既有高速公路增設樞紐設計研究

王添榮

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司 太原市 030032)

近年來，隨著城市建設區的擴大和高速公路路網不斷補充完善，既有高速增設立交的情況越來越多。地方路網對進入高速的便捷性要求提高，需要增加互通出入口；新增高速公路與既有路網交叉增多，需要增設樞紐立交。既有高速公路增設樞紐一般工程規模更大，面臨的技術困難也更多，需要仔細研究。

1 項目概況

太原繞城高速公路義望至凌井店段(太原西北二環高速公路)，是國家高速公路網中京昆高速公路的太原過境段。該項目為規劃中的太原都市圈提供快速便利的交通運輸服務，對完善國家高速公路網和山西省高速公路網有重要作用。本項目按雙向四車道高速公路標準建設，設計速度采用80km/h，路基寬度25.50m。被交路為青銀高速與京昆高速共線段，設計速度120km/h，路基寬度28.5m(雙向六車道)。高速公路之間的立體交叉，應為樞紐互通式立體交叉[1]。

項目起點位于呂梁市交城縣義望村東，銜接京昆高速公路(G5)、青銀高速公路(G20)的共線段，形成十字交叉，需要在項目起點設置清徐南樞紐。樞紐選址區屬于山前平原區，地形開闊、平坦，地表沖溝不發育；地表巖性為第四系沖洪積粉土、粉質黏土、中細砂、圓礫等。地面坡度向山前盆地中心傾斜，地下水位埋深較淺，地表植被以農作物為主。

方案研究初期考慮路網規劃和通行效率，將起點選在京昆高速與青銀高速交通流轉換節點義望樞紐，見圖1。采用全部利用原有匝道，新增部分轉向匝道的改造方式，實現十字交叉各方向的交通轉換。但由于現狀義望樞紐周邊村莊、廠礦密集，以此樞紐為節點，路線方案穿過規劃的工業園區，地方政府無法接受。最終將交叉節點選在義望樞紐東北約3km的清徐南互通處，通過改造及增設部分轉向匝道，將現有清徐南互通和義望樞紐組合為復合式樞紐立交，實現本項目與被交高速公路的交通轉換。

圖1 既有高速公路立交設置現狀圖

2 交通量分析

在現狀高速舊路增設樞紐后，路段轉向交通量如圖2所示。該樞紐交通量轉換要求較為特殊，本項目西二環主線(古交方向)在現有清徐南互通位置，形成帶出入口的十字交叉，實現部分交通流轉換和清徐縣車輛的出入需求；在義望樞紐位置仍然為T型交叉，實現青銀高速與大運高速(南環)的車輛轉換。

圖2 復合式樞紐轉向交通量示意圖

3 樞紐方案設計研究

原有的清徐南互通，為A型單喇叭互通。A匝道為設計速度50km/h，路基寬度15.5m的雙向雙車道；B、C、D、E四條單向匝道設計速度40km/h，路基寬度為8.5m；環形匝道最小圓曲線半徑60m，匝道設置三跨現澆連續箱梁上跨主線，設置“四進六出”共十條收費車道。義望樞紐是一處單喇叭型樞紐，該樞紐實現了青銀高速與大運高速的交通分流。太原二環高速在此段落增設樞紐，必須要考慮現有兩處立交的功能，合理改造，利于現有匝道，還需保證改造期間主線的通行能力。

3.1 方案一

結合本樞紐和清徐南互通的服務水平及地形條件，采用部分利用原有互通匝道的變異苜蓿葉樞紐形式。在部分保留匝道及收費站的前提下，改造清徐南互通半定向左轉E匝道，另外增設7條匝道，成為全互通立交加高速出入口的樞紐形式，見圖3。

