三岔T形樞紐互通立交方案設計及比選

徐瑞鵬

(蘇交科集團(甘肅)交通規劃設計有限公司,甘肅 蘭州 730030)

2015年3月24日,甘肅省人民政府辦公廳以甘政辦發〔2015〕31號文件印發了《甘肅省省道網規劃(2013—2030年)》,調整后的省級公路包括省級高速公路和普通省道,由具有全省政治、經濟意義的公路及不屬于國家公路的省際間重要公路組成。省級高速公路網由“六環六縱二橫十八聯” 32條路線組成,即6條繞城環線、6條北南縱線、2條東西橫線、18條聯絡線,S44康縣至略陽高速公路(以下簡稱“康略高速”)為18條聯絡線之一[1]。康略高速起點接G8513平綿高速,終點為甘陜界白河溝(東延至略陽縣接G7011十天高速),是落實“一帶一路”“交通強國”目標的重要舉措,是隴南市融入“長江經濟帶”“成渝經濟區”“關天經濟區”的交通紐帶,是補充完善甘肅省省級高速公路網的重要行動,是隴南市向東開放的省際出口公路,是進入康縣陽壩、花橋、何家莊、朱家溝等4A級景區的旅游公路,是區域應急搶險的一條重要應急保障線?？德愿咚俚慕ǔ蓪⑿纬呻]南—康縣1 h通勤、隴南—漢中3 h覆蓋,形成區域發達的快速網,使公路沿線民眾享受到便捷的交通服務,對保障隴東南地區的可持續發展具有十分重要的現實意義。

1 工程概況

康略高速主線起點位于隴南市康縣寨子村,終點位于康縣王壩鎮雞山壩村白河溝(甘陜界),其中起點與G8513平綿高速以T形樞紐立交相接,設梁家山長隧道后向東進入長壩河河谷,設花橋長隧道至花橋村后經長壩鎮在老街社設長壩互通,而后過段家莊村離開長壩河河谷設黑馬關特長隧道至楊河壩村,路線自北側過楊河壩村后設楊河壩短隧道、峽口門長隧道至蒲家峽,沿黑馬關河北側山坡經江家灣村至鄭家溝村設康縣西互通,經香子壩村設康縣長隧道至三官村,設甘石壩中隧道至左家莊村,在陳家壩村設康縣東互通,至金家埡村設蔣家山長隧道至王壩鎮何家莊村,沿康縣工業集中區規劃范圍南側至王壩村設王壩互通,經雞山壩村小雞山寺南側、王壩污水處理站南側,終點與陜西省段順接。路線長42.24 km。

起點位于隴南市康縣望關鎮寨子村西北側約1.3 km處,被交路為G8513平綿高速,以T形樞紐互通式立交相銜接,實現康略高速與G8513平綿高速公路的交通流快速轉化?；ネㄔ训郎峡缙骄d高速,匝道設計速度采用60 km/h,路基寬度采用10.5 m Ⅱ型單向雙車道,平縱面指標均滿足規范[2-5]要求。

1.1 地形地貌

康略高速區域根據地貌成因類型和形態特征,主要為構造剝蝕(侵蝕)中低山和侵蝕堆積河谷兩種地貌類型。

構造剝蝕(侵蝕)中低山地貌在路線沿線廣泛分布,地勢西高東低,海拔為900～1 750 m。眾多南北向河谷切穿山脊,但未破壞整個山地的脈狀延伸趨勢。區域內山勢雄偉,河谷狹窄、水流湍急。受構造影響強烈,海拔高程變化很大,相對切割深度500～1 000 m。山坡坡度30°～40°不等,路線多以隧道形式穿越該地貌單元。

侵蝕堆積河谷地貌主要分布于平洛河和縣壩河河谷。河床、河漫灘發育,兩岸谷坡較為陡峻,多呈V型谷,侵蝕剝蝕作用強烈,岸坡植被茂盛,局部基巖出露。山坡上陡下緩,因河流溯源侵蝕下切,形成以河流為主干,兩側溝谷呈樹枝狀發育。

1.2 水文

1.2.1 地表河流

康略高速位于甘肅省中南部三大地形(黃土高原、秦巴山區、青藏高原)的交匯區。整個地區主要有暖熱帶、中溫帶、北亞熱帶三大氣候類型,呈橫向分布態勢,區域內的河流主要有平洛河、長壩河、王壩河等。

(1)平洛河:為嘉陵江二級支流。發源于武都縣米倉山,于望關鎮葉灣村入康縣境?？悼h區段長36 km,占全長度的53.3%,康縣境內集水面積411 km2,是康縣境內的第三大河流,主干流多年平均流量5.98 m3/s,多年平均徑流量1.89×108m3。

(2)長壩河:長壩河系平洛河主要支流之一。發源于長壩南部萬家大梁山系石家溝,于望關匯入平洛河,全長25 km,集水面積111 km2。

(3)王壩河:位于康縣東部,發源于萬家大梁東段林區,系樂索河上游河段。康縣境內長10 km,集水面積58 km2,干流多年平均年徑流量2.8×107m3,多年平均流量0.64 m3/s。

