烏蒙山區(qū)高速公路互通立交與服務(wù)區(qū)合建的選型設(shè)計(jì)分析

摘 要：隨著我國(guó)建設(shè)高速公路步伐的加快，在烏蒙山區(qū)建設(shè)高速公路，提上議事日程。烏蒙山區(qū)地形、地質(zhì)、氣候條件等非常復(fù)雜。在設(shè)計(jì)烏蒙山區(qū)高速公路建設(shè)方案時(shí)，互通立交與服務(wù)區(qū)無(wú)法獨(dú)立設(shè)置成為必須面對(duì)的問(wèn)題。本文結(jié)合烏蒙山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的典型案例，從烏蒙山區(qū)高速公路建設(shè)的特點(diǎn)、主要受限因素以及設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化三個(gè)方面，對(duì)烏蒙山區(qū)高速公路互通立交和服務(wù)區(qū)合建的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇和分析。

關(guān)鍵詞：烏蒙山區(qū)高速公路；互通立交與服務(wù)區(qū)合建；選型設(shè)計(jì)分析文章編號(hào)：2095-4085（2024）08-0097-03

0 引言

烏蒙山區(qū)高速公路較平原區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)難度大，其中因高橋隧比、地形地質(zhì)復(fù)雜所帶來(lái)的互通立交和服務(wù)區(qū)布設(shè)空間受限的問(wèn)題尤為突出。一般設(shè)計(jì)會(huì)優(yōu)先考慮將互通立交與服務(wù)區(qū)獨(dú)立設(shè)置，分別滿足各自的功能需求，而特殊情況下也會(huì)遇到在同一點(diǎn)位既要保證互通立交的設(shè)置位置，又要滿足服務(wù)區(qū)的選址要求。這種情況下，要在設(shè)計(jì)過(guò)程中深入分析主要受限因素，對(duì)整體選型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研判，選擇互通立交與服務(wù)區(qū)合建方案，既能滿足相關(guān)規(guī)范要求，又能達(dá)到功能完善、行車(chē)安全、工程經(jīng)濟(jì)的目的。

1 烏蒙山區(qū)高速公路的建設(shè)特點(diǎn)

1.1 自然環(huán)境

1.1.1 地形條件復(fù)雜、地表水系發(fā)育

烏蒙山是我國(guó)西南部云貴高原上的主要山脈之一，位于云貴高原與四川盆地結(jié)合部，山高谷深，地勢(shì)陡峻，為典型的高原山地構(gòu)造地形。區(qū)域內(nèi)多為因構(gòu)造侵蝕形成的低山峽谷、中山峽谷地貌和因構(gòu)造剝蝕形成的低山、中山地貌。

烏蒙山是南北盤(pán)江的分水嶺，也是南北盤(pán)江的發(fā)源地，還是珠江的源頭，境內(nèi)河流縱橫，地跨長(zhǎng)江、珠江兩大流域。境內(nèi)地表水系發(fā)育較好，河流、溪澗切割深，落差大，高低懸殊，呈枝狀分布。地表徑流主要來(lái)源于上游冰雪融化及季節(jié)性降水。受年內(nèi)、年際降水量不均影響，汛期降水集中，徑流量大，經(jīng)常出現(xiàn)河流暴漲的情況。

1.1.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象和特殊性巖土發(fā)育

區(qū)域地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，所有常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象和特殊性巖土在該區(qū)域均有分布，其中主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象有巖溶、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、危巖和崩塌等，主要的特殊性巖土有軟土、膨脹性巖土、軟巖等。

1.1.3 氣候和氣象條件復(fù)雜多變

烏蒙山區(qū)屬亞熱帶、暖溫帶高原季風(fēng)氣候，降水時(shí)空分布不均。總的特點(diǎn)是氣候溫和、四季分明、熱量充足、雨水充沛、春濕多雨、夏秋多旱、嚴(yán)寒期短、暑熱期長(zhǎng)，其中夏季多雷雹，秋冬多雨霧，氣象災(zāi)害突出。