圖3 方案一線位圖

新增7條匝道為：

F匝道為古交去往汾陽、祁縣方向，設計速度60km/h，路基寬10.5m(單向雙車道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3.399%。起點順接本項目主線西環高速，上跨L匝道后匯入青銀高速，采用雙車道直接式加速車道，加速車道終點距離現有義望樞紐減速車道起點491m，需要設置貫通的輔助車道。

H匝道為古交去往太原方向，設計速度60km/h，路基寬度10.5m(單向雙車道)，圓曲線最小半徑240m，最大縱坡3.523%。起點與F匝道采用匝道分流設計，下穿J匝道后上跨青銀高速、A匝道、C匝道，最后向北匯入青銀高速。

J匝道為汾陽、祁縣去往古交方向，設計速度60km/h，路基寬度10.5m(單向雙車道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3.882%。起點采用雙車道直接式減速車道，減速車道起點距離現有義望樞紐加速車道終點634m，需要設置貫通的輔助車道。J匝道上跨B匝道、青銀高速、H匝道、L匝道后，與G匝道采用主線合流設計后，向西匯入西二環高速。

G匝道為太原去往古交方向，設計速度60km/h，路基寬度10.5m(單向雙車道)，圓曲線最小半徑400m，最大縱坡2.762%。起點采用雙車道直接式減速車道，終點與J匝道采用主線合流設計。

L匝道為古交去往清徐收費站方向，設計速度50km/h，路基寬度9m(單向單車道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3.85%。起點采用單車道直接式減速車道，下穿F匝道、J匝道，上跨青銀高速后，與原收費站匝道順接。

N匝道為清徐入口車輛去往古交方向匝道，設計速度50km/h，路基寬度9.0m(單向單車道)，圓曲線最小半徑180m，最大縱坡2.893%。起點由A匝道分流，上跨P匝道后，匯入G匝道。

P匝道為封閉原互通E匝道后，新增的太原去往清徐出口方向匝道，設計速度50km/h，路基寬度9.0m(單向單車道)，圓曲線最小半徑130m，最大縱坡4%。起點與G匝道分離，下穿N匝道后，從左側匯入L匝道。

本樞紐施工時，由于設置了輔助車道，需要將主線加寬，影響正常通行，施工時要做好完善的交通組織工作，完善保通安全設施。

3.2 方案二

方案二統籌考慮了原有清徐南互通的出入功能、既有兩處立交的交通轉換功能和青銀大運共線段的通行能力，將交叉高速的直行車道分離設置。該方案涉及到的高速公路主線形成錯位交叉，共用路段約3km，按照《公路立體交叉設計細則》的要求，高速直行車道應各自保持連續，且分開設置[2]。結合現有清徐南互通和義望樞紐位置，以及該節點各轉向交通量，方案二采用復合式變異苜蓿葉樞紐形式。

方案二在保留原有互通匝道、匝道收費站、青銀和大運共線段主線的前提下，局部改造清徐南互通匝道，重新連接義望樞紐H匝道，另外再新增9條匝道，改造為如圖4所示復合型苜蓿葉樞紐形式。

圖4 方案二線位圖

方案二的西二環主線按分離式路基設置A匝道、B匝道，設計速度60km/h，路基寬度均為12.75m。兩匝道并行青銀高速主線向南跨越現有義望樞紐后，通過設置加減速車道匯入現大運高速主線(南二環)，在大運主線設置輔助車道。清徐南互通新增匝道C、D、E、F、G，實現該節點的交通轉換和上下高速功能；在現有義望樞紐位置，設置匝道H、I、J實現青銀高速與大運高速交通轉換。方案二新增及改造匝道如下：

A匝道、B匝道為二環高速主線的延續，實現了南二環和西二環的貫通，匝道采用寬12.75m的分離路基，設計速度60km/h。兩匝道在青銀高速兩側并行現有高速公路主線，不需對舊路加寬改造。

C匝道利用現有清徐南互通出口，為太原方向車輛去往清徐南收費站匝道，設計速度40km/h，采用單車道出口的雙車道。匝道設置1-60m簡支鋼箱梁橋跨越青銀高速主線后，進入清徐南收費站。

