城市現狀立交節點改造設計中遇到的問題及應對措施

艾 偉

(深圳市市政設計研究院有限公司合肥設計院，安徽 合肥 230000)

0 前 言

鄭州市北三環，是鄭州市主城區“兩環三十一放射”快速路系統中重要組成部分，隨著交通量的日益增大，北三環高架橋交通壓力空前，本次研究的北三環彩虹橋段及京沙快速路組合立交節點，又是北三環的咽喉部位，也是北三環最大堵點，因此完善北三環彩虹橋段及京沙快速路立交的交通功能，消除現狀交通瓶頸，解決擁堵問題，意義重大[1]。

1 項目研究背景

就目前來看，三環線主要承擔的是過境交通以及環內車輛交通分流轉換的職責，為了能夠更好地實現30 min市內交通圈的規劃，在相關文件當中，構建了環加放射的中心城區快速路系統，北三環正是整個系統當中非常重要的一個環節，承擔著城市日益增長的交通需求。

北三環彩虹橋及京沙快速路立交是北三環中心城區段的一個咽喉節點，現狀彩虹橋是于1994年正式建成通車，目前為止已經運營了多年。伴隨著鄭州經濟的不斷發展，過橋重載交通開始急劇增加，這也給彩虹橋的結構帶來了不同程度的損傷。根據兩次荷載試驗檢測結果，評定彩虹橋主橋結構剛度現狀與設計狀態發生明顯改變，強度不能滿足設計荷載汽-超20級的要求，橋梁結構存在較大安全隱患；2019年8月，鄭州市城市管理局向鄭州市人民政府遞交了“關于封閉北三環跨鐵路編組站大橋交通的緊急請示”，并且于2019年10月26日正式封閉了彩虹橋，同時現狀北三環-京沙快速路立交為不完全互通式立交，不能滿足樞紐立交(兩條快速路交叉節點)的轉向交通需求，使原本就存在著非常明顯的交通擁堵現象的北三環，變得更加的擁堵。

2 主要交通問題分析

經現場調查分析發現，該段北三環高架主路現狀交通壓力巨大，高峰時段道路服務水平極低(D級～F級)，現狀交通主要存在以下瓶頸問題。

(1)交通瓶頸一：北三環主路電廠路-京沙快速路段(即現狀彩虹橋主橋段)，車道數僅雙向四車道，與三環快速路基本車道數(雙向六車道)不匹配，通行能力嚴重不足，服務水平極低，出現擁堵情況。

(2)交通瓶頸二：北三環主路的電廠路西上匝道入口與科學大道立交匝道出口間距僅140 m，科學大道立交匝道入口與電廠路西下匝道出口間距僅205 m，遠小于城市快速路設計規范規定值(1 020 m)，出入交通存在嚴重交織；同時電廠路西下匝道坡腳距離北三環輔路-電廠路平交路口西進口道停止線僅50 m，受信控平交路口通行能力限制，高峰時段該路口西進口道排隊等候車輛由地面道路倒灌至北三環高架主路，嚴重影響主路交通，大大降低了主路通行能力與服務水平。

(3)交通瓶頸三：北三環-京沙快速路立交現狀為不完全互通立交，缺少了西往南、西往北、北往西及南往西等4個方向的轉向匝道，不能滿足樞紐立交(兩條快速路交叉節點)的轉向交通需求。部分轉向交通只好通過地面道路進行轉換，既不能實現快速交通銜接，也增加了地面道路交通壓力。

3 總體設計思路及原則

(1)設計思路：優化主路系統，改造交通瓶頸路段。分流快慢交通，理順交通組織，根據功能及交通需求，合理確定道路的斷面規模，嚴格控制出入口布置，優先保證主路快速暢通，完善京沙快速路立交節點功能，優化交通組織，提高交通運行效率，實現兩條快速路快-快全互通連接。重點打造彩虹橋景觀效果，力爭成為地標性建筑、城市名片，提升城市品質。以人為本，打造安全、舒適的慢行交通環境。充分利用既有道路、管線、綠化等設施，并最大程度保證既有道路暢通，同時積極采用新技術、新結構、新材料和新工藝，打造科技創新之路[2]。

(2)設計原則：與相關城市規劃、交通規劃、市政專項規劃相協調。與道路等級、功能需求、規模相適應。確保施工及運營安全，盡量節省投資。技術方案科學先進，功能適用并適度超前。技術方案可實施，可操作，可滿足鐵路運營安全的各項要求。交通組織方案考慮施工工藝及交通疏解的可行性。盡量減小對既有交通及環境的影響，考慮快速實施可行性。保證功能前提下，盡量利用既有道路設施及空間，減少工程占地。

結合以上設計思路及原則，現狀彩虹橋因車道數與前后路段嚴重不匹配，且已到達使用極限，存在重大安全隱患，故必須拆除新建，但京沙立交建成僅七年，現狀橋梁狀況良好，只是交通功能不夠完善，因此秉承減少投資，節約資源的原則，對該立交進行提升改造。

