山區高速公路互通立交克服大高差設計探討

馮紹偉

（中交基礎設施養護集團有限公司,北京 100011）

山區高速公路互通式立交設計技術復雜、占地較大、建設成本較高、形式較多,尤其是需克服高速公路主線與地方道路高差較大,展線空間有限,互通平、縱布置受規劃、地質、地形等控制因素眾多的落地互通。本文針對山區高速公路主線與地方道路高差較大的互通立交設計中的幾個設計要點進行研究分析,在保證互通立交安全的基礎上,提出解決大高差問題的可行方法,提高高速公路互通設計的可實施性與實用性。

1 大高差山區高速公路互通設計要點

1.1 互通形式選定

大高差山區高速公路互通設計中應根據規劃、前一階段研究成果等,結合交通量、現場情況,因地制宜的選擇合擇合適的互通形式。為便于展線、盡量節省設計空間,大高差山區高速公路互通設計常用的互通形式及其特點如下：

喇叭形：兩左轉彎匝道分別為半直連式和環形的三岔互通式立體交叉。設計中應用較為靈活,過收費站后,可采用二、三級路的互通連接線,采用適合的設計速度、平縱線形,展線降坡。喇叭形互通為設計中最常用互通形式,造價較低服務性較好。

圖1 單喇叭互通示意圖

T 形：主線保持整體式橫斷面,左轉彎匝道采用半直連式的三岔互通式立體交叉。T 形互通可適當“壓扁”,布設時可利用收費站后互通連接線降坡展線,適用于單側地形陡,或場區狹長地帶。

圖2 T 形互通示意圖

菱形：主線側出口和入口均采用直連式匝道、在被交叉公路側采用平面交叉的一種互通式立體交叉形式。菱形立體交叉可保證主干道上直行車流快速通行,并具有較高標準的進出口,結構簡單,占地小,投資少。匝道與次要道路的連接處存在兩處平面交叉,通行能力也受到限制。菱形互通適合占地緊張、交通量不大的道路交叉。

圖3 菱形互通示意圖

簡易形：對于一向交通量小可忽略,另一向交通量較大的互通,或高速公路終點與地方路相交的互通,可僅考慮主交通流向匝道交通轉換,忽略次交通流向轉換。利用定向與半定向匝道結合收費站、互通連接線形成半互通。

圖4 簡易形互通示意圖

1.2 匝道設計通行能力

大高差山區高速公路互通設計時,通行能力大多都是由匝道的基本路段、平縱面指標較小段和交織區的通行能力決定的,一般都選擇以上三點中的最小通行能力。此類互通匝道設計的通行能力也會深受主線分合流區通行能力的影響。在設計匝道通行能力的實際過程中,主要分析主線變速時車道和漸變段的長度、豎曲線半徑和分流點曲率半徑,另外,還可以在實際交通量的基礎上,盡量采用較高的平曲線半徑,從而將匝道的質量進行提高,防止交通瓶頸的產生。大高差山區高速公路互通設計時過收費站后設計為中低等級標準的互通連接線,增強互通的降坡效率,增加互通方案的可行性。

1.3 匝道設計速度

為了保障有穩定的行車速度,設計時須設計好道路的幾何線性,同時考慮超高、視距等因素。現階段我國的設計速度是以《公路路線設計規范》JTGD20-2017 和《城市道路路線設計規范》CJJ193-2012 作為設計依據和設計標準。匝道設計速度范圍為30-80km/h,一般選取40 km/h、60 km/h、80 km/h。主線、匝道設計速度依據交通量,通行條件適當選取。大高差山區高速公路互通設計考慮其為落地互通,山區轉向交通需求一般不大,其縱坡一般較大,為保證安全與工程規模一般選取較低的匝道設計速度,可選取30km/h、40km/h、60km/h 的設計速度。

1.4 匝道平縱設計要點

大高差山區高速公路互通設計時,平縱設計要依據規范采用合適的平曲線與縱斷面設計。在保證工程規模可接受的基礎上,采用較高的平縱指標,以充分保證運行安全和舒適。為充分控制工程規模,平面設計平曲線半徑符合規范要求情況下,最大縱坡控制在一般最大值左右,以快速降坡,降低工程規模。

為保證大高差山區高速公路互通安全運行,匝道平縱設計時應注意平縱配合,豎曲線盡量在一平曲線范圍之內,以保證視距。在分合流處應保證平、縱符合平曲線曲率半徑與豎曲線半徑要求。

大高差山區高速公路互通設計時,縱斷面設計常常以降坡為主要目的,通常平曲線需隨縱面標高反復調整確定。其匝道布設空間受限,回頭彎、小半徑曲線應用較多,也可應用螺旋曲線小范圍內集中降低高差。

1.5 匝道超高加寬設計

大高差山區高速公路互通設計時,匝道的超高需要與匝道的行駛速度相匹配。一般在收費站范圍內,匝道車輛的速度降低,匝道一般不超高或橫坡保持在2%,在靠近分流與匯流處時,一般以主線超高值為準。超高宜在緩和曲線上完成,超高設計時注意超高漸變率的控制,平面設計時就應該考慮超高漸變率的大小,不應設置較短的緩和曲線。同時漸變率較小時可能影響排水設計,可采用部分緩和曲來增大超高漸變。互通設計時最大超高一般選取6%,但在某些山區高速,大高差互通設計時,需要應用小半徑平曲線,可根據當地設計習慣,結合全線設計指導意見,最大超高選取8%。