該區(qū)域氣候明顯受地形影響，特別是受高程控制，垂直分帶十分明顯，而水平變化不大，具有“一山分四季，十里不同天”的說(shuō)法。局部區(qū)域受氣候及地形影響，時(shí)常發(fā)生大霧天氣，全年霧日60～80d，秋冬兩季集中發(fā)生概率大，一般發(fā)生在夜間或早晨，多為輻射霧，太陽(yáng)出來(lái)后即散去。受地形起伏大的影響，濃霧、特濃霧現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1.2 社會(huì)環(huán)境

1.2.1 地理位置重要

烏蒙山區(qū)域的交通地位十分重要，是一條重要的南下北上、通江達(dá)海大通道，其中滇、川、黔三省結(jié)合部是烏蒙山區(qū)腹地。高速公路的建設(shè)能夠有效串聯(lián)省際公路網(wǎng)，同時(shí)對(duì)完善區(qū)域干線路網(wǎng)、發(fā)揮路網(wǎng)整體效益具有重要意義。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)落后，路網(wǎng)密度低

烏蒙山區(qū)域整體經(jīng)濟(jì)較落后，是全國(guó)新一輪扶貧攻堅(jiān)的六大片區(qū)之一，也是全國(guó)扶貧攻堅(jiān)的主戰(zhàn)場(chǎng)。區(qū)域路網(wǎng)密度低，合理設(shè)置互通立交，連接地方路網(wǎng)，合理設(shè)置服務(wù)區(qū)，增加服務(wù)功能，最大限度帶動(dòng)地區(qū)脫貧致富，在該區(qū)域建設(shè)高速公路項(xiàng)目意義重大［1］。

1.2.3 有效耕地較少，保護(hù)耕地十分重要

烏蒙山區(qū)域地質(zhì)、地形條件復(fù)雜，地面高程變化劇烈，適宜耕種的土地資源比較缺乏，高速公路建設(shè)過(guò)程中合理、合法保護(hù)耕地顯得尤為重要。

1.2.4 社會(huì)人文環(huán)境獨(dú)特、旅游資源豐富

烏蒙山區(qū)域分布的少數(shù)民族眾多，各縣市多以發(fā)展旅游服務(wù)業(yè)為重點(diǎn)，比如，昭通市大關(guān)縣是具有生態(tài)、宜居文化特色的“中國(guó)瀑布之鄉(xiāng)”；昭通市彝良縣是世界天麻原產(chǎn)地、全國(guó)紅色生態(tài)旅游目的地、生態(tài)和諧的山水園林城市。因此在高速公路建設(shè)過(guò)程中，要充分體現(xiàn)人文關(guān)懷，真正做到人、路、自然和諧統(tǒng)一。

1.3 工程建設(shè)

1.3.1 橋隧比高，技術(shù)復(fù)雜，建設(shè)難度大

受區(qū)域地形、地質(zhì)條件影響，多數(shù)高速公路的主線橋隧比超過(guò)70%，部分高速公路的主線橋隧比甚至超過(guò)90%。其中，主線隧道占比高是烏蒙山區(qū)高速公路工程建設(shè)的一大特點(diǎn)，部分高速公路的主線隧道占比超過(guò)70%。

1.3.2 互通立交和服務(wù)區(qū)設(shè)置難度大

受區(qū)域地形、地質(zhì)條件影響，加之主線較高的隧道占比，高速公路互通立交和服務(wù)區(qū)的布設(shè)空間嚴(yán)重受限，全線可供選擇的布設(shè)點(diǎn)位有限，而有限點(diǎn)位處多存在地勢(shì)陡峭、地質(zhì)條件差、落地高差大或匝道出入口與隧道間凈距不足等諸多問(wèn)題。

