高速公路復線擴容的五肢互通式立交探討

■王祖華 李光白 韓武民 姜永偉

（1.四川公路工程咨詢監理有限公司，成都 610041；2.中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043）

我國早期修建的高速公路正逐步進行擴容建設，高速公路擴容采用新建復線的方式將導致線路密度增加。 互通式立交的間距近、改造難度大，因此相鄰線路上的互通式立交如何統籌整合改造，適應地形、地物關系，在滿足功能的條件下達到技術經濟合理性要求，是高速公路復線擴容項目互通式立交方案設計的技術關鍵。

一般當2 個互通式立交不滿足極限最小間距等特殊條件時，需通過輔助車道、集散車道將2 個互通立交的所有出入口或主要出入口串聯起來而組合成復合式互通立交。 但我國現行交通行業標準和規范中有關復合式互通式立交設置方面的規定僅是針對某些特定模式，未完全涵蓋和梳理實際工程中的諸多復雜組合的復合式互通式立交。 因此，本文結合工程實例，對3 條高速公路構成小三角形構型中的五肢互通式立交等復合式互通立交進行分析，以期為類似工程設計提供參考。

1 復合式互通式立交的特點

復合式互通式立交與立交間距有著很大關系[1]，立交間距指兩條橫向道路和主線交叉，兩交點的距離D，對于近距離的互通式立交的間距主要關注兩立交凈距離D0（圖1）。

圖1 互通式立交間距示意圖

規范[2]規定：相鄰互通式立體交叉的最小間距，不宜小于4 km。 因路網結構或其他特殊情況限制，經論證相鄰互通式立體交叉的間距需適當減小時，其上一互通式立體交叉加速車道漸變段終點至下一互通式立體交叉的減速車道漸變段起點間的距離，不應小于1 km；小于1 km 且經論證必須設置時，應將兩者合并為復合式互通式立體交叉。

1.1 互通式立交之間的連接方式

按照立交間距的不同，兩座相鄰的互通式立交之間的連接方式有以下4 種類型：（1）以主線連接；（2）以輔助車道連接；（3）以集散車道連接；（4）直接設置為一座多肢交叉的互通式立交。 第（4）種類型可以為三肢變四肢，如一個T 形樞紐與一般互通立交（也稱為落地互通）集合成帶落地功能的十字形樞紐互通；也可以為四肢變五肢互通，六肢以上的互通在實際中極少。 規范中一般稱類型（2）、（3）為復合式互通式立交；行業實際中也把類型（4）中交叉點并非集中一處的五肢以上的多肢互通籠統稱為復合式立交。 五肢互通式立交等復合式互通立交存在集散車道上的交織和匝道上的多出口選擇，交織運行影響運行中的流態， 標志設置困難且不易識別。高速公路互通式立交總體布置時，應采用合理間距，不得已的情況下才采用復合式互通立交。

1.2 互通式立交之間的復合類型

復合式互通立交中的兩座互通式立交有以下3 種：（1）一般互通式立交與一般互通式立交復合；（2）樞紐互通式立交與一般互通式立交復合；（3）樞紐互通式立交與樞紐互通式立交復合。 一般互通式立交與一般互通式立交復合可以由1 處一般互通式立交加2 條連接線配置著手解決， 或者集合成1座樞紐互通分別服務高速公路兩側的不同地方。大多數工程實際情況為高速公路一般互通式立交與樞紐互通式立交的復合，樞紐互通式立交與樞紐互通式立交的復合較少采用。

2 3 條高速公路構成小三角形構型的復合式互通立交設計

3 條高速公路構成小三角形構型的互通立交群，存在2 處互通（含復合式互通）+1 處分離式的組合形式、五肢互通式立交，以及前述幾種類型的不同組合。

G5 京昆高速公路綿陽至成都段擴容項目在既有的G5 京昆高速公路東側新建雙向八車道復線（以下簡稱G5 復線）， 大部分段落的二者間距為3.3～8 km。G5 復線在綿陽永明至關帝范圍內與既有的綿陽南環線高速公路共線， 綿陽南環線由雙向4 車道擴建為雙向8 車道，G5 復線與該區域的綿遂、綿西（綿陽南環線）高速公路系統構成復雜的組合關系。 基于主線線位選擇[3]，擬定4 個主線交叉線位及配套的復合式互通方案進行研究。

