鄭州市西四環-渠南路城市互通立交方案設計

付光耀

(深圳市市政設計研究院有限公司，廣東 深圳 518029)

1 城市立交方案選取原則

1.1 充分考慮建設條件的局限性

立交一般位于城市交通網絡的出入口位置，其主導著城市整體規劃發展的大方向，同時也受到交通運輸流量的影響。究其根本，交通運輸建設需要為當地經濟發展、文化交流提供持續、穩定的支持，而立交在空間上起著分割的作用，能夠將交通運輸劃分為若干個不同的區間，若方案選擇不合理則很容易導致路網運載能力下降，也會對建設沿線的經濟發展帶來影響。此外，城市道路沿線的構筑物密度一般較高，形成空間上的相互擠壓，這也為互通式立交的設計帶來了一定的限制。

1.2 充分考慮慢行交通的影響

互通式立交不僅能夠緩解道路交叉位置的交通沖突問題，還可以為車輛轉向提供便捷，促進路網內交通運轉。但在實際的城市交通中，還需要對非機動車和行人的正常通行予以足夠考慮。若將慢行交通與機動車交通合并在一起進行設計，不僅會提升交通運輸的距離，同時也可能會提升行人通行的安全風險。

1.3 充分考慮地形條件的影響

作為城市建設的基礎性設施，互通式立交具有十分突出的地理意義，對于城市整體的規劃意義重大。在互通式立交的設計中，不僅需要適應交通運輸的基本要求，同時也應當順應當地地形地貌、文化風俗，在工程建設與自然環境之間形成和諧統一。

2 城市立交方案設計流程

2.1 地理位置和型式確定

在開展互通式立交設計之前，技術人員首先需要針對建設當地交通運輸情況發展調研，明確立交建設的基本要求及預期目的，同時收集與立交設計、施工相關的法律法規及行業規范，形成完備的資料。對于城市立交設計而言，首先應當關注立交的選型及布置，這主要是為了提升交通運輸效率，改善行車舒適性及安全性，滿足車輛轉彎的要求并提升工程與環境之間的適應性。

2.2 立交線形設計

具體來看，互通式立交設計主要包括了平面設計、縱橫斷面設計，橫斷面設計三部分。在確定主線、匝道的曲線半徑時，應當將立交形式、占地面積以及建設成本納入考慮范圍，并盡可能與設計速度、舒適性等之間達成協調。一般而言，應當取用其中較大的曲線半徑作為設計值，而應盡可能避免選擇極限最小半徑。在開展匝道的線形設計時，技術人員應當靈活、合理地組合緩和曲線。在圓曲線間以及圓曲線和直線之間，都應當采用緩和曲線進行連接。此外，在縱斷面的線形設計中，還需要保證一定的連續性，減少突變的線形設計，避免使用最大縱坡設計。

3 設計實踐案例分析

3.1 工程概況及功能分析

鄭州市四環線及大河路快速化工程位于鄭州市主城區與外圍區域的交界處，由大河路、東四環、南四環及西四環組成閉合環線，路線全長約93 km。西四環位于鄭州市主城區的西部，呈南北走向，南起南四環，北至大河路，工程范圍途經鄭州市二七區、中原區、高新區、惠濟區。路線由南向北依次與光明路/雪松路(規劃)、工業路/淮河路、鄭峪路(規劃)、皓月路(規劃)、隴海路、文博大道、渠南路(在建)、中原路、興國路(規劃)、市民大道(規劃)、鄭上路、昌達路、化工路、梧桐街、科學大道、金菊西街、蓮花街、新龍路(規劃)、連霍高速、開元路、開明路(規劃)、安定路(規劃)、大河路(規劃)等主要道路相交。主要相交并跨越的河(渠)道有孔河、南水北調總干渠、秀水河(規劃)、索須河。相交并下穿的鐵路有徐蘭高速線(鄭西客專貫通線)、鄭西客專聯絡線，相交并上跨的鐵路有隴海鐵路。相交軌道交通線有軌道交通線6線、10線、14線、8線、9線，軌道交通線均沿相交道路地下敷設，下穿西四環。

西四環路線全長約21.878 km，道路等級為城市快速路，主線設計速度80 km/h；規劃控制總寬度180 m(其中道路紅線寬80 m，兩側各有50 m寬綠化帶)，全線采用高架快速路形式(局部下穿鐵路節點采用地面快速路形式)，道路標準橫斷面組成為：高架快速路(雙向八車道)+地面主干路(雙向八車道)+輔路。西四環-渠南路立交位于西四環南段西四環與渠南路交叉口。