2 互通立交與服務(wù)區(qū)合建的主要受限因素分析

2.1 交通量

烏蒙山區(qū)域高速公路的主線交通量相對(duì)較小，一般情況下，一座一般式互通立交預(yù)測(cè)末年總轉(zhuǎn)向交通量小于10 000pcu/d。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要更加注重互通立交轉(zhuǎn)向交通流的主次之分，盡可能確保設(shè)計(jì)的匝道型式與轉(zhuǎn)向交通流相匹配。

2.2 沿線地形、地質(zhì)

互通立交與服務(wù)區(qū)合建時(shí)，整體規(guī)模大，占地多。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般要優(yōu)先考慮降低工程造價(jià)的因素，將合建主體置于地形相對(duì)平緩的區(qū)域。而烏蒙山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，滑坡、不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象往往出現(xiàn)在地形較平緩的堆積體上。因此，在互通立交與服務(wù)區(qū)合建時(shí)，沿線地形、地質(zhì)條件是整體布設(shè)非常重要的一項(xiàng)控制因素。設(shè)計(jì)時(shí)，要充分結(jié)合工程地質(zhì)勘察成果，合理控制工程規(guī)模，合建點(diǎn)位盡可能避讓對(duì)工程影響較大的不良地質(zhì)，同時(shí)要控制匝道及場(chǎng)區(qū)的填挖高度，降低工程造價(jià)和施工難度。

2.3 沿線村落

烏蒙山區(qū)山高谷深，溝壑縱橫，除部分少數(shù)民族聚集在山頂外，多數(shù)村落密集分布于河谷平壩。山區(qū)高速公路多采用隧道穿越崇山，兩山間的河谷平壩多為路基和橋梁，是互通立交與服務(wù)區(qū)合建相對(duì)有利的位置。設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合沿線村落分布的情況，通過(guò)合理選擇互通立交與服務(wù)區(qū)合建型式，盡可能地減少對(duì)沿線村落的影響，更好地服務(wù)于地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展［2］。

2.4 匝道出入口與隧道洞口間凈距

烏蒙山區(qū)高速公路主線隧道占比高，互通立交與服務(wù)區(qū)合建匝道出入口的設(shè)計(jì)，相較于單獨(dú)建設(shè)互通立交、單獨(dú)建設(shè)服務(wù)區(qū)更為復(fù)雜，不可避免地存在匝道出入口與隧道洞口凈距較小的問(wèn)題。要統(tǒng)籌考慮主線和匝道的設(shè)計(jì)，主線設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能利用地形展線，拉開(kāi)前后兩座隧道的間距，在滿足互通區(qū)主線平、縱指標(biāo)的同時(shí)，為立交和服務(wù)區(qū)的合建提供更大空間；匝道設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)匝道出入口與隧道洞口的最小凈距進(jìn)行合理控制，滿足規(guī)范要求的同時(shí)，充分考慮服務(wù)區(qū)場(chǎng)區(qū)的布設(shè)位置，使合建工程符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)地形、地質(zhì)條件，盡可能降低工程填挖土方量，有效控制工程規(guī)模，節(jié)約工程造價(jià)。

3 互通立交與服務(wù)區(qū)合建的典型方案研究

3.1 案例基本情況

烏蒙山區(qū)某高速公路采用雙向四車(chē)道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬度24.5m，路線全長(zhǎng)90.664km，共設(shè)置10處互通立交，兩處服務(wù)區(qū)，其中一處一般式互通立交與服務(wù)區(qū)，受沿線諸多因素限制，不具備獨(dú)立設(shè)置條件，需合并設(shè)置，設(shè)置路段前后主線橋隧比約80%。

該高速公路具備烏蒙山區(qū)高速公路的典型特征，地形條件復(fù)雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象較多，主線橋隧比高。互通立交與服務(wù)區(qū)合建的位置，受隧道洞口凈距及附近村落分布的影響，布設(shè)空間有限。

