站的通行能力所決定。

根據交通量預測值并經計算，根據《公路立體交叉設計細則》(JTG/T D21-2014)7.2.2 條規定，互通立交單向單車道匝道路基寬采用9.0m (0.75m 土路肩+1.0m 硬路肩+3.5m 行車道+3.0m 硬路肩+0.75m 土路肩)，對向分隔式雙車道匝道路基寬度采用16.5m (0.75m 土路肩+3.0m 硬路肩+3.5m 行車道+2.0m 分隔帶+3.5m 行車道+3.0m 硬路肩+0.75m 土路肩)，加、減速車道采用單車道，能夠滿足最大性價比的要求。

3.3 現場地形、地質條件

互通區屬構造剝蝕丘陵地貌， 微地貌屬于斜坡陡坡地貌。 斜坡呈下陡上緩，局部有小型流水溝槽，互通區斜坡主要以耕地為主， 局部為樹林。 斜坡坡度一般為27～33°，局部為陡坎。高速公路下方為斜坡平臺，地形相對較平緩，坡度一般為15～25°。 互通區最高點位于互通區西南側， 高程為375.51m， 最低點位于互通區東側， 國道G319 區域高程為215.55m，相對高差為159.96，地形起伏較大。

擬建互通區不良地質現象主要為順向坡、 崩塌、滑坡，主要控制因素還有坡頂棄土場(見圖3)。

滑坡位于包茂高速ZK16+900～ZK17+180 段，即擬建互通東南側。 該滑坡為包茂高速施工時切坡開挖誘發斜坡堆積體變形而形成，長490m，寬約400m，為順長式堆積體， 面積約0.15km2， 平均厚度25m， 體積約3.75×106m3，為一土質淺層工程滑坡，高速公路建設時該滑坡已治理。 但增設互通可能對其產生擾動。

順向邊坡位于互通區北東側， 該處第四系土層覆蓋薄， 主要為基巖出露， 巖性為志留系下統羅惹坪組一段(S1lr1)頁巖，該處巖層產狀為90o∠31°。 且由于地形地貌限制，原高速公路棄土場位于擬建區邊坡上方，增設互通必然對其開挖，導致臨空，極易發生邊坡失穩。

已建成高速公路東側存在大面積崩塌，其厚度較大，本次勘察揭露最大厚度13.60m，據《武隆至水江段第B4合同段ZK16+920～ZK17+140 段路塹邊坡應急施工勘察報告》中揭露該段崩坡積體厚度最大達38.2m。

圖3 擬建互通區地形、地質平面圖

4 設計思路及原則

基于上述地形、地物、地質、環境條件等復雜因素，綜合路網情況、交叉道路情況、交通量、交通組成、收費制式、投資、用地以及其他因素，本次增設的土坎互通遵循以下設計思路和原則：

4.1 功能性

互通立交的規模與匝道設計速度有著直接聯系，設計速度越大，平面半徑越大，占地和投資也會增加，在設計中做到主次分明，在確保主線交通的前提下，力求行車路線方向明確，路線短捷，使車輛行駛快速、順暢，通行能力足夠，滿足遠景設計年限交通需求，本項目是典型的山區單面坡地形，宜采用較低的匝道設計速度。

4.2 安全性

運用運行速度指導線形設計， 充分考慮汽車在互通立交區行駛速度不斷變化的特點， 本項目高速公路與出口G319 接線高差達73m，因此在緊湊的單面坡上展線應合理掌握技術指標，路線平、縱、橫設計中應盡可能照顧重車，考慮重車的安全性，也要考慮與地形、地質的協調性；互通范圍保證足夠的視距；堅持標準、規范的嚴肅性，不隨意降低技術指標，以避免形成行車安全隱患。

4.3 經濟性

立交方案的布設力求工程規模小、投資少、征地拆遷少；車輛行駛的油耗、輪耗和車損小；養護和運營管理費用、全壽命周期成本低。

4.4 適應性

由于本項目為已通車高速公路增設互通立交， 首先應充分考慮主線條件、地形、地物條件、環境條件，因地制宜，與地形地質充分協調，減少擾動，降低建設風險；其次應考慮施工期間的交通組織盡可能減小對主線的行車干擾，盡量利用高架橋梁布設下穿匝道，此條是土坎互通方案選擇的重點，同時也是難點。

4.5 重視方案比選

立交方案的比選應綜合考慮功能、安全、工程規模、造價、環境影響等多方面因此。具體比選方式上應針對不同的位置、不同的交叉方式、不同的立交選型、不同的布設方案等進行比較， 同時還應對立交的工程方案進行比選，如順層路段強路基支擋方案與橋梁方案的比選、深挖方與隧道方案的比選等。

