高速公路增設(shè)樞紐設(shè)計(jì)探究

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摘要:以太原西北二環(huán)高速公路清徐南樞紐為例，介紹了在新增樞紐與既有互通凈距不足的情況下，綜合考慮互通功能、交通流優(yōu)化、工程規(guī)模、舊路改造強(qiáng)度等因素，比選得出合理的樞紐方案。

關(guān)鍵詞:既有高速公路;舊路改造;互通立交設(shè)計(jì);方案比選

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)區(qū)的擴(kuò)大和高速公路路網(wǎng)不斷補(bǔ)充完善，既有高速增設(shè)立交的情況越來(lái)越多。地方路網(wǎng)對(duì)進(jìn)入高速的便捷性要求提高，需要增加互通出入口;新增高速公路與既有路網(wǎng)交叉增多，需要增設(shè)樞紐立交。既有高速公路增設(shè)樞紐一般工程規(guī)模更大，面臨的技術(shù)困難也更多，需要仔細(xì)研究。

1項(xiàng)目概況

太原繞城高速公路義望至凌井店段(太原西北二環(huán)高速公路)，是國(guó)家高速公路網(wǎng)中京昆高速公路的太原過(guò)境段。該項(xiàng)目為規(guī)劃中的太原都市圈提供快速便利的交通運(yùn)輸服務(wù)，對(duì)完善國(guó)家高速公路網(wǎng)和山西省高速公路網(wǎng)有重要作用。本項(xiàng)目按雙向四車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用80km/h，路基寬度25．50m。被交路為青銀高速與京昆高速共線段，設(shè)計(jì)速度120km/h，路基寬度28．5m(雙向六車(chē)道)。高速公路之間的立體交叉，應(yīng)為樞紐互通式立體交叉［1］。項(xiàng)目起點(diǎn)位于呂梁市交城縣義望村東，銜接京昆高速公路(G5)、青銀高速公路(G20)的共線段，形成十字交叉，需要在項(xiàng)目起點(diǎn)設(shè)置清徐南樞紐。樞紐選址區(qū)屬于山前平原區(qū)，地形開(kāi)闊、平坦，地表沖溝不發(fā)育;地表巖性為第四系沖洪積粉土、粉質(zhì)黏土、中細(xì)砂、圓礫等。地面坡度向山前盆地中心傾斜，地下水位埋深較淺，地表植被以農(nóng)作物為主。方案研究初期考慮路網(wǎng)規(guī)劃和通行效率，將起點(diǎn)選在京昆高速與青銀高速交通流轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)義望樞紐，見(jiàn)圖1。采用全部利用原有匝道，新增部分轉(zhuǎn)向匝道的改造方式，實(shí)現(xiàn)十字交叉各方向的交通轉(zhuǎn)換。但由于現(xiàn)狀義望樞紐周邊村莊、廠礦密集，以此樞紐為節(jié)點(diǎn)，路線方案穿過(guò)規(guī)劃的工業(yè)園區(qū)，地方政府無(wú)法接受。最終將交叉節(jié)點(diǎn)選在義望樞紐東北約3km的清徐南互通處，通過(guò)改造及增設(shè)部分轉(zhuǎn)向匝道，將現(xiàn)有清徐南互通和義望樞紐組合為復(fù)合式樞紐立交，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目與被交高速公路的交通轉(zhuǎn)換。

2交通量分析

在現(xiàn)狀高速舊路增設(shè)樞紐后，路段轉(zhuǎn)向交通量如圖2所示。該樞紐交通量轉(zhuǎn)換要求較為特殊，本項(xiàng)目西二環(huán)主線(古交方向)在現(xiàn)有清徐南互通位置，形成帶出入口的十字交叉，實(shí)現(xiàn)部分交通流轉(zhuǎn)換和清徐縣車(chē)輛的出入需求;在義望樞紐位置仍然為T(mén)型交叉，實(shí)現(xiàn)青銀高速與大運(yùn)高速(南環(huán))的車(chē)輛轉(zhuǎn)換。