3.2 主要控制因素分析

3.2.1 交通量

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)分析，主交通流方向預(yù)測(cè)末年轉(zhuǎn)向交通量為4 646pcu/d，次交通流方向預(yù)測(cè)末年轉(zhuǎn)向交通量為3 053pcu/d，互通立交總轉(zhuǎn)向交通量不大，互通立交形式，優(yōu)先考慮與主交通流匹配的單喇叭A型。

3.2.2 地形、地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)地勢(shì)南高北低，高速主線自東向西采用路基、橋梁形式穿越河谷平壩的西南靠山側(cè)。設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性，將互通立交與服務(wù)區(qū)合建主體布置于地勢(shì)相對(duì)平坦的坡地。根據(jù)工程地質(zhì)勘察成果，該區(qū)域整體地質(zhì)情況較好，局部分布有軟土，地表有河流，合建主體盡可能避讓軟土和地表河流［3］。

3.2.3 村落

高速主線北側(cè)的河谷平壩分布著密集的村落。選擇合理的互通立交與服務(wù)區(qū)合建形式，以降低對(duì)村落的影響，避免對(duì)其產(chǎn)生分割，小范圍確實(shí)無(wú)法避讓時(shí)，經(jīng)論證后方可占?jí)翰疬w。

3.2.4 結(jié)構(gòu)物

高速主線小樁號(hào)側(cè)為一座特大橋，跨徑36×29.5m，結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)T梁，平均墩高25m；大樁號(hào)側(cè)為一座特長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)5 259m；中間為填方和挖方路基段。

互通立交與服務(wù)區(qū)合建主體，布置于主線的中間路基段，同時(shí)控制匝道出入口與大樁號(hào)側(cè)隧道洞口的凈距，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.3 方案研究思路

區(qū)域所處位置的地勢(shì)南高北低，北側(cè)緊鄰村落，距主線大樁號(hào)側(cè)的特長(zhǎng)隧道較近，主線高程較高，與被交叉路高差約40m。受地形條件限制，沒(méi)有其他合理布設(shè)服務(wù)區(qū)位置的條件，綜合考慮區(qū)域地形、地質(zhì)、地物、預(yù)測(cè)交通量以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃等因素，采用A型單喇叭互通立交與服務(wù)區(qū)合址建設(shè)的方案，兩側(cè)的服務(wù)區(qū)場(chǎng)區(qū)分別內(nèi)置于互通立交匝道中，在主線左右兩側(cè)分別設(shè)置一條與主線并行的匝道，串聯(lián)起立交與服務(wù)區(qū)的出入口。

互通立交共設(shè)A、B、C、D、E、F六條匝道。A匝道上跨主線、E匝道和F匝道，E匝道和F匝道具備集散功能，作為服務(wù)區(qū)的貫通車(chē)道。由于合建主體位于村落西側(cè)，民房密集，村西頭有大片新建安置房，且有河流經(jīng)過(guò)，為減少對(duì)河道和村落影響，A、C、F匝道布設(shè)橋梁。為減小橋梁建設(shè)規(guī)模，合建主體內(nèi)增設(shè)填平區(qū)。

根據(jù)地形特點(diǎn)，采用左右非對(duì)稱(chēng)的形式設(shè)置服務(wù)區(qū)場(chǎng)區(qū)，南側(cè)場(chǎng)區(qū)位于A匝道、B匝道之間，面積約為36.5畝；北側(cè)場(chǎng)區(qū)位于A匝道、D匝道之間，面積約為37.6畝，兩側(cè)場(chǎng)區(qū)共74.1畝。

方案具體布置情況見(jiàn)圖1。

4 結(jié)語(yǔ)

烏蒙山區(qū)高速公路互通立交與服務(wù)區(qū)合建，是因山區(qū)地形、地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行選擇的一種設(shè)計(jì)思路。按照節(jié)約用地、降低工程造價(jià)的要求，在公路設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮沿線的主要控制因素，達(dá)到選型與地形、地質(zhì)相結(jié)合，與人文相結(jié)合，與功能相結(jié)合的目的。

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