復(fù)雜條件下高速公路互通立交空間布局設(shè)計方法

段曉偉

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

互通立交作為高速公路中承擔(dān)交通轉(zhuǎn)換和樞紐作用的重要組成部分，其設(shè)計形式與項目安全和效率密切相關(guān)。近年來，隨著國家主要交通網(wǎng)建設(shè)的完成，目前待建項目普遍位于地形、地物條件復(fù)雜，空間狹小的位置，為公路的設(shè)計和建設(shè)帶來了較大的難度。以甘肅省為例，2016年以來，新建高速公路普遍位于城市人口密集或地貌環(huán)境復(fù)雜區(qū)域，且該類項目普遍具有承擔(dān)著交通走廊轉(zhuǎn)換、城市對外快速銜接、偏遠山區(qū)經(jīng)濟開發(fā)的重要作用。本文針對互通立交空間布局設(shè)計方法進行分析與研究，為設(shè)計人員提出一種新的互通立交設(shè)計思路。

1 互通立交空間布局設(shè)計要素分析

結(jié)合我國公路建設(shè)的特點和完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、建設(shè)兩個公路體系等需求，公路路線設(shè)計理念已由原來的“公路路線總體設(shè)計”改變?yōu)椤肮讽椖康目傮w設(shè)計”，通過覆蓋和統(tǒng)籌各個專業(yè)之間的內(nèi)容，從全方位、全過程提升設(shè)計質(zhì)量。但目前在互通立交設(shè)計中，主要方法為分析控制因素，依次進行立交形式選擇、匝道平縱橫及連接部設(shè)計。傳統(tǒng)方法在地形、地物、受限因素較少時具有較高的效率，但對于位于復(fù)雜路段的復(fù)雜功能性立交其適應(yīng)性較低，往往需要大量、反復(fù)地調(diào)試和修正，過程中易出現(xiàn)對有價值方案的遺漏。互通立交空間布局設(shè)計分析是對傳統(tǒng)立交設(shè)計方法的補充和加強，通過前期對資料的收集、分析，加強對互通立交空間布局的利用，讓主線、被交公路、匝道及周邊控制因素有效協(xié)調(diào)起來，最后得到立交布局及具體的形式方案。互通立交空間布局設(shè)計要素主要有以下五個方面[1-3]。

1.1 路網(wǎng)規(guī)劃

互通立交必須符合項目沿線公路及城市的總體規(guī)劃，公路交通的發(fā)展極大地改變了區(qū)域、城市間的發(fā)展模式，立交設(shè)置位置需要結(jié)合實際規(guī)劃情況，幫助緩解范圍內(nèi)的交通壓力，提高區(qū)域內(nèi)的交通轉(zhuǎn)換效率。但由于受到規(guī)劃的限制，互通立交設(shè)置位置往往受到約束，除遠郊以外，一般設(shè)置空間均較緊張。

1.2 范圍內(nèi)地形與地質(zhì)

互通立交設(shè)計時，地形與地質(zhì)情況將直接影響整體工程的造價，合理地利用地形，將有效地提高方案的經(jīng)濟性，得到與環(huán)境更加相符的方案。以甘肅隴中地區(qū)為例，該地區(qū)主要為典型的黃土地貌，受環(huán)境侵蝕影響，呈現(xiàn)出溝谷眾多、地面破碎的形式；同時，在公路建設(shè)中該地區(qū)立交設(shè)置位置處往往自然高差大，如不通過具體空間分析調(diào)整匝道設(shè)計，通常會引起匝道長度過長，填挖方工程數(shù)量過大的問題。

1.3 交通量分布情況

公路工程中交通量分布情況的分析，實質(zhì)就是對一定區(qū)間內(nèi)通行能力與服務(wù)水平的預(yù)測和評價。在互通立交設(shè)計中，交通量分布情況是決定立交空間形式的一個核心因素，主交通方向直接明確了主要方向立交匝道的基本指標(biāo)，是立交設(shè)計布局中重要的設(shè)計依據(jù)和基礎(chǔ)。分析交通量，可以得到整個互通立交各匝道間主次層次的關(guān)系。此外，交通量分布情況也直接影響主線及匝道交織段長度的大小，有效分析互通立交交通量，合理利用匝道合流及分流關(guān)系，可以有效降低整體匝道長度與規(guī)模。

1.4 控制要素

互通立交建設(shè)條件的控制要素包括地形、地質(zhì)、水文、環(huán)境敏感點、礦產(chǎn)資源、電力通訊、文物及規(guī)劃區(qū)等。對控制要素進行有效分析，可以進一步劃定立交布局空間，減少因方案過度化設(shè)計引起的資源浪費。