3樞紐方案設(shè)計(jì)研究

原有的清徐南互通，為A型單喇叭互通。A匝道為設(shè)計(jì)速度50km/h，路基寬度15．5m的雙向雙車(chē)道;B、C、D、E四條單向匝道設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度為8．5m;環(huán)形匝道最小圓曲線半徑60m，匝道設(shè)置三跨現(xiàn)澆連續(xù)箱梁上跨主線，設(shè)置“四進(jìn)六出”共十條收費(fèi)車(chē)道。義望樞紐是一處單喇叭型樞紐，該樞紐實(shí)現(xiàn)了青銀高速與大運(yùn)高速的交通分流。太原二環(huán)高速在此段落增設(shè)樞紐，必須要考慮現(xiàn)有兩處立交的功能，合理改造，利于現(xiàn)有匝道，還需保證改造期間主線的通行能力。

3．1方案一

結(jié)合本樞紐和清徐南互通的服務(wù)水平及地形條件，采用部分利用原有互通匝道的變異苜蓿葉樞紐形式。在部分保留匝道及收費(fèi)站的前提下，改造清徐南互通半定向左轉(zhuǎn)E匝道，另外增設(shè)7條匝道，成為全互通立交加高速出入口的樞紐形式，見(jiàn)圖3。新增7條匝道為:F匝道為古交去往汾陽(yáng)、祁縣方向，設(shè)計(jì)速度60km/h，路基寬10．5m(單向雙車(chē)道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3．399%。起點(diǎn)順接本項(xiàng)目主線西環(huán)高速，上跨L匝道后匯入青銀高速，采用雙車(chē)道直接式加速車(chē)道，加速車(chē)道終點(diǎn)距離現(xiàn)有義望樞紐減速車(chē)道起點(diǎn)491m，需要設(shè)置貫通的輔助車(chē)道。H匝道為古交去往太原方向，設(shè)計(jì)速度60km/h，路基寬度10．5m(單向雙車(chē)道)，圓曲線最小半徑240m，最大縱坡3．523%。起點(diǎn)與F匝道采用匝道分流設(shè)計(jì)，下穿J匝道后上跨青銀高速、A匝道、C匝道，最后向北匯入青銀高速。J匝道為汾陽(yáng)、祁縣去往古交方向，設(shè)計(jì)速度60km/h，路基寬度10．5m(單向雙車(chē)道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3．882%。起點(diǎn)采用雙車(chē)道直接式減速車(chē)道，減速車(chē)道起點(diǎn)距離現(xiàn)有義望樞紐加速車(chē)道終點(diǎn)634m，需要設(shè)置貫通的輔助車(chē)道。J匝道上跨B匝道、青銀高速、H匝道、L匝道后，與G匝道采用主線合流設(shè)計(jì)后，向西匯入西二環(huán)高速。G匝道為太原去往古交方向，設(shè)計(jì)速度60km/h，路基寬度10．5m(單向雙車(chē)道)，圓曲線最小半徑400m，最大縱坡2．762%。起點(diǎn)采用雙車(chē)道直接式減速車(chē)道，終點(diǎn)與J匝道采用主線合流設(shè)計(jì)。L匝道為古交去往清徐收費(fèi)站方向，設(shè)計(jì)速度50km/h，路基寬度9m(單向單車(chē)道)，圓曲線最小半徑350m，最大縱坡3．85%。起點(diǎn)采用單車(chē)道直接式減速車(chē)道，下穿F匝道、J匝道，上跨青銀高速后，與原收費(fèi)站匝道順接。N匝道為清徐入口車(chē)輛去往古交方向匝道，設(shè)計(jì)速度50km/h，路基寬度9．0m(單向單車(chē)道)，圓曲線最小半徑180m，最大縱坡2．893%。起點(diǎn)由A匝道分流，上跨P匝道后，匯入G匝道。P匝道為封閉原互通E匝道后，新增的太原去往清徐出口方向匝道，設(shè)計(jì)速度50km/h，路基寬度9．0m(單向單車(chē)道)，圓曲線最小半徑130m，最大縱坡4%。起點(diǎn)與G匝道分離，下穿N匝道后，從左側(cè)匯入L匝道。本樞紐施工時(shí)，由于設(shè)置了輔助車(chē)道，需要將主線加寬，影響正常通行，施工時(shí)要做好完善的交通組織工作，完善保通安全設(shè)施。

