基于主線線位選擇的山區高速公路樞紐互通式立交方案探討

■王祖華 范安軍 蘇小青

（1.四川公路工程咨詢監理有限公司，成都 610041；2.中交第二公路勘察設計研究院，武漢 430056）

巴中-南充-廣安（川渝界）高速公路（以下簡稱“巴南廣高速”）是《國家公路網規劃（2013-2030年）》寧夏銀川-云南昆明高速公路（G85 線）的重要組成部分，也是川東北地區通過巴中北上陜西、溝通關中、天水經濟區，經廣安南下重慶融入成渝經濟區，實現與貴州、廣西相連的南向出海大通道。 項目起于巴中市巴州區棗林鎮， 接桃園至巴中高速公路，止于廣安市岳池縣伏龍鎮，接重慶境的重慶至廣安高速公路，路線全長207.465 km，路基寬度24.5 m，設計速度80 km/h。項目于2013 年4 月正式開工建設，于2016 年10 月12 日建成通車。

巴南廣高速路線在巴中市經濟開發區興文鎮與G5012 線巴中-達州高速公路（以下簡稱“巴達高速”）呈“十”字交叉，設置興文樞紐互通。 在興文樞紐互通的交通量預測結果中，廣安與恩陽、棗林與達州方向為主流，即南與西、北與東方向分別為848 pcu/h、542 pcu/h，其余兩個方向轉向交通量均較小，達州與廣安方向（東與南）為52 pcu/h，棗林與恩陽方向（北與西）為246 pcu/h。

路線經過區域的地形起伏變化大，高程在336～430 m，地面橫坡陡峻，支溝切割深。 地質條件相對單一，巖石為近水平的泥巖、砂巖互層，構造不發育，地震基本烈度為VI 度。

交叉路段的巴達高速黑灘河大橋平面位于R=1300 m，A=441.588 的左偏緩和曲線接直線段上，縱面位于i=-2.928%和i=-0.8%的降坡。 黑灘河大橋共19 孔， 上部結構為3×40 m+4×（4×40）m 預應力砼簡支T 梁，最大橋高為80.6 m。 橋梁下部結構中19# 橋臺采用U 臺下接擴大基礎，1#、2#、17#、18#墩采用圓柱墩接樁基礎，3#～16#墩采用變截面矩形高墩接樁基礎，其中最高墩為9# 墩，墩高72 m，下設承臺接群樁基礎。

1 設計方案

在最初的設計中，巴南廣高速主線以橋梁形式從黑灘河大橋第18 孔橋下穿并布置互通式立交，主線及匝道未能利用東側有利地形布線，橋梁工程規模大，工程造價高。 結合巴達高速公路黑灘河大橋、周邊地形及開發區規劃等因素考慮，設計單位采納咨詢審查意見，加強與當地規劃協調，補充研究主線向達州方向擺移，使互通位置選擇有利地形的方案。 前后共擬定3 個主線交叉線位及配套的樞紐互通方案進行多方比較研究（圖1）。

圖1 路線方案位置關系圖

1.1 方案一

方案一的巴南廣高速主線從巴達高速黑灘河大橋第18 孔橋下穿（K21+051.02=BDK10+954.87），互通方案為與初設方案基本相同的對角象限雙環式變形苜蓿葉形（圖2）。與初設線位相比，主線由黑灘河大橋第19 孔橋下穿調整為第18 孔下穿，避免設置變速車道的主線開挖黑灘河大橋橋臺的基巖，影響黑灘河大橋的安全。 互通不占用開發區規劃用地，但主線跨越陡斜坡地帶、西側的4 條匝道跨越黑灘河溝谷，須設置規模較大的橋梁。 同時為了避免對巴達高速黑灘河大橋進行拼寬， 將棗林至恩陽、恩陽至廣安方向右轉匝道與巴達高速主線的接線設置在黑灘河大橋西岸的0 號橋臺以外，無法盡快與巴達高速主線連接，匝道長度較長。 達州至廣安方向的環形匝道橋梁高50 m，匝道橋梁的小半徑曲線橋與高墩因素疊加，施工難度大，工程經濟性較差。