1.5 規(guī)范符合性要求

在互通立交的設(shè)計中，通過對路網(wǎng)規(guī)劃、地形地貌、交通量分布情況、控制要素綜合考慮，立交形式已有一個基本雛形，位置已基本確定，立交在主線中的位置，立交與立交的關(guān)系，立交與隧道、服務(wù)設(shè)施的關(guān)系，立交出口一致性等一般能夠滿足規(guī)范要求。但在設(shè)計中易忽視一些關(guān)鍵的符合性核查，例如：對于分流弊端的平縱指標(biāo)、鼻端間距、控制性凈高容易疏忽，此外，復(fù)雜立交中匝道交織段長度分析往往易遺漏。互通設(shè)計中，各因素彼此相關(guān)、影響，因此，規(guī)范符合性設(shè)計及檢查應(yīng)貫穿全過程，逐步細化，力求全面，避免后期備受設(shè)計方案的影響。

2 互通立交空間布局綜合設(shè)計方法

2.1 控制因素分析

復(fù)雜地形下的立交設(shè)計，往往是復(fù)雜地形與多控制因素綜合控制。好的立交方案在平衡各控制因素的情況下，還可以與自然環(huán)境相結(jié)合從而達到較高的景觀效果，其形式簡捷、美觀。

復(fù)雜條件下互通立交布局設(shè)計首先應(yīng)對立交所處空間內(nèi)的因素由難到易進行排列，并依次在地形圖中進行標(biāo)定。通過對控制因素的分析，可以基本得到互通立交布局范圍內(nèi)控制因素密度的相對關(guān)系，能夠劃定出立交布局設(shè)計時可用的主要區(qū)域。該過程的分析可為下一步工作提供設(shè)計依據(jù)。

2.2 主線交叉位置的選擇

通過控制因素分析得到立交布局范圍后，結(jié)合布局范圍特點，可按被交道路空間關(guān)系劃分出西、中、東三個區(qū)域，當(dāng)主線交叉位置位于三個區(qū)間內(nèi)時考察其方案可行性。該過程中應(yīng)注意主線與被交道路交叉關(guān)系的選擇，采用上跨或下穿方式應(yīng)主要考慮立交車輛運行安全、工程規(guī)模及匝道銜接難易度等關(guān)系。地形呈西北至東南方向為有利時，應(yīng)考慮主線穿越三個區(qū)域組合的可能性，以有效利用地形，如圖1所示。

圖1 地形圖

例如某項目樞紐立交位于甘肅省中部區(qū)域，主線需連續(xù)與鐵路、市政、高速形成交叉，并需與主線形成樞紐立交，最終確定了中部通過、整體上跨設(shè)計方案，如圖2、圖3所示。該方案較為全面地分析了各種組合交叉時的可能性，避免了后期審查及確定推薦方案時的方案反復(fù)[4]。

圖2 立交位置選擇示意

圖3 主線交叉形式思路

2.3 立交空間和匝道的布局

如圖4、圖5所示，主線交叉位置與交叉關(guān)系確定后，可借助主線位置來確定匝道與立交形式的基本分區(qū)（SECTION 1-4），并一次對四個象限內(nèi)的控制點及規(guī)模進行分析，由主到次進行標(biāo)定，并結(jié)合各方向主匝道，依次確定各象限內(nèi)匝道布局空間和匝道形式，對交通量與規(guī)范符合性試算后，按照主匝道方案組合得到具備價值的初步立交比選方案。該過程可提高立交形式確定的效率，避免遺漏有價值的形式方案。

圖4 交叉象限劃分

圖5 匝道常用形式

2.4 立交方案可行性計算、比較與分析

對已得到的方案中個別困難段落、斷面進行核查，防止出現(xiàn)明顯問題方案，并比較幾個得出的方案，分析交織段長度、指標(biāo)、規(guī)模及實施難度，通過比選得到最終推薦方案。

2.5 立交推薦方案的確定及細化設(shè)計

基于推薦方案進一步優(yōu)化各匝道平、縱面指標(biāo)，保證數(shù)據(jù)均衡，同時，針對立交設(shè)計的重大事項進行復(fù)核，如跨線處凈高、匝道超高、加寬設(shè)置，接坡數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等內(nèi)容，并列出負面清單，填寫核查內(nèi)容及情況，保證推薦方案準(zhǔn)確、無誤。

3 結(jié)束語

（1）基于高速公路復(fù)雜地形條件下，互通立交的設(shè)計應(yīng)注重控制因素、交叉位置、匝道形式的靈活選擇，綜合考慮并協(xié)調(diào)各因素，提出符合該互通立交的設(shè)計思路與原則。

（2）立交設(shè)計中應(yīng)注重立交布局空間的劃定和選取，并對各空間方案主要特點進行總結(jié)歸納，避免方案遺漏和無效方案過度深入。

（3）確定主線位置后，應(yīng)確定各方向主匝道，合理排序控制因素，結(jié)合交叉象限，靈活選擇匝道形式與指標(biāo)，合理控制方案造價。

（4）互通立交方案確定后，細化設(shè)計并進行重大事項清單核查，保證方案經(jīng)濟技術(shù)可行性。