D匝道由B匝道分流，為西二環古交車輛去往清徐南收費站方向匝道，設計速度40km/h，采用單車道出口的雙車道，連續跨越匝B、匝A、青銀主線，最終通往清徐南收費站駛離高速。

E匝道為清徐南收費站去往古交方向匝道，設計速度40km/h，路基寬度為9.0m(單向單車道)，跨越C匝后匯入A匝。

F匝道為由西二環古交去往太原方向匝道，設計速度40km/h，圓曲線最小半徑80m，最大縱坡3.8%。起點順接D匝道，連續上跨A匝道、青銀主線后，采用單車道加速車道向北匯入青銀高速主線。

G匝道為青銀高速太原去往西二環古交方向匝道，設計速度40km/h，圓曲線最小半徑130m，最大縱坡3.9%。起點由C匝道分流，匯入E匝道去往西二環古交方向。

H匝道為青銀高速汾陽去往大運高速祁縣方向，可利用原義望樞紐匝道輕微改造。匝道設計速度40km/h，路基寬度9.0m(單向單車道)，圓曲線最小半徑253m，最大縱坡2.4%。起點為原義望樞紐祁縣方向匝道的中段，終點與本方案B匝道合流。

I匝道為西二環古交方向去往青銀高速汾陽方向匝道，設計速度40km/h，路基寬度為9.0m(單向單車道)，圓曲線最小半徑200m，最大縱坡3.6%。起點接西二環分離式路基主線匝B，終點匯入青銀高速去往汾陽方向，設置加速車道匯入主線交通流。

J匝道為青銀高速汾陽去往西二環古交方向匝道，設計速度40km/h，路基寬度10.5m(單向雙車道)，圓曲線最小半徑300m，最大縱坡3.6%。起點設置減速車道從青銀高速主線分流，連續上跨H匝、B匝、義望樞紐大運主線、A匝，最終與A匝道合流，去往西二環古交方向。

3.3 方案比選

方案一優點為保留了原有高速出入口，用地少，功能基本滿足使用要求，工程規模較小，造價較低。缺點是沒有完全利用原有互通匝道，建設中需暫時封閉高速出入口，需要加寬主線路基和橋梁較多，影響改造期間主線通行。青銀大運主線共線段、義望樞紐交通壓力更大，易形成局部交通瓶頸。

方案二優點為保留了原有高速出入口和原有互通立交，二環主線采用分離設置，對既有高速公路主線改造強度低，滿足規范錯位交叉互通立交的設計要求，使用功能較好，對原有高速共線段和義望樞紐不造成進一步的壓力，施工期間對主線通行影響較小。缺點是橋梁眾多且結構復雜，工程量較大，新增占地較多，造價較高。

方案一和方案二技術指標及主要工程量比較見表1。

對本樞紐從使用功能、交通流優化、工程規模、對原有公路設施利用和改造強度等方面綜合比選分析，認為方案二優于方案一，推薦復合式變異苜蓿葉樞紐方案。

4 結語

既有高速公路新增樞紐立交，應當合理配置路網節點，優化交叉道路的車輛轉換方案，盡量采用新建的方式，謹慎采用復合式樞紐。復合樞紐新增匝道時要分清主次交通流，交叉跨越方式要理順并優化，原有立交匝道及出入口應充分利用，還必須兼顧

表1 清徐南樞紐方案技術指標對比表

保障改造期內的舊路通行能力。對立交方案的比選，也應從整個區域路網結構來分析，以功能最優為第一原則，不可簡單地以工程代價高低做方案取舍。本項目在現有道路環境復雜，匝道布線影響因素較多情況下，統籌考慮現有立交，優化形成了結構緊湊，占地集中，功能完善的樞紐方案，較好地解決了該項目樞紐設計節點難題，可為類似情況立交的設計提供參考。