建設路至隴海路區間片區范圍規劃為行政文化中心及市民公共活動中心，區域內東西向道路較為密集，且道路等級較高，分別為中原路(渠北路)、渠南路及文博大道，該三條主、快速路間距均不足500 m。該立交節點需綜合考慮整個片區東西向道路的交通需求。

中原路位于南水北調干渠北側，根據行政文化中心規劃，該段與規劃渠北路并線，屬于渠北路系統的一部分，是鄭州市重要的東西向、南北向交通通道，道路等級為景觀性城市主干路。主路采用雙向六車道隧道，地面為雙向六車道輔道，設計速度為50 km/h。渠南路位于南水北調干渠南側，距中原路不足450 m，規劃為城市快速路，主線為雙向六車道隧道，設計車速60 km/h，地面為雙向六車道主干路，設計車速50 km/h，目前正在施工建設中。文博大道位于渠南路南500 m處，為城市主干路，雙向六車道，設計車速50 km/h。該立交是鄭州市中心城區、鄭州市行政文化中心與西部城區重要的對外交通聯系節點。

3.2 現狀交通分析

立交范圍內，西四環與中原路現狀路口為燈控平交路口；渠南路與文博大道正在施工建設中；西四環與金馬路交叉處位于隴海路立交范圍內，現狀地面為燈控平交路口，西四環主線地面雙向八車道，主線雙向八車道高架跨越路口。

3.3 立交節點控制因素

(1)中線南水北調干渠及兩側綠化系統。中線南水北調總干渠與西四環相交，距中原路約140 m，距南側渠南路約190 m， 南水北調總干渠兩側均有約100 m的綠化保護帶。立交用地受其約束。

(2)西四環東側區域的高壓線塔(220 kV)。立交區域東側有現狀220kV高壓線塔，最不利處距西四環約40 m。立交設計應避免對其進行遷改。

(3)西四環東側電力隧道管線。立交東側緊鄰奧體中心地塊，道路外側地塊邊布置有電力隧道管線，目前已完成施工。立交設計應按規范要求對其進行避讓。

3.4 預測交通量分析

交通量預測以建成年為基準年，確定本工程交通量預測特征年為2019年、2028年和2038年。根據交通量預測結果，主線方向西四環南北向交通流量要大于中原路東西向交通流量，北向東的左轉、南向東的右轉為轉向交通的主流方向，其他流向的轉向為次要交通，但各轉向交通量相差不大，相對較小。

3.5 立交方案設計

西四環東側是鄭州市重要的行政文化中心以及市民公共活動中心。其中南水北調北側主要為行政辦公區以及市民公共服務中心，南水北調南側主要為公共活動中心以及創意文化展示區等公共文化區。其中公共活動中心及公共文化區對外交通需求相對較大，其南側有隴海路高架，北側為渠南路，西四環主要實現該區域向北、向南的快速交通轉換。

按照鄭州市對南水北調總干渠兩側道路系統規劃的精神，渠南路為城市快速路，兼具景觀大道功能，渠北路為以休閑服務為主的景觀性主干路。中原路在本段屬于渠北路的一部分，應盡量減少過境車輛進入南水北調總干渠兩側道路系統。規劃道路與這兩條道路交叉時，基本以簡易立交(快速路)或平交(主干路)為主。同時考慮到南水北調總干渠一級水源保護區的要求，盡量少在保護區范圍內設置構造物，需將該立交進行簡化處理。

各個方向交通轉換采用上下橋匝道+地面平交的方式。在中原路北側設置一對向北方向的上下橋匝道，滿足該片區向北的通行需求；在渠南路交口處設置一處北往南的半定向右轉匝道，然后分流兩匝道，一匝道直接往下接入渠南路快速隧道系統的集散道隧道，從而進入東側公共活動中心及文化區，另一匝道進入地面支路網系統，實現高架與該片區地面系統的交通轉換；在渠南路南側設置一對向南方向的上下橋匝道，以滿足該片區向南的通行需求；在文博大道北側布設一處上橋匝道和上橋掉頭匝道滿足東—南、東—北快速進入高架快速系統的交通需求。地面設置燈控平交口以滿足地面主干路交通出行及慢行過街需求。

3.6 具體設計

(1)立交主要技術指標表，見表1。

(2)立交平面。

主線平面：立交范圍內主線樁號為K76+217.448～K77+150，位于兩段平曲線范圍，南段平曲線的圓曲線半徑為1 230 m，緩和曲線最小長度Ls為85 m；北段平曲線的圓曲線半徑為1 000 m，緩和曲線最小長度Ls為70 m；兩段平曲線均不設超高，最小圓曲線長度70.714 m，最小平曲線長度240.71 m，均滿足規范要求。

