復(fù)雜地形條件下高速公路互通方案選型設(shè)計

杜艷花

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

S20線為甘肅省“六環(huán)六縱兩橫十八聯(lián)”中的第2橫，同時也是國家普通國道網(wǎng)的第44橫——江蘇啟東至西藏那曲的通道。S20線兩河口至郎木寺高速公路起點位于隴南市宕昌縣兩河口鄉(xiāng)，與國家高速公路G75蘭海高速渭源至武都段相接，自東向西經(jīng)過舟曲縣、迭部縣、四川省若爾蓋縣至郎木寺與國家高速公路G0611張掖至汶川高速公路相接。

已運(yùn)營高速公路G75在兩河口鄉(xiāng)設(shè)置兩河口互通（一般互通），實現(xiàn)G75與G345線（二級公路）的交流轉(zhuǎn)換，方便兩河口鄉(xiāng)及舟曲縣人民出入高速。S20線在兩河口鄉(xiāng)與G75成T型交叉。原G75兩河口互通為一般互通立交，新建S20線，需對原互通進(jìn)行改造，基于該項目功能及應(yīng)當(dāng)?shù)卣螅脑旎ネ纫獙崿F(xiàn)S20線與G75的交通流轉(zhuǎn)換，又要方便當(dāng)?shù)厝罕姵鋈雰蓷l高速。

1 建設(shè)條件及轉(zhuǎn)向交通量

1.1 建設(shè)條件

項目區(qū)所處的白龍江河谷區(qū)為秦嶺南支西端迭山山脈與岷山山脈交匯疊加地帶，屬國內(nèi)典型的高山峽谷區(qū)地貌。

S20線為典型的臨江傍山型，路線沿江而設(shè)，與白龍江并行或相交，南北兩側(cè)傍迭山、岷山山脈，溝谷狹窄。該項目兩河口段山高谷窄，地方道路G345兩側(cè)村莊較密集，要將G75蘭海高速兩河口互通改造為樞紐互通+一般互通功能，基本無有利地形可用。

圖1 互通布設(shè)條件示意圖

G75蘭海高速兩河口互通段，設(shè)計速度為80km/h，雙向四車道高速公路，互通范圍內(nèi)主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為2.46%。互通段內(nèi)主線均以橋梁跨越岷江。

1.2 轉(zhuǎn)向交通量

S20線兩河口節(jié)點，既要設(shè)置與G75的交通流轉(zhuǎn)換樞紐，還要設(shè)置與G345線交通流轉(zhuǎn)換的一般互通。

根據(jù)交通量調(diào)查與預(yù)測，2045年（通車20年后）通過該樞紐的交通量為33 235 pcu/d，舟曲←→武都轉(zhuǎn)向交通量為18 001 pcu/d，其中舟曲至武都方向轉(zhuǎn)向交通量為9 313 pcu/d，武都至舟曲方向轉(zhuǎn)向交通量為8 688 pcu/d；舟曲←→蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量為15 234 pcu/d，其中舟曲至蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量為6 836 pcu/d，蘭州至舟曲方向轉(zhuǎn)向交通量為8 398 pcu/d，遠(yuǎn)景年預(yù)測交通量詳見圖2，圖中括號內(nèi)為小時交通量。從圖中可以看出，舟曲與武都方向為主交通流，舟曲與蘭州方向為次交通流，舟曲至武都方向轉(zhuǎn)向交通量最大，為9 313 pcu/d，舟曲至蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量最小，為6 836 pcu/d。根據(jù)遠(yuǎn)景交通量分析，原G75兩河口互通各匝道指標(biāo)滿足樞紐功能[1]，可以完全利用現(xiàn)有兩河口互通匝道作為S20線與G75交通轉(zhuǎn)換樞紐。

圖2 兩河口節(jié)點遠(yuǎn)景交通量預(yù)測圖（2045年）

結(jié)合路網(wǎng)功能及群眾出行需求，在兩河口節(jié)點應(yīng)同時設(shè)置一般互通，實現(xiàn)S20線及G75與G345線交通流轉(zhuǎn)換，方便兩河口鄉(xiāng)及舟曲舊城群眾的出行。根據(jù)交通量調(diào)查與預(yù)測，2045年（通車20年后）通過該互通的交通量為9 774 pcu/d，舟曲←→G345轉(zhuǎn)向交通量為3 867 pcu/d，兩河口←→G345轉(zhuǎn)向交通量為5 907 pcu/d，兩河口方向出入該節(jié)點的交通流較大。其中舟曲至G345轉(zhuǎn)向交通量為2 039 pcu/d，G345至舟曲轉(zhuǎn)向交通量為1 828 pcu/d，兩河口至G345轉(zhuǎn)向交通量為2 805 pcu/d，G345至舟曲轉(zhuǎn)向交通量為3 102 pcu/d，設(shè)計小時交通量均小于400 pcu/d。