3．2方案二

方案二統(tǒng)籌考慮了原有清徐南互通的出入功能、既有兩處立交的交通轉(zhuǎn)換功能和青銀大運(yùn)共線段的通行能力，將交叉高速的直行車(chē)道分離設(shè)置。該方案涉及到的高速公路主線形成錯(cuò)位交叉，共用路段約3km，按照《公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則》的要求，高速直行車(chē)道應(yīng)各自保持連續(xù)，且分開(kāi)設(shè)置［2］。結(jié)合現(xiàn)有清徐南互通和義望樞紐位置，以及該節(jié)點(diǎn)各轉(zhuǎn)向交通量，方案二采用復(fù)合式變異苜蓿葉樞紐形式。方案二在保留原有互通匝道、匝道收費(fèi)站、青銀和大運(yùn)共線段主線的前提下，局部改造清徐南互通匝道，重新連接義望樞紐H匝道，另外再新增9條匝道，改造為如圖4所示復(fù)合型苜蓿葉樞紐形式。方案二的西二環(huán)主線按分離式路基設(shè)置A匝道、B匝道，設(shè)計(jì)速度60km/h，路基寬度均為12.75m。兩匝道并行青銀高速主線向南跨越現(xiàn)有義望樞紐后，通過(guò)設(shè)置加減速車(chē)道匯入現(xiàn)大運(yùn)高速主線(南二環(huán))，在大運(yùn)主線設(shè)置輔助車(chē)道。清徐南互通新增匝道C、D、E、F、G，實(shí)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)的交通轉(zhuǎn)換和上下高速功能;在現(xiàn)有義望樞紐位置，設(shè)置匝道H、I、J實(shí)現(xiàn)青銀高速與大運(yùn)高速交通轉(zhuǎn)換。方案二新增及改造匝道如下:A匝道、B匝道為二環(huán)高速主線的延續(xù)，實(shí)現(xiàn)了南二環(huán)和西二環(huán)的貫通，匝道采用寬12．75m的分離路基，設(shè)計(jì)速度60km/h。兩匝道在青銀高速兩側(cè)并行現(xiàn)有高速公路主線，不需對(duì)舊路加寬改造。C匝道利用現(xiàn)有清徐南互通出口，為太原方向車(chē)輛去往清徐南收費(fèi)站匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，采用單車(chē)道出口的雙車(chē)道。匝道設(shè)置1－60m簡(jiǎn)支鋼箱梁橋跨越青銀高速主線后，進(jìn)入清徐南收費(fèi)站。D匝道由B匝道分流，為西二環(huán)古交車(chē)輛去往清徐南收費(fèi)站方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，采用單車(chē)道出口的雙車(chē)道，連續(xù)跨越匝B、匝A、青銀主線，最終通往清徐南收費(fèi)站駛離高速。E匝道為清徐南收費(fèi)站去往古交方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度為9．0m(單向單車(chē)道)，跨越C匝后匯入A匝。F匝道為由西二環(huán)古交去往太原方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，圓曲線最小半徑80m，最大縱坡3.8%。起點(diǎn)順接D匝道，連續(xù)上跨A匝道、青銀主線后，采用單車(chē)道加速車(chē)道向北匯入青銀高速主線。G匝道為青銀高速太原去往西二環(huán)古交方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，圓曲線最小半徑130m，最大縱坡3．9%。起點(diǎn)由C匝道分流，匯入E匝道去往西二環(huán)古交方向。H匝道為青銀高速汾陽(yáng)去往大運(yùn)高速祁縣方向，可利用原義望樞紐匝道輕微改造。匝道設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度9．0m(單向單車(chē)道)，圓曲線最小半徑253m，最大縱坡2．4%。起點(diǎn)為原義望樞紐祁縣方向匝道的中段，終點(diǎn)與本方案B匝道合流。I匝道為西二環(huán)古交方向去往青銀高速汾陽(yáng)方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度為9．0m(單向單車(chē)道)，圓曲線最小半徑200m，最大縱坡3．6%。起點(diǎn)接西二環(huán)分離式路基主線匝B，終點(diǎn)匯入青銀高速去往汾陽(yáng)方向，設(shè)置加速車(chē)道匯入主線交通流。J匝道為青銀高速汾陽(yáng)去往西二環(huán)古交方向匝道，設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度10．5m(單向雙車(chē)道)，圓曲線最小半徑300m，最大縱坡3．6%。起點(diǎn)設(shè)置減速車(chē)道從青銀高速主線分流，連續(xù)上跨H匝、B匝、義望樞紐大運(yùn)主線、A匝，最終與A匝道合流，去往西二環(huán)古交方向。