2 云南保瀘高速終點大高差落地互通設計

2.1 互通設置概況

圖5 小沙壩互通平面圖

小沙壩互通設在瀘水縣小沙壩村附近,連接省道S228,為保瀘高速設計終點互通,主要為滿足福貢貢山方向在瀘水縣城外直接出入本項目的功能要求。互通西側為山體,東側為怒江,互通沿江邊山體布設,地形陡峭,布設空間有限。保瀘高速主線與被交路S225 相對高差較大（約76.12 米）,根據區域鄉鎮規劃和路網分布情況,結合地形,宜采用形式簡單的互通類型。

本互通單向單車道匝道寬9m,對向分離式雙車道全寬16.5m,B、C 匝道設計速度采用40km/h,互通A 匝道在AK0+655.984 之前按40Km/h 的速度設計,AK0+655.984 樁號之后按連接線設計,寬度為10m,采用二級公路標準設計,設計速度采用60Km/h；被交路（省道228）,改移全寬10m,采用二級公路設計標準,設計速度為40km/h,其斷面布置為：2×3.5m行車道＋2×0.75m 硬路肩＋2×0.75m 土路肩。

2.2 互通形式的選定

本互通位于項目終點,僅有單向交通量,保瀘高速主線與被交路S225 相對高差較大（約76.12 米）,根據區域鄉鎮規劃和路網分布情況,結合地形,設計時采用部分形互通。

2.3 匝道橫斷面設計

2.3.1 主線

圖6 主線標準橫斷面示意圖

主線路基標準橫斷面寬度分別為25.5m,其中分幅單幅度為12.75。其斷面布置為：2.00m 中央分隔帶＋2×0.5m 左側路緣帶＋2×3.75m 行車道＋2×3.0m 硬路肩（含2×0.50m 右側路緣帶）＋2×0.75m 土路肩。

2.3.2 匝道

圖7 單向單車道匝道標準橫斷面示意圖

單向單車道匝道（B、C 匝道）,路基寬度9.0m,橫斷面布置為：從左至右依次為0.75m 土路肩+1.0m 硬路肩（含0.5m路緣帶）+3.50m 行車道+3.0m 硬路肩(含0.50m 路緣帶)+0.75m 土路肩。

圖8 對向分隔式雙車道匝道標準橫斷面示意圖

對向分隔式雙車道匝道（A 匝道）,路基寬度16.5m,橫斷面布置為：從左至右依次為0.75m 土路肩+3m 硬路肩+3.50m 行車道+2m 中央分隔帶+3.50m 行車道+3m 硬路肩+0.75m 土路肩。

2.3.3 連接線

圖9 對向雙車道連接線標準橫斷面示意圖

對向雙車道匝道（互通連接線）,路基寬度10m,橫斷面布置為：從左至右依次為0.75m 土路肩+0.75m 硬路肩+2×3.50m 行車道+0.75m 硬路肩+0.75m 土路肩。

2.4 互通匝道設計速度選定及平縱設計

根據地形地物特征,結合構造物布設方案,主線上跨,B匝道下穿主線。互通區范圍內右線最大縱坡2.7%、左線最大縱坡2.95,豎曲線半徑采用5000m（右線）、5000m（左線）。匝道縱斷面設計時,首先保證分、合流鼻處匝道與主線或匝道的縱坡能順適相接；其次結合填挖工程量要求,遵循能緩則緩,平縱組合合理的原則設計。匝道最大縱坡3.95%（B、C 匝道）,最小豎曲線半徑凸形采用1030.93m（C 匝道）,凹形采用1500m（C 匝道）。A 匝道收費站前為對向分隔式雙車道匝道設計,采用16.5 米橫斷面,最大縱坡3.95。A 匝道收費站后為對向雙車道連接線,采用10.0 米橫斷面,最大縱坡5.76%。

互通區范圍主線最小平曲線半徑為1300m,匝道最小平曲線半徑為70m。減速車道采用直接式,流出角不大于1/20弧度；加速車道采用平行式。減速車道最小長度113.596m,漸變段長80.262m；加速車道最小長度216.034 米m,漸變段長70 m。

平縱線形指標如表1 所示。

表1 平縱線形主要技術指標表

圖10 小沙壩互通平面線位圖

為盡可能快速降低高差,本互通匝道平面采用螺旋展線設計,為符合國人開車習慣,螺旋匝道下坡向采用左舵左轉的方式。

縱斷面克服互通區約76.12 米高差,各匝道、連接線由起點至終點,采用陡緩結合的形式降坡。

2.5 互通立交匝道超高加寬設計

2.5.1 超高

最大超高8%,土路肩橫坡為4%不超高。

2.5.2 加寬

二級公路圓曲線半徑小于或等于250m 時,應設置加寬。設計時速60km/h 的二級公路應采用第3 類加寬值。

超高加寬過渡段均在緩和曲線內完成（表2）。

表2 圓曲線加寬值表

結束語

互通設計作為連接公路與公路、公路與城市道路之間的重要轉換節點,在實際設計中需充分考慮各類因素對其影響。山區高速大高差互通設計難度較大,互通設計時需結合周邊的地形、地質狀況,結合互通選型、設計速度、通行能力、視距、超高加寬、收費站及管理區等設計要點,提出切實可行方案。在設計過程中要克服大高差、設計空間狹小的限制,合理利用平縱線形,同時兼顧其使用時效性、周期性以及交通轉換能力、服務水平等,反復論證分析設計出平面、縱斷面、橫斷面布設方案,確保所設計互通的科學合理以及可以被安全使用,力爭設計出安全實用、功能完善、經濟效益高的互通立交。