2.1 方案一： 五肢樞紐互通+2 處一般互通+輔助車道復合

該方案G5 復線緊鄰既有永明樞紐的北側，上跨綿遂高速，改造擴建既有永明樞紐由四肢互通為五肢互通，繼續向西南布線，經永明鎮南側后與既有綿陽南環線共線，并設置永明落地互通（圖2）。五肢樞紐互通距離綿遂高速上既有松埡互通距離較近，二者間新增輔助車道進行處理。 該方案主線較為繞行，橋梁等工程規模大、征地拆遷規模較大，對既有永明樞紐進行改擴建， 施工期間保通壓力較大，且均存在不同程度的報廢工程。

圖2 方案一：五肢樞紐互通+2 處一般互通由輔助車道復合

2.2 方案二：分離式+2 處樞紐互通+一般互通+輔助車道復合:

該方案G5 復線緊鄰松埡互通南側， 主線上跨綿遂高速， 不改造既有永明樞紐互通及松埡互通，通過新增永明樞紐實現與綿遂、綿西高速的交通轉換，永明鎮附近的交通流通過永明互通可上下本項目，進而通過轉換上下綿遂及綿西高速（圖3）。本方案征地拆遷壓力較小，工程規模較小，且對既有永明樞紐及松埡互通不影響，報廢工程較少且施工期間的保通壓力較小，但各方向均存在不同程度的繞行，社會運營成本較大。

圖3 方案二：分離式+2 處樞紐互通+一般互通+輔助車道復合

2.3 方案三：一般互通+樞紐互通集散車道復合+2處樞紐互通

該方案路線A1 線將G5 復線向西遠離既有永明樞紐布置，較好地避免了對既有永明樞紐互通的改造，而轉向與A 型單喇叭的松埡互通進行復合改造，改造松埡互通期間可由北側的綿陽二環互通和綿鹽路保通(圖4)。 A1 線永明復合樞紐互通交叉中心與綿鹽路干擾大，立交層次多，既有松埡互通的占地及交叉工程利用度不高。

圖4 方案三：一般互通+樞紐互通集散車道復合+2 處樞紐互通

2.4 方案四：五肢樞紐（含一般）互通+1 處樞紐互通+1 處半樞紐

在A1 線的基礎上，G5 復線適當向南調整，避免永明樞紐互通交叉中心集中在綿遂高速公路上跨綿鹽路節點處，減少立交層數，減少橋梁工程規模。 充分利用既有松埡互通的交叉工程和收費廣場已征地，減少了綿鹽路兩側已街道化的大片房屋拆遷。 永明樞紐互通與落地互通復合，構成五肢互通，落地互通連接線設置為2 條，分別與永明鎮、松埡鎮方向連接，實現永明互通和松埡互通功能的合二為一。 綿遂高速、綿陽南環線、G5 復線三條高速公路圍合成小三角形構型，依照最短路徑原則，三角形構成的內環無需轉換，新增永明樞紐不需考慮成都與遂寧方向的2 條匝道設置，永明樞紐2 不需考慮廣元與西充方向的2 條匝道，既有的永明樞紐中的九寨溝與成都方向的2 條匝道作為冗余匝道，只起到車輛誤行的容錯功能(圖5)。

圖5 方案四：五肢樞紐（含一般）互通+1 處樞紐互通+1 處半樞紐

2.5 方案比選

重點對方案三、方案四進行同精度研究比選（表1），結果顯示，方案四相對于方案三橋梁減少3.89 km,填方減少約53.1 萬m3、挖方減少約22.0 萬m3，占地減少約16.53 hm2，造價節省2.44 億元。

表1 方案三與方案四經濟效益比較分析

3 五肢互通式立交方案的技術特點

3.1 交通量的適應性

五肢互通式立交存在集散車道或匝道上的交織和匝道上的多出口選擇，交織運行影響轉彎運行中的流態，其適應交通量水平不宜過大。 永明樞紐+落地互通已處在綿陽城市北部邊緣，2041 年預測轉換交通量總計1860 pcu/h，最大交通量方向廣元至九寨溝為405 pcu/h， 其次成都至九寨溝為174 pcu/h，其余方向的交通均在94 pcu/h 以下。 互通各轉向交通量均不大，采用五肢互通式立交較為適應。