3．3方案比選

方案一優(yōu)點(diǎn)為保留了原有高速出入口，用地少，功能基本滿(mǎn)足使用要求，工程規(guī)模較小，造價(jià)較低。缺點(diǎn)是沒(méi)有完全利用原有互通匝道，建設(shè)中需暫時(shí)封閉高速出入口，需要加寬主線路基和橋梁較多，影響改造期間主線通行。青銀大運(yùn)主線共線段、義望樞紐交通壓力更大，易形成局部交通瓶頸。方案二優(yōu)點(diǎn)為保留了原有高速出入口和原有互通立交，二環(huán)主線采用分離設(shè)置，對(duì)既有高速公路主線改造強(qiáng)度低，滿(mǎn)足規(guī)范錯(cuò)位交叉互通立交的設(shè)計(jì)要求，使用功能較好，對(duì)原有高速共線段和義望樞紐不造成進(jìn)一步的壓力，施工期間對(duì)主線通行影響較小。缺點(diǎn)是橋梁眾多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量較大，新增占地較多，造價(jià)較高。方案一和方案二技術(shù)指標(biāo)及主要工程量比較見(jiàn)表1。對(duì)本樞紐從使用功能、交通流優(yōu)化、工程規(guī)模、對(duì)原有公路設(shè)施利用和改造強(qiáng)度等方面綜合比選分析，認(rèn)為方案二優(yōu)于方案一，推薦復(fù)合式變異苜蓿葉樞紐方案。

4結(jié)語(yǔ)

既有高速公路新增樞紐立交，應(yīng)當(dāng)合理配置路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化交叉道路的車(chē)輛轉(zhuǎn)換方案，盡量采用新建的方式，謹(jǐn)慎采用復(fù)合式樞紐。復(fù)合樞紐新增匝道時(shí)要分清主次交通流，交叉跨越方式要理順并優(yōu)化，原有立交匝道及出入口應(yīng)充分利用，還必須兼顧保障改造期內(nèi)的舊路通行能力。對(duì)立交方案的比選，也應(yīng)從整個(gè)區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)分析，以功能最優(yōu)為第一原則，不可簡(jiǎn)單地以工程代價(jià)高低做方案取舍。本項(xiàng)目在現(xiàn)有道路環(huán)境復(fù)雜，匝道布線影響因素較多情況下，統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有立交，優(yōu)化形成了結(jié)構(gòu)緊湊，占地集中，功能完善的樞紐方案，較好地解決了該項(xiàng)目樞紐設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)難題，可為類(lèi)似情況立交的設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部．公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范:JTGD20—2017［S］．北京:人民交通出版社股份有限公司，2017．

［2］中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部．公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則:JTG/TD21—2014［S］．北京:人民交通出版社股份有限公司，2014．

作者:王添榮 單位:山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司