圖2 方案一平面圖

1.2 方案二

方案二的巴南廣高速主線較方案一東移384.7 m， 上跨巴達高速 （K21+170.65=BDK11+570.14）的路基段落，樞紐互通充分利用臺地布置，互通方案為左轉彎半直連匝道，集中設置在東北側的對角象限雙環式變形苜蓿葉形（圖3）。 該方案雖然避開了對黑灘河大橋高墩橋梁的拼寬，但是無法避開東側的巴達高速李家塝大橋的拼寬。 巴南廣高速主線在互通區的走向過于迂回，路線長度較方案一增加463 m， 從全壽命周期來看， 汽車運行成本高，能耗高，不符合節能的設計理念。 主線和互通方案工程總造價高于方案一。 該互通方案大面積占用了興文開發區的規劃用地， 嚴重不符合地方城市規劃。

圖3 方案二平面圖

1.3 方案三

方案三的主線較方案一東移124.5 m， 將在建的巴達高速黑灘河大橋19 號橋臺后的路基改造為橋梁進行下穿（K21+150.74=BDK11+119.76），互通方案采用單環式變形苜蓿葉形（圖4）。 將轉換交通量最小的達州至廣安方向的左轉彎D 匝道，由方案一的環形匝道調整為的迂回的半直連回頭匝道，上跨巴南廣高速主線，下穿巴達高速主線。 棗林至恩陽方向的右轉彎H 匝道置于棗林至達州方向左轉彎F 匝道的左側，采用R-50 m 平曲線半徑，與廣安至恩陽方向的半直連左轉彎G 匝道合線后，采用直線和R-2300 m 的大半徑曲線與巴達高速主線，盡量控制小半徑曲線橋梁的墩高，控制高墩橋梁的曲線半徑，避免小半徑曲線與高墩的組合，以降低施工難度和工程費用。

圖4 方案三平面圖

D 匝道和F 匝道均于黑灘河大橋第19 孔并行下穿，相比較于第18 孔的下穿更靠近山體，進一步降低了匝道橋梁高度。 G 匝道置于整個互通的最高層，依次上跨C 匝道、F 匝道、巴達高速、巴南廣高速（圖5），再與H 匝道合線，充分適應了巴達高速-2.928%的縱坡特點，互通緊湊布置。方案三的投資規模較方案一減少1.03 億元，占用開發區規劃邊緣用地約10 hm2。 該方案與巴中開發區管委會、興文鎮政府、巴中市電力公司、巴達鐵路等單位進行了溝通并達成一致意見。

圖5 方案三主線及匝道與巴達高速的交叉關系

1.4 方案比選

對上述3 個方案進行技術指標、 經濟指標比選，比選情況如表1 所示。

表1 各方案比選情況

綜上，從技術指標、工程造價、對地方規劃的影響程度等因素綜合比較，推薦采用方案三作為實施方案。

2 實施方案的特點

實施方案的整個互通布置充分利用地形，減少了主線和匝道的橋梁規模， 土石方有適當的增加，與初步設計相比，僅橋梁面積就減少3.04 萬m2，設計優化的工程量顯著。

2.1 優選主線交叉線位

通過多方案主線交叉線位的比較研究，突破常規的主線利用被交叉線路既有橋孔下穿，采用在被交高速路基段新建橋孔下穿，既有被交叉線路橋孔提供兩條左轉彎匝道下穿，突破了主線“橋穿橋”交叉方式的常規思路，為整個互通利用臺地展布匝道創造了條件，大大節省了匝道的橋梁規模。 同時，為了減少工程規模，主線線形可靈活布置，實施方案主線線形在初設的同向右轉曲線之間增加了左轉曲線，使主線安家河大橋形成了有利的橋位，縮短橋長410 m。

2.2 變形的互通形式

山區地形地質復雜， 部分匝道轉換交通量較小，樞紐互通立交的布設在滿足功能的前提下可拓展思路，不拘泥于固定的布置形式，根據地形和構筑物靈活布置立交線形， 匝道線形可以采用迂回式、回轉式等扁平化處理方式，根據需要而調整整個互通布置的重心，使其占據有利地形。