4 立交節點改造設計方案比選

北三環與京沙快速路同是鄭州市“環形+放射”快速路系統中內環的重要組成部分，因此該立交是兩條城市快速路交叉節點，是東部新城、主城區、西部新城東西向交通與沿黃片區、主城區、南部新城南北向交通重要的交通聯系節點，交通轉換需求大，現狀北三環-京沙快速路立交為不完全互通立交，受現狀彩虹橋斷面、跨鄭州北編組站條件的限制，只設置了京沙快速路與北三環東向連接的四條匝道，缺少了京沙快速路與北三環西向連接的四條匝道。北三環與京沙快速路分別作為鄭州市東西向及南北向的交通大動脈，無法“快快”相接，實現快速交通轉換[3,4]。

首先采用傳統的“四階段”模型，通過交通規劃軟件TransCAD對該節點交通量進行預測，本項目道路等級為快速路，道路設計年限為20年，預計2022年建成通車，預測中期特征年為2032年，遠期年限為2042年，見圖1。由預測結果分析，北三環—京沙快速路立交節點各方向轉向需求均較大，因此結合規劃道路規劃及交通預測結果，本次設計將北三環-京沙快速路立交改造為直連式+半直連式全互通立交。新增西往南、西往北、南往西、北往西4條匝道，并將京沙快速路高架主路北往南拓寬為三車道。由此提出以下兩個方案并進行比選，如表1。

表1 立交方案比較表

圖1 交通預測結果

(1)方案一：新建西向北、西向南、南向西、北向西四條匝道，新建立交匝道形式采用直連式及迂回型半直連式，將立交改造為渦輪型樞紐互通立交，除立交南向西、向東與京沙快速路主路出口(匝道-主路連接處)為錯開設置外，其余匝道出入口(匝道-主路連接處)均合并設置，出入口(匝道-主路連接處)均采用平行式，設置單車道變速車道。

(2)方案二：同樣為新建西向北、西向南、南向西、北向西四條匝道，立交新建兩條右轉匝道均采用迂回繞行方式，左轉采用外轉彎半直連式，該案設計思路詣在減小立交西側進出口駛出駛入角度，同時匝道圓曲線最小半徑可提高至80 m，線形指標更加均衡使立交達到較高服務水平。

兩個方案立交形式和技術思路基本一致，方案一所采用渦輪半定向互通式立交，雖個別匝道因線形原因服務水平受限，但立交功能基本齊全，用地節省，經濟性較高，符合對本節點的功能定位及改造預期，因此推薦方案一作為實施方案。

5 立交改造具體設計

(1)平面設計：匝道平面線形因受現狀立交匝道和跨鄭州北編組站主橋橋臺限制，同時從減少對現狀匝道的影響、節約用地、減少拆遷等方便考慮，立交整體盡量壓縮東西兩側闊度，降低施工難度，新建匝道均設置在現狀匝道上層。右轉彎采用直連式，左轉彎采用半直連迂回型，北向西右轉匝道圓曲線最小半徑R=40 m，西向北、西向南、南向西三條匝道最小半徑均為R=70 m。

除立交南向西、向東與京沙快速路主路出口(匝道-主路連接處)為錯開設置外，其余匝道出入口(匝道-主路連接處)均合并設置，出入口(匝道-主路連接處)均采用平行式，設置單車道變速車道[5]。

(2)縱斷面設計：匝道最大縱坡4.5%(C匝道)，最小豎曲線半徑凸形采用1 000 m(C匝道)，凹形采用900 m(B匝道)，最小豎曲線長度為47.059 m(A匝道)。

(3)橫斷面設計：跨鄭州北編組站主橋段高架主路設計橫斷面寬41 m，雙向八車道，具體布置為：0.5 m(防撞護欄)+15.5 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)+8 m(兩幅橋梁凈距)+0.5 m(防撞護欄)+15.5 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=41 m。

北三環-京沙快速路立交區高架主主線設計橫斷面寬(25+B)m，雙向六車道，具體布置為：0.5 m(防撞護欄)+11.5 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)+Bm(兩幅橋梁凈距，由8 m過渡漸變為0.5 m)+0.5 m(防撞護欄)+11.5 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=(25+B)m。

京沙快速路主路設計橫斷面寬22.75 m，雙向六車道，具體布置為：0.5 m(防撞護欄)+10.75 m(機動車道)+0.5 m(中央防撞墩)+10.5 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=22.75 m。

新建立交匝道設計橫斷面為：單車道匝道全寬8 m(0.5 m(防撞護欄)+7 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)；雙車道匝道全寬10 m(0.5 m(防撞護欄)+9 m(機動車道，含加寬)+0.5 m(防撞護欄)。

6 結束語

隨著城市規模的擴大，市政道路的承受壓力也愈發繁重，一些既有節點的問題也逐漸凸顯，但并不是所有的立交節點都要因功能不完善推倒重來，而節點改造確實存在諸多難點，本篇主要針對于鄭州市北三環彩虹橋及京沙立交組合節點改造進行了相關的研究，并且分析了存在的問題以并提出了相應的改造設計方案，希望能夠為交通發展提供一定的幫助。