表1 立交主要技術指標表

匝道平面：結合立交方案設計，設置渠南路交口北往西的右轉匝道C，接入渠南路隧道快速系統的集散道，從而進入東側公共活動中心及文化區，另外再接一匝道G在金鱗路落地，實現高架與該片區地面系統的交通轉換；設置渠南路以南上下匝道A、D匝道；設置文博大道以北地面上匝道B往北進入高架及掉頭匝道E往南進入高架。匝道最小半徑為E匝道(掉頭匝道)，最小半徑為55 m，緩和曲線長度為62 m，其余匝道最小半徑為160 m，最小緩和曲線長度為48 m，滿足規范要求。

(3)立交縱斷面。

立交范圍內主線最小縱坡0.3%(連接連續上坡凹曲線)，最大縱坡2.85%，半徑采用凸型豎曲線(半徑3 000 m)及凹型豎曲線(半徑2 000 m)。匝道最大縱坡3.973%(A匝道)，最小豎曲線半徑凸形采用804 m(E匝道)，凹形采用813.954 m(E匝道)，最小豎曲線長度為35 m。

(4)橫斷面。

A、B、D匝道均為大半徑匝道，不需加寬，采用雙車道匝道，車行道寬8 m，橋梁寬9 m。C、E匝道為小半徑匝道，且匝道長度均大于300 m，采用雙車道匝道，考慮橋梁結構的等寬，均采用車行道9 m，橋梁寬度10 m，匝道橫坡正常段均為2%，超高路段的橫坡視平曲線半徑而定。

(5)超高、加寬。

根據規范及道路平面線型，西四環高架、西四環地面道路均不需要設置超高及加寬，機動車道為直線形式的雙向路拱橫坡2.0%，人行道、非機動車道及外側輔道橫坡為1.5%。

立交區所有匝道均設置為單向路拱橫坡，橫坡度為2%，超高旋轉軸與路線設計線重合(即軸中距為0)，超高旋轉方式為繞中線旋轉(即繞路線設計線旋轉)，超高過渡方式為線性過渡。單向單車道、單向雙車道、匝道設計速度為40 km/h、繞中線旋轉最大超高漸變率為1/150。為滿足匝道路面(橋面)排水及困難路段路面排水的要求，規定單向單車道繞中線旋轉最小超高漸變率為1/800，單向雙車道繞中線旋轉最小超高漸變率為1/500。

A、B、C、D、G匝道為定向匝道設計速度均為40 km/h，最小圓曲線半徑為65 m，最大圓曲線半徑為1 254.75 m，設置的超高橫坡度為2%(坡向曲線內側)。

E匝道為環形匝道，設計速度均為40 km/h，圓曲線半徑為60 m，圓曲線處設置的超高橫坡度為4%(坡向曲線內側)，其他部分超高橫坡度為2%。

為方便匝道橋的設計與施工，各匝道以加寬值最大段落加寬后匝道的總寬度作為整個匝道的設計寬度。

3.7 經濟、社會評價

城市基礎設施項目的效益，除一部分可以量化外，大部分難以用貨幣計量，而且對一些重要的城市基礎設施而言，其經濟評價指標可能偏低，但這些設施卻具有十分良好的社會效益。因此，根據本工程的這一特點，側重對本工程作社會效益分析。其綜合效益主要體現在以下幾個方面。

(1)完善市區快速通道路網，加強城區片區的聯系，推動經濟發展。

(2)提高交通功能，緩解區域交通擁堵和疏解區域路網，改善投資環境。

(3)發展綠色經濟，促進旅游產業化進程。

(4)推動常西湖片區的城市建設，有利于土地綜合開發利用和土地流轉增值。

4 結束語

4.1 路網規劃層面

(1)城市骨架路網規劃中必須合理布置立交節點，保證立交節點之間的距離滿足最小間距要求，避免過近的立交間距引起主線交通紊亂，從而造成交通擁堵和交通事故。

(2)骨架路網規劃中需要明確立交的功能定位，根據其功能定位合理利用立交規劃用地，擬定可能的立交型式，反復開展技術論證，最終優選出合理、適用、經濟、美觀的立交形式。

4.2 工程設計層面

(1)仔細分析預測交通流量流向數據，同時應考慮到交通需求預測的不確定性，進行包容性設計，合理預留一定的發展空間。

(2)立交設計中應合理布置快速路系統、輔路系統以及非機動車和行人的慢行系統，保證各系統內部交通轉換通暢，必要時考慮相互轉換。

(3)立交設計需采用多方案比選，應進行多目標綜合評價，確定最終的立交推薦方案。

(4)位于城市核心區的互通立交設計應注重其與周邊環境的適應性，應選用景觀性高的設計方案。