實施方案把對整個互通布置不利的西北象限的環形匝道調整為半直連大迂回匝道，整個互通匝道布置的重心偏移至較為開闊的東側臺地，采用單環混合形互通布設，縮短了匝道橋梁長度，降低了匝道橋梁高度，減少了橋梁工程。

2.3 線形布置與橋梁方案的綜合考慮

（1）匝道平面線形布置中盡量避免小半徑曲線與高墩橋梁路段的組合形態，以降低施工難度和工程費用。 控制小半徑曲線橋梁的墩高，便于小半徑曲線橋梁在采用預應力砼現澆橋梁結構時，支架高度控制在合理范圍。 控制高墩橋梁的曲線半徑盡量采用直線，便于高墩橋梁梁體采用預制結構，使用架橋機架設，變寬橋梁及匝道與主線連接部的橋梁線形通過調整現澆濕接縫寬度實現。

（2）交叉處線形布置盡量采用接近正交的交叉角度，或者考慮在下層兩線合分流前后設置上層橋梁的墩柱，有條件時可以考慮在中央分隔帶內設置橋墩，減小橋梁跨徑，降低梁體高度，緊湊布置匝道。實施方案的G 匝道在C 匝道、F 匝道合流前兩線之間設置橋墩，雖然交叉角度小，但仍能將橋梁跨徑控制為30 m。D 匝道、G 匝道上跨巴南廣高速均在中央分隔帶內設墩，采用了20 m 的小跨徑橋梁。

（3）巴南廣高速以2-20 m 的矩形框架橋（也可稱為明挖隧道）形式下穿巴達高速，一是降低了建筑高度，減緩了交叉處兩端的路線縱坡，減小了路基開挖深度；二是避免了常規橋梁在兩端設置橋梁伸縮縫對行車舒適性的影響； 三是縮短了施工工期，巴達高速路基段開挖后的現澆框架結構，避免橋梁的上下部結構分別施工的繁瑣工序，利于抓住巴達高速建成前短暫的時間窗口，節省了巴達高速建成后的施工期保通工程。

2.4 高墩橋梁加寬技術

實施方案克服了方案一不愿“啃”的巴達高速黑灘河大橋80.6 m 高墩橋梁加寬的“硬骨頭”，具體如下：

（1）樞紐互通式立交總體設計中將巴達高速黑灘河大橋加寬范圍控制在黑灘河東側，控制了高墩橋梁加寬的范圍；避免了搭設施工臨時便橋，便于橋梁加寬部分下部結構的施工組織。

（2）匝道連接部橋梁加寬范圍的T 梁平面布置外邊緣采用鋸齒狀方式，既適應變速車道漸變段及匝道連接部的線形要求，又適應預制梁體結構受力的需要。

（3）橋梁加寬處的新設蓋梁與既有大懸臂預應力蓋梁結構分離，不影響預應力蓋梁的受力。 新加蓋梁與既有普通鋼筋混凝土蓋梁連接成整體。 新老T 梁梁體橫向剛接，橋面連續，保證匝道連接部車輛行駛的舒適性。

（4）新加獨立墩柱與原墩柱橫系梁連接成整體，以保證墩柱穩定性要求。 新加單側雙柱在自身穩定滿足要求的前提下遵循“上連下不連”的原則。

2.5 把握交叉工程的建設時序

實施方案擬定時充分考慮了交叉工程的建設時序，充分利用巴達高速主體工程完工到建成通車運營的時間窗口，完成巴南廣高速下穿巴達高速主線和G 匝道橋梁上跨巴達高速的交叉工程，減小兩條高速公路建設和運營的相互干擾，節約了全社會投資。

3 結語

（1）綜合考慮土地受限因素和相關節地措施[1]，山區互通立交的布設在滿足互通功能的情況下應擴展思路，不拘泥于固定的布置形式，根據地形靈活布置主線交叉線位和匝道線形， 重視環境保護與自然相協調，盡量減少占地，減少工程量，降低造價。

（2）一座互通式立交方案的確定，是一漸進的過程，只有不斷對各種影響因素進行深入的分析研究，協調各方面因素，才能不斷優化，找出安全、經濟、合理的方案；可在勘察設計過程中引入第三方咨詢審查單位全過程介入，利于工程方案的不斷優化、漸近精進。