山區高速公路選線及共走廊路段樞紐互通方案研究

摘要：文章以鳳嶺北路東延高速公路（南寧東高環至黎塘段）陳平鎮南過境段樞紐互通為例，研究復雜山區中多限制因素影響下的樞紐互通立交形式，探討走廊帶比選及互通立交聯動設計關鍵要素，對高速公路共走廊段路線進行分析，提出復雜山區高速公路共走廊路段樞紐互通立交方案，為類似條件高速公路走廊帶比選和新增樞紐互通立交設計提供新思路。

關鍵詞：復雜地形；山區公路；共走廊；樞紐互通

U412.32A060203

0 引言

近年來，我國中西部地區高速公路快速發展，綜合立體交通網絡日趨完善，由于中西部地區多屬山嶺重丘區，高速公路建設逐漸向山區延伸，越來越多的高速公路需在復雜山區條件下與其他道路完成交叉互通。山區的地形、地質、地物條件復雜，限制條件和影響因素眾多，為高速公路線路布設、互通立交設計帶來較大難度。本文結合實際案例，針對復雜山區狹長走廊道內互通立交空間布局設計進行分析與研究，并為設計人員提出一種新的公路選線和互通立交設計思路［1］。

1 走廊道比選及互通立交設計要素分析

走廊道比選及互通立交設計有綜合性強、涉及面廣、影響因素多等特點，特別是在復雜山區限制因素多的路段，為了保證設計滿足實際需求，確保高速公路具備服務功能與樞紐功能，在山區狹長的走廊帶內布設適宜的互通可謂十分困難。局部走廊帶比選需要從較宏觀的視角對方案進行比較分析，而復雜功能性立交的適應性較低，在確定整體形式后，局部方案往往需要大量、反復地調試和修正，因此當兩者獨立分析或未經過聯動設計時，設計過程中易遺漏有價值的方案。為了保證整體設計水平，走廊道比選及互通立交聯動設計要素應主要包含5個方面。

1.1 自然環境條件

對于復雜山區路段地形起伏大、溝壑縱橫、平面展線位置狹窄、平縱配合困難，不良地質現象（滑坡、泥石流、崩塌、巖溶等）較多，河流曲折迂回跨河換岸困難，地形、地質與水文等自然環境條件將直接影響整體工程的造價，而合理地利用地勢，可有效地降低工程量和造價，減少對自然環境的破壞［2］。

1.2 交通環境條件

在互通立交方案設計中，道路交通條件是確定互通立交空間形式的最基礎要素，主道路交通方向直接明確了各方向互通匝道的基本指標，是互通立交設計布局中重要的設計依據和基礎。通過準確預測及分析互通立交各個方向交通量及增長趨勢，在滿足當地的交通運輸需求的前提下，側重主交通方向互通匝道設計，可以有效降低整體匝道規模，以確?；ネㄟx型更加合理［3］。

1.3 橋隧比及工程造價

在走廊帶比選及互通立交設計中，橋隧比是影響和制約路線方案的關鍵，大型橋梁及長隧道會大幅增加工程造價和建造難度。對于中西部地區的公路建設，其選線應遵循經濟性原則，應充分考慮大型橋梁和長隧道設計，著重考慮施工難易程度、工程經濟性和后期運營維護成本等問題，在保證項目安全性和功能性的前提下，宜優先服從于大橋和隧道布設，合理控制項目工程造價［4-5］。

1.4 路線交叉及限制因素

互通立交設計要滿足實際需求，需要在至少兩條道路相交區域中展開互通設計，充分考慮用地指標、施工難易程度、對既有道路干擾度等各類限制因素，結合擬建或原有高速公路的結構特征選擇恰當的連通方式，以保證車輛方向轉換便利性，確保高速公路具備服務功能與樞紐功能。

1.5 技術指標符合性

在互通立交的設計中，主線、互通匝道的平縱設計必須遵守《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）、《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）和《公路立體交叉設計細則》（JTG/T D21-2014）等交通標準、規范的要求，合理確定各項參數，還應充分考慮互通間距，互通與隧道、大橋等構筑物以及服務區、停車區、收費站等設施的位置關系，互通與主線的關系、互通出口一致性等技術指標滿足規范要求［6-8］。

2 工程案例分析

2.1 工程簡介及方案研究

鳳嶺北路東延高速公路（南寧東高環至黎塘段）呈東西走向，是南寧的射線高速公路，其功能主要是為分流G72泉南高速公路（東外環高速公路—六景段）的對外交通壓力；桂林至欽州港高速公路（六景至賓陽段）呈南北走向，是廣西縱向的重要出海通道。