1.2.2 地下水

康略高速區內康縣處于三大構造單元的銜接部位,斷裂縱橫交錯,形式繁多,為地下水賦存、富集創造了條件。主要有四大類型,分別為基巖裂隙水、松散巖類孔隙水、斷層脈狀水、碳酸鹽巖(含碎屑巖)巖溶裂隙水。

1.3 氣象

康略高速地處隴南市康縣,根據《公路自然區劃標準》(JTJ 003—86)[6],屬于秦巴山地濕潤區(Ⅴ1),項目區域年平均氣溫11.0 ℃,年極端最高氣溫34.5 ℃,極端最低氣溫-14.6 ℃,冬無嚴寒;日照時數年平均為1 715.7 h,平均每天日照6.5 h;年平均降水量807.5 mm,夏、秋、春、冬季降水量平均分別占年降水量的48%、28.06%、20%、3.94%;年平均風速為1.7 m/s,定時最大風速只有18 m/s,盛行偏東風;項目區域平均地面溫度10.4 ℃,標準凍結深度為32 cm。

2 主要技術標準

主線技術指標:本樞紐互通范圍內主線采用雙向四車道高速公路標準,80 km/h的設計速度,12.75 m寬的分離式路基,互通主線范圍為K0+000～K0+900,區段內最小平曲線半徑R=1 400 m,縱坡imax=3.3%。

被交路技術指標:G8513平綿高速互通范圍內主線采用雙向四車道高速公路標準,80 km/h的設計速度,12.25 m寬的分離式路基,互通區段內最小平曲線半徑R=1 100 m,縱坡imax=1.867%。

寨子樞紐互通主線側以及被交路G8513平綿高速上下行線方向的匝道均采用單車道出入口的變速車道,而后漸變為雙車道。采用直接式減速車道,變速段長度L1≥110 m,漸變段長度L2=80 m;采用平行式加速車道,變速段長度L1≥180 m,漸變段長度L2=70 m。

3 交通量預測

根據工可報告交通量預測結果,寨子樞紐互通遠景年(2043)轉向交通量共計AADT為35 990 pcu/d,設計小時交通量系數K=0.135,方向不均勻系數D=0.51。換算成設計小時交通量DDHV后,主流向為略陽—天水方向的往返交通,2043年DDHV為2 453 pcu/h;次流向為略陽—隴南方向的往返交通,2043年DDHV為2 404 pcu/h。轉向小時交通量如圖1所示。

圖中括號外數據—特征年小客車交通量(pcu/d);括號內數據—設計小時交通量(pcu/h)。圖1 2043年寨子樞紐互通預測轉向交通量示意圖

根據交通量預測結果可知,互通各方向轉向交通量差別較小,主次流向不明顯,且單向交通量均滿足單車道變速車道通行能力的要求。因此,影響互通方案選擇的主要因素并非交通量,而是區域內的地形地物等。

4 互通立交方案設計

4.1 布設原則

(1)互通式立交的設置首先應符合區域內現有路網與規劃道路的整體布局,同時考慮地方政府規劃及經濟發展的現狀要求,并結合交通量和工程具體工況條件綜合確定。

(2)樞紐互通式立交作為“高接高”公路交通流轉換的重要節點,應注重互通型式的選擇,以確保區域路網內交通流快捷集散。

(3)對互通式立交方案具體指標的采用,考慮到山嶺區地形地物及地質條件的制約,需因地制宜使匝道順應地形地勢,合理控制工程規模。

(4)互通匝道的出入口為事故高發區,因此在設計中要嚴格控制出入口位置的平面線形設計、縱面指標協調及標志標牌示意等,以適應駕駛員的行車預期,合理降低事故風險。

(5)在公路項目中,互通式立交不僅具有工程構造物的屬性,也應包含美學景觀的特性,因此在方案設計過程中應融入美學設計理念,達到造型優美。

4.2 主要控制因素

寨子樞紐是在既有G8513平綿高速公路上新增樞紐互通,該節點主要控制因素具體有以下五點。

(1)被交路G8513平綿高速為雙向四車道,路基寬度24.5 m,寨子樞紐擬采用上跨平綿高速的方案,以實現康略高速與平綿高速之間交通流的轉換。

(2)被交路上寨子樞紐互通擬定位置北側約800 m處為茶馬隧道,南側約1 300 m處為望子關隧道,1 700 m處為望子關互通,互通布設時需考慮與既有隧道和互通之間有關間距和凈距的要求,避免對既有構造物產生影響。

(3)被交路上寨子樞紐互通路段分布有橋梁構造物,方案布設時應考慮橋梁構造物的拆除及拼寬改造,盡量減小對既有構造物的影響。

(4)康略高速主線K0+915處為梁家山隧道洞口,樞紐互通主線側匝道布設時需考慮與隧道的凈距滿足相關要求。

(5)S205線緊鄰被交路西側敷設,與被交路相距最近兩處僅有10余米,樞紐互通匝道布設時需考慮避讓,避免對既有地方道路產生影響,減少對地方居民交通出行的干擾。

4.3 方案選型

康略高速與平綿高速兩條高速公路為三岔交叉,常見的互通型式有喇叭形、葉形、Y形和T形,其特點及選用條件如下。

(1)當三岔交叉有一條或兩條左轉彎匝道的交通量均小于單車道匝道設計通行能力時,可選用喇叭形或葉形互通型式,寨子樞紐兩條左轉彎匝道的交通量均大于單車道匝道設計通行能力,且為“高接高”,考慮到環形匝道平面線形指標較低,不利于兩條高速公路間交通流的快速轉換,因此排除上述兩種互通型式。

