晉陽高速公路改擴建工程起點立交方案設計

籍曉靖

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司,山西 太原 030012)

近年來隨著晉陽高速沿線社會經濟的快速發展和周邊路網的不斷完善,北留、周村及主線交通流量增長很快,2018年交通量已達47 657 pcu/d,由交通量預測結果來看,未來仍將保持較高的增長速度。高速服務水平逐年降低,部分路段擁堵嚴重,通行能力差,事故頻發,安全性差。目前的道路標準難以滿足交通量、社會經濟發展、道路服務水平、交通安全等方面的需求,實施改擴建工程刻不容緩,改擴建時機正當其時。而作為晉陽高速公路改擴建工程起點,與晉濟高速及規劃晉城東南環高速相接的互通立交方案的合理性顯得尤為重要,根據互通式交叉的預測交通量及其在路網中的作用,并充分考慮地形、地物、地質、經濟等因素[1],通過對各互通方案的研究比選,確定最優方案,使互通立交達到快捷、安全、舒適的目的。

1 項目概況

晉陽高速公路是山西省公路建設重點工程,是繼太舊高速公路之后的第二條高速公路,晉陽高速公路東起晉城市西南牛匠村,經澤州、陽城兩縣,以及周村、北留、潤城、八甲口、鳳城鎮五鎮,西止于陽濟公路叉口處。

擬建澤州南樞紐互通立交為晉陽高速公路改擴建工程起點,與晉濟高速公路及規劃晉城市東南環高速公路連通,項目的實施將進一步完善晉城市公路路網結構,建成后將大大緩解市內交通壓力,為城市間、省際間提供快速、直達、安全、經濟、舒適的運輸通道,促進晉城市的經濟發展,而且對優化晉城市及山西省公路網布局,改善行車條件,促進晉城市乃至整個山西省的經濟發展和旅游事業的發展,都將起到巨大的推動作用。

2 建設條件

2.1 地形地貌

擬建互通位于山西省南部晉城市境內,地處太行山南段西側。項目區地形復雜,主要為基巖山區,區域內海拔一般在500 m以上,因地質構造、地層巖性及差異風化剝蝕等因素影響,區內溝谷發育,地形切割較為破碎。項目區為黃土覆蓋基巖中低山區,出露地層主要為奧陶系灰巖、二疊系和石炭系的砂泥巖、頁巖、煤層等及第四系黃土等,表層黃土厚度不大,一般厚約3～10 m,局部厚約1～2 m。該區植被整體較為發育,主要為灌木叢和草本植物,坡腳分布有少許農作物。

2.2 水文

項目區地表水主要為長河,長河屬于沁河水系,發源于晉城市郊區下村鄉武神山南麓,由北向南流經晉城郊區注入沁河。境內長度為58.15 km,流域面積317 km2,河道平均縱坡8.88‰,多年平均流量為0.463 m3/s。地下水主要為碎屑巖類裂隙水,含水層巖性為二疊系、石炭系的砂巖、砂質泥巖、石灰巖、節理裂隙發育的泥頁巖,大部分以層間裂隙水形式存在,除由大氣降水補給外,在溝谷中還接受河水的滲透補給,徑流受構造、巖層產狀、節理裂隙的發育控制,一般垂直滲入下伏不同地層內,采煤排水及人工開采是其主要排泄方式。

2.3 氣候

項目區總體為太行山脈的組成部分,總的氣候特點是四季分明,春季干旱多風,夏季炎熱,秋季涼爽多雨,冬季寒冷,降水稀少。多年平均氣溫11.7 ℃,無霜期一般為120～195 d。多年平均風速2.0 m/s,最大凍結深度41 cm。多年平均降水量為616.3 mm。

3 技術標準

3.1 周邊路網

晉城市現狀高速路網主要為晉城西北環高速、晉陽高速公路、長晉高速公路,三者共同形成一個環城高速,隨著晉城市的發展,規劃機場、高鐵站、工業園區等都位于晉城市東部,即長晉高速東面,現有的環線已不能適應未來晉城區域發展的需要。因此,晉城市啟動東南環高速公路線位規劃及晉陽高速公路改擴建研究,與既有的晉城西北環高速公路共同形成晉城區域高速公路完整環線,構筑晉城區域高速公路閉合路網。擬建互通作為晉陽高速公路改擴建起點,與晉濟高速及規劃晉城東南環高速的銜接,對整個路網意義重大。晉城市區域高速路網及擬建互通位置如圖1所示。

圖1 區域周邊路網

3.2 設計速度

擬建互通立交為與晉濟高速公路及規劃晉城東南環高速銜接的樞紐互通立交,位于冶頭村村南沖溝附近。被交路晉濟高速公路采用設計時速為80 km/h的雙向四車道高速公路,路基寬度24.5 m,互通區晉濟高速部分路段為分離式路基。規劃晉城東南環高速公路設計時速為80 km/h,雙向四車道,路基寬度25.5 m。

由于主線和被交路的設計車速均為80 km/h,因此,擬建屬?；ネㄖ髁髟训赖脑O計速度采用60 km/h,其余匝道采用40～50 km/h。

3.3 轉向交通量

根據交通量預測,擬建樞紐互通2043年預測轉換交通量濟源市-東南環方向為23 149 pcu/d,濟源市-晉陽高速方向為13 200 pcu/d,晉城市-東南環方向為2 104 pcu/d,晉城市-晉陽高速方向為2 964 pcu/d。結合該立交交通量分布,該互通方向轉向交通量方向明確,比例明顯,根據交通量選擇立交形式為同向內環的苜蓿葉形較為合理[2]。