3.2 連續出入口間距

在主線出口匝道范圍， 要使駕駛人還沒有擺脫在主線上快速行駛的高速感（行駛慣性），即使在減速車道上也不能完全減到匝道設定圓曲線半徑適應的設計速度，所以出口匝道不宜突然出現小半徑，而應設有一定的緩和行駛路程， 為了保證有足夠的緩和行程， 有必要在減速車道終點處設置一段使駕駛人能夠適應車速變化的緩和路段， 此段范圍內隨車速的降低而逐漸減少曲線半徑，以確保交通安全。

在匝道收費站進入匝道的范圍，駕駛人有個逐漸加速感覺，相應的匝道連續出口間距要求是可以小于主線連續出口間距的。 目前路線規范對于匝道上的連續出口間距是沒有明確的，《細則》[4]僅給出匝道上相鄰合流鼻端最小間距。 從偏安全來說，本五肢復合互通匝道出入口間距均采用路線規范中的匝道上的相鄰出口或入口的間距要求進行控制。

3.3 集散道上交織區分析

根據《細則》[4]規定，互通式立體交叉匝道、分流區、合流區、交織區和集散道的設計服務水平可比主線低一級，但不應低于四級。 影響集散道通行能力的關鍵是交織區，交織區的通行能力又取決于交織區構造、長度和交織車道數。 當交織區幾何設計完成以后， 根據交通量分布和交織區幾何構造等，經通行能力驗算，可檢查其設計是否滿足通行能力要求，當不能滿足通行能力要求時，應增加交織區長度、交織車道數，或調整幾何構造。

由于轉換交通量小，各條匝道組合設置的自由度較大，為了盡量消除互通式立交中的交織，永明樞紐主體部分的兩環形匝道由初設的相鄰象限調整為對角象限。 永明樞紐J 匝道為集散車道，J 匝道上存在P 匝道合流及C 匝道分流（圖6），仍存在一處交織區，交織區長度為217.23 m。 經計算，交織區密度為6.68 pcu/km/ln， 平均運行速度53.81 km/h，服務水平評價為二級，滿足規范要求。

圖6 永明樞紐交織區示意圖

3.4 匝道的冗余與簡化

關于永明（松埡）至成都方向右轉彎匝道Q 的布置， 雖然該方向匝道也可利用既有的永明樞紐（綿遂高速+綿陽南環線）實現，但相對于直接通過右轉彎匝道的繞行距離較長， 長期車輛運行成本高，對于路網提升功能不足。 基于綠色建設理念，并突出全壽命思想，補全永明（松埡）至成都方向右轉彎匝道，布置整個互通式立交（圖7）。

圖7 永明樞紐交織區示意圖

維持既有永明樞紐互通的8 條匝道，也可以作為其他2 處互通節點小三角形內邊轉換的簡化后的匝道的冗余，使其他節點部分匝道誤行后能再次選擇方案行駛，體現寬容設計的理念。

3.5 復合式立交交織段長度

規范[2]11.1.10 條規定復合式互通式立體交叉的交織段長度不應小于600 m，其連接可采用下列3 種方式：（1）采用輔助車道將2 處互通式立體交叉的相鄰出入口直接連通。 （2）采用與主線分隔的集散車道將主線一側所有的出口和入口連通。 （3）采用分離車道，形成2 處互通式立體交叉間無交織運行的方式。

該條款對于輔助車道對應的主線側交織流和集散車道對應的匝道內交織流采用統一的600 m 的交織段長度作為硬性規定，對于運行速度為40 km/h 匝道內交織長度計算結果偏差過大，顯得過于嚴格，這與小交通量的苜蓿葉形兩環形匝道之間的交織長度的實際情況也不吻合，建議規范對交織長度的要求，根據主線側和匝道內的2 種狀況分別作要求。

4 結語

（1）高速公路復線擴容增加了路網密度，減小了互通間距，大型復雜互通立交越來越多，與既有互通如何重構成新的互通立交，其方案設計研究通常是擴容項目設計的重難點工作。 在充分利用原互通的占地、結構物等路域資源的前提下，因地制宜進行方案研究和設計，經綜合比較論證，五肢互通可能是極具價值的方案。 （2）隨著駕駛人員使用導航軟件輔助行駛越來越普及，車路協同的智慧交通的提升，使大型多肢互通立交對于行車路徑指示復雜的問題得到改善，提升了交通轉換效能和行車安全性。