(2)Y形樞紐互通的特點是左轉彎匝道均為直連式,各匝道按主線分合流方式以高速公路的延續路段設計,一般當三個方向交通量大小相當且交通量均較大時采用此型式?？紤]到各匝道轉向交通量大于單車道匝道設計通行能力,小于雙車道匝道設計通行能力,整體交通量不算太大,同時受既有被交路限制,兩條左轉彎匝道于被交路側不具備左出左進布設的條件,因此綜合考慮舍棄Y形樞紐方案。

(3)T形樞紐互通的特點是左轉彎匝道均采用半直連式,當主次分明的兩條高速公路呈三岔交叉時,可根據各轉彎交通量大小,分別選用不同的匝道形式,構成不同形式的三岔T形互通,同時兩條左轉彎匝道于被交路側均采用右出右進布設方式,不受既有被交路平面線形的限制,因此綜合考慮寨子樞紐互通各轉向交通量及整體工程規模的要求,最終確定采用T形樞紐互通方案。

4.4 方案設計

由于受被交路上行線方向茶馬隧道、下行線方向望子關隧道以及主線側梁家山隧道制約,匝道若采用雙車道變速車道出入口,在設置加減速車道和漸變段,并增設輔助車道后,樞紐互通與上述三座隧道的凈距將無法滿足相關規范的要求,因此各方案匝道均采用單車道變速車道出入口,之后漸變為Ⅱ型單向雙車道匝道標準斷面,以滿足相關規范的要求。

4.4.1 方案一(T形內交叉)

考慮到主次交通流量相差不大,采用T形內交叉樞紐方案,匝道設計速度均為60 km/h,各個方向平縱指標較高,無明顯主次流向匝道之分,交通轉向平順,通行能力較好,滿足使用功能要求。此方案結構緊湊,雖A、D匝道上跨G8513布設,但G8513與匝道兩交叉點相距較遠,不影響G8513的行車視距。與上行線方向茶馬隧道凈距約為880 m,與下行線方向望子關隧道凈距約為660 m,均滿足相關規范要求。具體方案平面示意簡圖如圖2所示。

圖2 寨子樞紐互通方案一平面示意簡圖

優點:(1)匝道平面指標較高,更有利于交通量快速轉換;(2)占地較少,路基工程量較小;(3)遠期無需進一步改造。

缺點:(1)橋梁規模較大。

4.4.2 方案二(T形左轉彎匝道迂回型)

根據現階段主次交通流向擬定T形左轉彎匝道迂回型樞紐方案,此方案順應交通量布設,雖A、D匝道與G8513交叉點間的通視條件更優,但次流向左轉彎匝道迂回半徑僅為80 m,平面指標較低,設計速度僅滿足40 km/h的設計指標要求,不利于樞紐互通兩條高速間的交通量轉換,但整體匝道規模與方案一相比較小。具體方案平面示意簡圖如圖3所示。

圖3 寨子樞紐互通方案二平面示意簡圖

優點:(1)橋梁工程規模較小;(2)拆遷較少。

缺點:(1)左轉彎匝道迂回半徑平面指標較低,高速間交通流轉換速度較慢;(2)占地較多;(3)遠期改造次交通流方向迂回匝道較復雜。

4.5 方案比選

綜上所述,方案一較方案二橋梁工程規模略大,拆遷略多,但整體平縱指標更優,匝道設計速度均能達到60 km/h,更有利于兩條高速公路間交通量的快速轉換,且占地更少,路基工程量更優,故推薦采用方案一。兩個方案主要工程數量的對比如表1所示。

表1 互通主要工程數量對比表

5 結 論

S44康略高速寨子樞紐互通為典型的三岔交叉樞紐互通,作為“高接高”路網中的關鍵節點,主要滿足高速公路之間交通流轉換的功能需要,因此其方案的設計、比選及最終確定既要滿足其在路網中的交通功能,也要綜合考慮方案的技術指標、工程規模、服務水平以及安全性等其他的控制影響因素;同時作為山區高速公路,在互通方案選型和設計過程中不應拘泥于有關規范和技術指標的限制,而是要結合地形地物條件,因地制宜,靈活布設匝道,在常規互通型式的基礎上發散思維,構思各種異形互通型式,確保互通立交與自然環境相協調。在設計中貫徹交通運輸部“品質工程”要求,力爭使設計達到“人本安全、低碳環保、綠色生態、精細節約”,而且互通立交作為公路工程項目中的典型標志性構造物,在設計過程中應更多地考慮美學設計理念,使得互通立交本身成為一項景觀設計。