5 方案研究

根據工可對擬建互通交通流量分布的預測， 互通方案的選定應保證主流方向匝道采用較高的平、 縱線形技術指標；本互通立交的交通主流方向為重慶方向，結合現場地形、 地質條件情況設置以下三個互通方案作同精度比較：

5.1 增設互通方案一

采用迂回式互通立交方案， 根據地形條件匝道利用馬溪河大橋與新屋基大橋下穿高速公路。 重慶至土坎方向匝道(即B 匝道)利用新屋基大橋上跨高速公路；土坎至武隆方向匝道(即A 匝道)利用馬溪河大橋下穿高速公路后與高速公路相接；土坎至重慶方向匝道(即C 匝道)先與A 匝道并行利用馬溪河大橋下穿高速公路后與A匝道分離后與B 匝道并行，再利用新屋基大橋上跨高速公路，然后再與高速公路相接。

本方案的設置避免了對已治理的滑坡體的擾動，同時減小了高速公路左側路塹開挖邊坡。 匝道最小平曲線半徑50m，最大縱坡5.0%。

圖4 方案一平面布置圖

方案一優點：

互通匝道線形指標較高，行車舒適感強；相比方案二挖方高度更小、對坡頂棄土場影響小。

方案一缺點：

挖方邊坡高度達到48m (且邊坡上方有高速公路原棄土場)，挖方工程量大，安全風險較高；匝道與高速公路平行路段長且兩次上跨高速公路， 施工上垮橋期間需搭架，對高速公路干擾較多，運營影響較大；占用土地較多。

5.2 增設互通方案二

考慮到方案一挖方路段長，開挖工程量大，F 匝道橋梁位于都斜坡上，規模大施工困難，提出了減小次要方向匝道半徑， 采用A 形單喇叭互通立交方案， 環形匝道A匝道平曲線半徑減小至35m。

加、減速車道均采用單車道出入，加速車道采用平行式，其長度不小于180m，加速車道漸變段長采用70m；減速車道采用直接式，其長度不小于110m，減速車道漸變段長采用80m。

圖5 方案二平面布置圖

方案二優點：

土石方量較方案一少約30 萬m3， 相對方案三無隧道，后期運營維護成本較低。

方案二缺點：

平曲線技術指標較低，挖方邊坡較高，最高邊坡達到64m，支擋費用高，挖方坡口已臨近坡頂棄土場坡腳，可能導致棄土場不穩定，影響匝道及高速公路行車安全，施工風險大。

5.3 增設互通方案三

考慮到方案二挖方邊坡高， 在運營的高速公路上方開挖土石方對高速公路運營影響較大， 存在較大的安全風險，因此在方案二的基礎上提出了A、B 匝道采用隧道形式通過的互通立交方案；采用隧道后，A、B 匝道利用已有的新屋基大橋下穿高速公路； 環形匝道最小平曲線半徑42.5m。 A 匝道隧道長194m，B 匝道隧道長326m。

圖6 方案三平面布置圖

方案三優點：

原高陡挖方邊坡改以隧道方式通過，避免深挖方，降低了引發邊坡失穩的風險，A、B 匝道均以下穿方式穿越高速，匝道與高速公路干擾段短，施工期間對高速公路運營影響較小，利于交通組織；匝道利用高速公路既有橋梁下穿， 施工期間對高速公路運營影響較小； 土地占用最少。

方案三缺點：

造價相對方案二更高，有520m 隧道，后期運營養護成本相對其他方案較高。

5.4 方案比較

3 種方案的比較結果如表2 所示。

經過對上述三個互通立交方案進行同深度技術經濟比較后得出以下結論：

(1)方案一平面線形指標較方案二高，主流方向技術指標較高，行車舒適感強。

(2)方案二無隧道，運營期養護費用少，造價最低。

(3)方案三挖方邊坡較低，特別是臨近高速公路段挖方，采用隧道方案有效避免了順層深挖方，大大降低了邊坡失穩的風險以及施工期間對高速公路的干擾； 在環境保護及節約占地方面更占優勢。

(4)方案三匝道下穿高速公路既有橋梁，施工期間對高速公路運營影響最小，且墩高較低。

(5)方案三土石方較其他方案大大減小。

綜上所述，從互通立交功能、安全、技術經濟綜合比較后，把方案三作為推薦方案。

表2 各方案主要技術及規模比較表

6 結語

本項目互通區域地形復雜，地質非常脆弱，受工程開挖影響非常大，互通立交布設基于自然生態保護、綠色公路設計的理念，通過環境影響分析，盡量避免大填大挖，減少人為邊坡、對植被的破壞，推薦采用隧道方案代替高陡邊坡，減少對現狀不良地質的擾動，降低施工風險。

綜上所述： 山區已通車互通立交的增設應全方位對比和考量地形、地質、交通干擾、環境影響、安全風險等因素后確定最佳方案。