鳳嶺北路東延高速公路在陳平鎮南面與六賓高速公路相交，設置陳平南樞紐互通解決交通轉向問題。該交叉位置處地形高差大，總體地勢為東南側較高，東北側次之，西側為伶俐江，伶俐江兩側地形高差大（見圖1）。交叉位置往大樁號方向約1 km為三狀嶺隧道。陳平鎮南過境段方案主要控制因素就是陳平南樞紐互通和三狀嶺隧道。針對陳平南樞紐互通，需考慮的影響因素及方案布設思路如下。

互通需考慮以下因素：

（1）互通主線出口與隧道的凈距≥700 m，互通主線入口與隧道的凈距≥125 m。

（2）高差較大，盡可能降低墩高。

（3）匝道布設盡可能與伶俐江大角度交叉。

（4）控制東南側的邊坡高度。

（5）六賓高速公路主線部分指標不滿足設置互通的要求，設置互通匝道需避開3%縱坡以及凸性豎曲線R=20 000 m。

互通布設思路如下：

（1）各方向轉向交通量差異較大，其中南寧—賓陽為主方向（10 006 pcu/d），柳州—賓陽方向（1 729 pcu/d），南寧—伶俐方向（5 082 pcu/d）交通量最小。根據轉向交通量可采用對角雙環式苜蓿葉型、T型樞紐+喇叭等形式。

（2）三狀嶺隧道左線洞口樁號為ZK29+110，柳州—賓陽、柳州—伶俐的匝道起點宜設置在ZK28+430往小樁號方向，因此柳州—賓陽需設計成迂回轉向，或者采用T型樞紐+喇叭。

（3）六賓高速公路3%縱坡處，考慮豎曲線后，實際縱坡為2%的路段為K15+450往大樁號方向，互通匝道不能超過六賓高速公路K15+450位置處。

（4）K16+420處豎曲線半徑為R=20 000 m，匝道出入口及加減速車道不能設置在此處。

（5）本項目與六賓高速公路交叉角度約56°，且K16+310深水1號大橋橋墩錯位設置，本項目無法下穿六賓高速公路，上跨較為合適。

根據以上影響互通布設的因素，提出兩個樞紐互通方案。

2.2 方案一

T型樞紐+喇叭方案?？紤]避開3%縱坡、凸性豎曲線R=20 000 m兩處不滿足互通指標區域，與六賓高速公路相接的T型樞紐設在北側的深水村附近，匝道上跨六賓高速公路；與本項目相接一側為滿足互通出口與隧道口的凈距要求，設置在交叉點小樁號一側，盡可能避開地勢低區域，采用A型單喇叭方案，匝道下穿主線。T型樞紐和喇叭之間的連接線根據地形布設（見圖2）。

互通范圍內主線平面最小圓曲線半徑為1 850 m，最大縱坡1.50%，最小凹形曲線半徑為R=30 000 m，無凸形豎曲線；互通被交路六賓高速公路設計速度為120 km/h，互通范圍內六賓高速公路平面最小圓曲線半徑為2 500 m，最大縱坡1.6%，最小凸性豎曲線半徑R=30 000 m，最小凹形曲線半徑為R=30 909 m。

2.3 方案二

十字樞紐。采用主線上跨被交高速公路的變異對角雙環式樞紐互通方案（見圖3）。互通范圍內主線平面最小圓曲線半徑為1 850 m，最大縱坡1.51%，最小凹形曲線半徑為R=30 000 m，無凸形豎曲線；互通被交路六賓高速公路設計速度為120 km/h，互通范圍內六賓高速公路平面最小圓曲線半徑為2 800 m，最大縱坡1.937%，最小凸性豎曲線半徑R=20 000 m（已避開），最小凹形曲線半徑為R=12 000 m。

2.4 方案比較

（1）方案一、方案二主線上跨六賓高速公路，由于交叉位置六賓高速公路的標高較高，導致主線跨線橋長度和墩高的規模大。

（2）方案一雖然減少了匝道橋規模，減少了匝道拼寬對六賓高速公路的影響，但是除主交通方向之外，其余3個方向的交通出行均需繞行，互通造價偏高（建安費約7.65億元）。

（3）方案二雖然交通轉換便捷，但是橋梁規模大，高墩橋多，有一處8級高邊坡，互通造價高（建安費約10.06億元）。

（4）方案一、方案二主線上跨六賓高速公路后需設置4.3 km的特長隧道穿越三狀嶺，建設難度大，投資高，運營維護較困難。

綜上所述，方案一、方案二樞紐互通所在區域自然條件復雜、被交道路限制因素多、建設難度較大，兩者都滿足互通功能，方案一以造價優勢，使其更具“性價比”。

2.5 共走廊段樞紐互通方案

方案一、方案二樞紐互通因被交道路結構特征限制及前后路段地形條件影響，需布設高墩橋和特長隧道，工程建設難度大，投資高，運營維護困難。由于本項目（雙向六車道）與被交道路（雙向四車道）技術標準、功能定位、交通量不同，兩條道路不宜共線和錯位交叉。