2 方案選型設(shè)計

重要節(jié)點的方案設(shè)計不僅影響整個項目的使用功能及造價，同時也影響社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、周邊環(huán)境及工程可實施性等，因此，重要節(jié)點應(yīng)對多種可行性方案進(jìn)行多方案同深度比選，才能比較全面地反應(yīng)節(jié)點的各方面特性[2]。

既有樞紐互通改造應(yīng)本著利用既有工程和利于保通的原則進(jìn)行考慮，綜合通行能力、行車安全、改造過程、實施難度等多方面因素擬定最優(yōu)方案[3]。

根據(jù)上述交通量預(yù)測結(jié)果、S20線形條件及G75構(gòu)造物設(shè)置情況，結(jié)合現(xiàn)場條件，擬定3個互通方案進(jìn)行同深度比選。

2.1 方案一 單喇叭+T型互通復(fù)合方案

互通中心樁號為K0+140，設(shè)于主線K0+256—K0+840范圍內(nèi)。主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為-3%，與原兩河口互通間距1 150 m，交織段長度615 m，滿足復(fù)合式互通設(shè)置條件[1，4]。該方案僅I匝道半徑較小，R=70 m，其余匝道平面指標(biāo)均較高，互通整體平縱面指標(biāo)較高，通行能力較高。

方案一采用迂回T型+單喇叭互通方案，是基于不改變原互通出行習(xí)慣，完全利用原收費(fèi)站及管理區(qū)提出的。新建迂回T型互通與原兩河口互通組成復(fù)合互通。方案一見圖3。

圖3 兩河口互通方案一平面圖

該方案完全利用原收費(fèi)站及連接線，平交口位置不變。G、F匝道相當(dāng)于主線的左右幅，最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為3%。I、H匝道為擬建項目的出入口匝道，實現(xiàn)該項目與G345線交通流轉(zhuǎn)換。A、B、C、D、E匝道實現(xiàn)S75與該項目及G345線交通流轉(zhuǎn)換。F、G、H、I匝道共設(shè)6座跨河大橋，對河道影響較大。G匝道上跨H匝道，需設(shè)1-50 m鋼箱梁橋。

2.2 方案二 A型單喇叭方案

互通中心樁號為K0+600，位于主線K0+180—K1+260范圍內(nèi)，最小圓曲線半徑為1 000 m，最大縱坡為-2.56%，采用A型單喇叭方案，距兩河口樞紐2 270 m，最小凈距810 m，滿足規(guī)范要求。該方案充分利用地形，采用較低的匝道指標(biāo)，拆除原收費(fèi)站，新建收費(fèi)站，完全利用現(xiàn)有收費(fèi)站管理區(qū)。新建平交口位于原G75蘭海高速兩河口互通平交口東1 100 m處。A匝道AK0+400—AK0+700段挖方較多，最大挖深16 m。需設(shè)置A、C、D、E匝道跨河大橋，且A匝道AK0+200—AK0+350段為D、E匝道的分匯流段，均以橋梁通過，橋墩較密集，對河道影響較大。

方案二布設(shè)緊湊，B、E匝道分別采用極限最小半徑50 m及一般最小半徑60 m，匝道最大縱坡為3.61%，整體互通平縱指標(biāo)較低。方案二見圖4。

圖4 兩河口互通方案二平面圖

匝道除設(shè)跨河大橋外，其余均以路基通過，且橋梁均按常規(guī)橋型及孔徑布設(shè)即可，互通規(guī)模較小。

2.5 方案三 T型方案

互通中心樁號為K0+625，設(shè)于主線K0+200—K1+200范圍內(nèi)。主線最小圓曲線半徑R=1 000 m，最大縱坡為-2.56%，與原兩河口互通間距為1 655 m，最小凈距1 050 m，滿足互通設(shè)置條件。該方案采用T型互通方案，是為了減少南側(cè)陡峭山體挖方，以及減小對白龍江河道的影響。該方案僅E匝道半徑較小，R=60 m，其余匝道平面指標(biāo)均較高，互通整體平縱面指標(biāo)較高，通行能力較高。

方案三將平交口設(shè)于G345南側(cè)，位于原兩河口平交口東890 m處，需拆除原收費(fèi)站，利用原收費(fèi)站北側(cè)路基新建收費(fèi)站，完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)。方案三見圖5。該方案僅D匝道、A匝道需設(shè)置跨河大橋，其他匝道對河道幾乎無影響。C、D匝道需上跨主線，需設(shè)置1-50 m鋼箱梁橋。