4 澤州南樞紐互通方案設計

通過對該互通立交布設的地形條件、交通量大小等情況,提出了主線上跨的同向內環的苜蓿葉方案、對角象限內環的方案、主線下穿的方案進行研究對比。

4.1 方案一

(1)方案設計。

由于該段被交路晉濟高速為挖方,因此采用主線上跨晉濟高速的方式,兩個同向內環之間設置集散車道以降低交織影響。結合交通量分布情況,在濟源市與東南環之間的轉向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設計區間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標準,路基寬25.5 m。

匝道設計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡3.742%,匝道總長5994 m?；ネú荚O形式如圖2所示。

圖2 澤州南樞紐方案一

根據要求,澤州南樞紐為分期實施互通,其中與晉濟高速之間的交通轉換為一期工程,與規劃晉城東南環高速之間的轉換為二期工程。

(2)方案特點。

優點:①互通立交形式符合各轉向交通量需求,布局緊湊,主要交通流行車順適,能夠實現主交通流(濟源與晉城東南環方向、濟源與晉陽高速方向)快速轉換。②結合既有晉濟高速填挖方情況,采用經濟合理的主線上跨方案,占地少,工程量小。③匝道平、縱指標較優,行車安全性及服務水平高。

缺點:兩次交通流方向設置同向內環匝道,為消除交織影響,需設置集散車道。

4.2 方案二

(1)方案設計。

方案一雖然與交通量匹配,但是需要設置集散車道,因此提出取消集散車道的對角雙環方案。結合交通量分布情況,在西南和東北象限設置內環匝道,在濟源市與東南環之間的轉向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設計區間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標準,路基寬25.5 m。

匝道設計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.30%,匝道總長5 994 m?；ネú荚O形式如圖3所示。

圖3 澤州南樞紐方案二

(2)方案特點。

優點:將同向內環匝道改為對角雙環方案,沒有交織影響,無需設置集散車道。

缺點:①濟源至晉陽高速方向作為第二大交通流,只能通過內環匝道進行轉換,線形指標低,不利于交通轉換,易造成擁堵。②主線與被交路均有較大縱坡,因此晉陽高速至晉城市的C匝道設置半定向匝道較為困難,在較為緊湊的平面情況下,縱坡達到4.30%。較方案一,線形指標差,行車安全性及服務水平低。

4.3 方案三

(1)方案設計。

方案一雖然與交通量匹配,但是需要設置集散車道,方案二雖然取消了集散車道,但是內環匝道的設置與主流交通量不匹配?？紤]到項目主流交通量較大,對主流方向(濟源市與東南環)的匝道進行研究,提出主流方向內交叉的立交形式,使最大主流交通量方向快速轉換。

結合交通量分布情況,在西南和東北象限設置內環匝道,在濟源市與東南環之間的轉向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設計區間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標準,路基寬25.5 m。

匝道設計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.50%,匝道總長6 081 m?；ネú荚O形式如圖4所示。

圖4 澤州南樞紐方案三

(2)方案特點。

優點:將項目最大主交通流方向設置為內交叉立交形式,線形指標高,行車順適,能夠實現主交通流快速轉換。

缺點:①由于主線與被交路均有較大縱坡,晉陽高速至晉城市的C匝道設置半定向匝道較為困難,在較為緊湊的平面情況下,縱坡達到4.50%,線形指標差,行車安全性及服務水平低。②需要將第二大的交通量設置為內環匝道,不利于交通轉換,易造成擁堵。③由于采用內交叉方案,A匝道入口向南推移,晉濟高速南側大橋(橋長300 m)需要加寬改造,未能充分利用既有道路資源,工程規模大。

4.4 方案四

(1)方案設計。

采用主線下穿晉濟高速的方式,兩個同向內環之間設置集散車道以降低交織影響。結合交通量分布情況,在濟源市與東南環之間的轉向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設計區間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標準,路基寬25.5 m。

匝道設計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.594%,匝道總長6 170 m。互通布設形式如圖5所示。

圖5 澤州南樞紐方案四

(2)方案特點。

優點:互通立交形式布設與各轉向交通量相匹配,能夠實現交通流快速轉換。

缺點:①采用主線下穿晉濟高速公路方案,造成多數匝道及主線位于深挖方區域,最大挖方深度22 m,互通區景觀不佳、排水困難,土方工程及防護工程量大,造價高。②由于主線及匝道下穿晉濟高速,因此對晉濟高速的通行運營有較大影響。③由于主線與被交路均有較大縱坡,因此內環匝道H縱坡較大,縱坡達到4.594%,線形指標差,對于行車不利。

4.5 主要工程規模對比

各方案的主要工程規模見表1。

表1 澤州南樞紐式立交方案比較表

綜上所述,澤州南樞紐轉向交通量方向明確,比例明顯,方案一與交通量匹配性較好,更能滿足該處轉向交通的需求,雖然設置集散車道,但其工程規模與其他方案相比相對較小,且對晉濟高速公路的改造及運營通行影響最小。故澤州南樞紐推薦主線上跨的同向內環的部分苜蓿葉樞紐互通方案。

5 結 語

澤州南樞紐互通根據各匝道預測轉向交通量,結合周邊路網現狀及規劃,布設四個互通方案進行比選研究,使互通立交形式及線位布設符合交通量分布特點,滿足出行需求,同時盡量減少對既有晉濟高速公路的影響,降低工程規模,最終合理確定互通立交方案。