本文在方案一、方案二基礎上進一步研究優化陳平鎮南過境段的路線方案，減小陳平南樞紐和三狀嶺隧道路段的建設規模，提出路線在那章村往北與六賓高速公路共走廊后，再設置約1.1 km隧道穿越三狀嶺的路線方案（K線方案），并與原方案（B線方案）進行了比較分析（見圖4）。

K線方案：起于那樟村北面，沿伶俐江往北布線與六賓高速公路共走廊約3 km后，至五星村轉往東設置1.1 km隧道方案穿越三狀嶺山脈，終于蒙塘村。路線長度為12.032 km。

B線方案：起于那樟村北面，為滿足高速公路直連直通的要求，路線與現狀六賓高速公路十字交叉后直接設置4.3 km特長隧道方案穿越三狀嶺隧道，終于蒙塘村。路線長度為11.326 km。

其中陳平樞紐互通的布設思路（見圖5）：

（1）根據交通量大小，各匝道靈活采用設計指標，主方向采用設計速度60 km/h的指標，其余匝道采用設計速度40～50 km/h的指標；

（2）六賓高速公路3%縱坡處，考慮豎曲線后，實際縱坡為2%的路段為LK15+450往大樁號方向，互通匝道不能超過六賓高速公路LK15+450位置處；

（3）六賓高速公路LK16+420處豎曲線半徑為R=20 000 m，匝道出入口及加減速車道不能設置在此處；

（4）六賓高速公路LK19+315往大樁號方向平曲線半徑為R=1 400 m，匝道出入口及加減速車道不能設置在此處；

（5）為減少繞行，同時兼顧控制工程規模，南寧—伶俐、柳州—賓陽方向的A、G、H匝道設置在共廊主線的兩頭，其余5條B、C、D、E、F匝道設置在K29+150附近高差較小的有利地形。

表1為K線與B線方案主要工程量比較表。K線和B線的優缺點分析如下：

工程規模：K線方案長12.032 km，設置隧道1.095 km，橋梁6 153 m/14座，總占地1 357畝，基本農田40.6畝，工程造價約219 405萬元。

B線方案長11.326 km，設置隧道4 292 m/1座，橋梁3 625 m/9座，總占地1 138.75畝，基本農田19.41畝，工程造價約242 407萬元。

因此，K線較B線長約706 m，總占地增加218.3畝（基本農田多約21畝），橋梁較B線增加2 528 m（但K線橋墩較低），隧道較B線減少3 197 m，橋隧整體規模小，工程造價比A線減少約2.3億元。

建設條件：K線設置1.095 km隧道，雖然存在一定的淺埋段，但是經過現場踏勘分析認為隧道施工風險可控；B線設置約4.3 km隧道穿越三狀嶺山脈，隧道總體埋深較K線大，由于隧道長，施工周期長，不可控因素較大。此外，B線主線與六賓高速公路采用直接十字交叉，由于六賓高速公路在該段為錯幅橋墩的高架橋，設計標高約190 m，B線需上跨六賓高速公路，樞紐互通范圍主線均為高墩橋，建設規模大，投資高。

經綜合比較，雖然共走廊布設后K線較B線里程長706 m，占用土地稍多，但有效縮短了隧道長度，降低了跨六賓高速公路的高墩橋規模，工程造價節省約2.3億元，投資節約優勢明顯，故本路段推薦K線方案。

3 結語

路線走廊帶比選和互通立交設計是一項綜合性的工作，也是高速公路設計中的關鍵的環節，兩者應進行聯動設計。通過覆蓋和統籌各個專業之間的內容，充分考慮自然環境、交通環境、橋隧比及工程造價、路線交叉及限制因素、技術指標符合性，全方位、全過程開展研究分析，因地制宜利用當地自然條件和被交高速公路既有工程，在最優的走廊帶中選擇合理的互通立交形式，合理降低工程造價，充分發揮路網功能，安全、快捷、高效地轉換交通。

在山區峽谷高速公路復雜的自然條件下，互通立交往往不能布置為標準的形式，互通的布設應在滿足功能的情況下，不拘泥于固定形式，集思廣益，發散思維，擇優選用。本文結合實際工程案例，通過對復雜山區條件下高速公路樞紐互通布設方案進行了分析，綜合考慮互通前后路段建設規模、工程造價、施工難易等，在研究范圍內從更宏觀的角度，明確了與既有高速公路共走廊帶且適應當地工程經濟條件、安全可靠、經濟合理、環保適用的樞紐互通設計方案，為類似新增互通設計提供參考。

參考文獻：

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