圖5 兩河口互通方案三平面圖

2.6 方案比選

山區(qū)互通立體交叉的選型設(shè)計，要綜合考慮山區(qū)環(huán)境的各種控制因素（山高、滑坡、河道狹窄、基本農(nóng)田少、主線指標(biāo)低、橋隧比例高等），在滿足互通功能和技術(shù)指標(biāo)前提下，靈活多變地進(jìn)行互通方案設(shè)計，多方案、多角度進(jìn)行比選，選出最優(yōu)方案[5]。

方案一～方案三主要技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)模對比見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)模對比

2.6.1 方案一

2.6.1.1 優(yōu)點

a）完全利用原收費(fèi)站及收費(fèi)站管理區(qū)，最大程度減小工程浪費(fèi)。

b）完全利用原連接線及平交口，不改變周邊群眾的出行習(xí)慣。

c）整個互通指標(biāo)較高，通行能力高。

2.6.1.2 缺點

a）作為主交通流的F、G匝道需從右側(cè)分合流。

b）匝道及主線幾乎均以橋梁布設(shè)，工程規(guī)模大，造價高。

c）該方案F、G、H、I匝道共設(shè)6座跨河大橋，對河道影響較大。

d）交通組織較復(fù)雜。

2.6.2 方案二

2.6.2.1 優(yōu)點

a）完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)，減小工程浪費(fèi)。

b）互通布設(shè)緊湊，橋梁少，工程規(guī)模小，造價低。

2.6.2.2 缺點

a）A、C、D、E匝道需設(shè)置大橋跨越白龍江，對白龍江河道影響較大。

b）需拆除原收費(fèi)站，在原收費(fèi)站東側(cè)新建收費(fèi)站。

c）B、E匝道采用最小半徑50 m和60 m，互通整體指標(biāo)較低，通行能力低。

d）A匝道挖方較多，對自然環(huán)境影響大，容易誘發(fā)不良地質(zhì)災(zāi)害。

2.6.3 方案三

2.6.3.1 優(yōu)點

a）僅E匝道最小圓曲線半徑為60 m，其余匝道指標(biāo)均較高，通行能力高。

b）完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)。

c）利用原收費(fèi)站北側(cè)路基新建收費(fèi)站，節(jié)約用地。

d）完全繞避山體挖方，無挖方。

e）匝道設(shè)置跨河大橋少，對河道影響較小。

2.6.3.2 缺點

匝道較長，橋梁較多，工程規(guī)模較大，造價較高。

2.6.4 比選結(jié)論

方案一是在原G75高速兩河口互通基礎(chǔ)上，增加該項目與G75的轉(zhuǎn)向匝道，以及該項目的出入口匝道，與原有互通構(gòu)成復(fù)合式互通方案。該方案最大特點是可以完全利用原收費(fèi)站及收費(fèi)站管理區(qū)、原A匝道路基及原連接線與G345平交口，不改變當(dāng)?shù)厝罕姷某鲂辛?xí)慣。但是作為主交通流的F、G匝道需從右側(cè)分合流，且匝道及主線幾乎均以橋梁布設(shè)，整個互通規(guī)模最大，造價最高。方案二、方案三為利用原G75高速兩河口互通作為連接該項目與G75高速的轉(zhuǎn)向樞紐，在滿足互通間距的位置新設(shè)該項目的出入口一般互通。其中，方案二為A型單喇叭互通，造型簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，匝道指標(biāo)低，互通通行能力低，規(guī)模最小，造價最低，但對河道、山體等自然環(huán)境的影響較大。方案三為T型互通，造型簡單，指標(biāo)較高，但規(guī)模較大，造價也較高。方案三完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)，在原G75兩河口收費(fèi)站段新建收費(fèi)站，而且設(shè)置跨河大橋少，完全避開山體挖方，對自然環(huán)境的影響最小。

根據(jù)以上方案綜合比選，方案三作為推薦方案。

3 結(jié)語

a）既有互通改造或新增互通應(yīng)對既有實體工程的平縱面線形、路基、路面、橋涵、隧道及收費(fèi)站等進(jìn)行調(diào)查評價，結(jié)合工程現(xiàn)狀、新增交通條件、互通間距等對互通方案的規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)條件、交通組織、功能、安全、環(huán)境和造價等進(jìn)行綜合論證后，確定互通方案。

b）高山峽谷地形條件下，互通的設(shè)置應(yīng)在滿足功能、安全的同時，控制互通規(guī)模及工程造價，以及重點考慮互通布設(shè)對環(huán)境的影響（填挖方大、滑坡、侵占河道等）。

c）復(fù)雜地形條件下互通方案的確定應(yīng)經(jīng)過多方案比選，在滿足功能及安全條件下，應(yīng)選擇工程造價低，對環(huán)境影響小的最優(yōu)方案。