枢纽互通式立交改建方案优化

周 道

（河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南 郑州 450052）

0 引言

互通式立交是高速公路上不可或缺的组成部分，是高速公路间交通转换的枢纽，车辆出入高速公路、连接地方道路、服务地方经济的门户。枢纽互通式立交更是高速公路之间实现交通便捷转换功能的承担者，其特点是交通量大，匝道一般采用直连式或半直连式，造价相应较高，对周围环境影响也较大。

枢纽互通式立交设计的合理与否关系到立交本身以及整条高速公路的通行能力能否达到要求，因此必须慎重。一座互通式立交型式的确定，往往是一个渐进的过程，只有不断地对影响因素进行深入的分析研究，协调各方面因素，才能不断优化，找出经济、合理、快捷、安全的方案。

1 祥云寺枢纽互通式立交概况

1.1 项目概况

为加快区域经济的发展步伐，加强与开封、商丘等区域的经济联系，推动沿线资源开发利用及经济发展，尤其为了促进河南省民航事业的发展，确定修建郑州至民权高速公路（以下简称“郑民高速”）。该项目起点位于京港澳高速公路与郑州西南绕城高速公路交汇处，终点位于民权县东南部的龙塘镇与连霍高速公路相接处，构成区域内连霍高速公路复线，项目地理位置如图1所示。

图1 郑民高速（一期）路线地理位置图

1.2 祥云寺枢纽互通式立交方案现状

祥云寺枢纽互通式立交位于中牟县谢庄镇黄商村西南约300m处，是郑州绕城高速公路与京港澳高速公路相交叉的枢纽转换立交。交叉处京港澳高速公路和郑州绕城高速公路的设计车速均为120km/h，路基宽度为35m，双向6车道。

祥云寺枢纽互通式立交于2005年8月12日建成通车，为T形半定向互通立交，匝道设计车速为80km/h，最小平曲线半径为280m，最大纵坡为4%，均为单向双车道匝道和双车道出入口设计。祥云寺枢纽互通式立交现状如图2所示，目前运营状况良好。

图2 祥云寺枢纽互通式立交现状

郑州西南绕城高速公路实施时，祥云寺互通式立交是按丁字交叉的枢纽互通进行设计和建设的，在立交方案的选定和匝道的布设时没有考虑郑州绕城高速公路向东延伸的需要。根据河南省高速公路网规划，郑州至民权高速公路起点与该互通式立交相连接，该互通式立交需改造成连接三条高速公路的十字交叉形枢纽互通式立交。

1.3 转弯交通量

根据可研报告对郑民高速公路郑州段交通量的分析计算，祥云寺互通处的转向交通量分布如图3所示。

图3 祥云寺枢纽转向交通量分布图

2 原设计方案及其优化

设计部门提供的最初设计方案是主线接郑州绕城高速向东，选择由西向北匝道高架桥的北侧上跨京港澳高速和匝道，见图4。在充分利用现有匝道桥梁的前提下，对原有的4条匝道进行改建、并新建4条匝道，组成全互通的半定向十字交叉枢纽立交。匝道设计车速为60km/h，最小平曲线半径为160m，最大纵坡采用4%。主线范围为K-2+910.529～K2+000。

图4 原设计方案

在施工图审查期间，针对该互通设计方案提出了局部优化建议。建议调整匝道纵坡，合理确定起桥高度，以减小桥长。建议主线桥台高度按8m控制，主线桥长可减短120m，A匝道跨D匝道纵坡由3.6%调整为4%，匝道桥台高度按10m控制，A匝道桥长可减短200m，D匝道桥长可减短100m。总投资估计约27 919万元，可节约1 442万元。

3 方案优化原则

经过纵坡优化调整的立交方案虽然缩短了桥梁长度、降低了工程造价，但该平面布置中存在郑民高速主线线形指标低、桥梁高度高等缺点。受项目业主的委托，在仔细核查现有祥云寺互通的控制因素，结合区域地形、地物特点，针对该立交施工图设计方案（见图4），制定了以下三个优化设计原则。

（1）保证功能：满足枢纽互通式立交交通转换功能，确保京港澳高速、西南绕城高速、郑民高速交通流的顺利转换。

（2）最大限度地利用现有工程：充分利用已建成的立交匝道，减少现有工程的废弃和过多拆迁，以免造成不良的社会影响，且利于建设期的保通。

（3）降低造价：在满足远景交通量的同时，尽可能灵活运用指标，以压缩规模、节约占地、减少拆迁、降低投资。

4 优化方案论证

4.1 优化方案

4.1.1 方案一

（1）优化思路：现有方案跨越已有的匝道位置较高，从位于最高层的匝道上跨越，导致主线路基较高，桥长较长。故应考虑尽可能从现有匝道的低处跨越京港澳高速和匝道，以缩短主线桥长。

（2）方法措施：主线南移，在立交南侧二层匝道桥附近上跨现有由南向西的匝道。充分利用原有匝道桥，其他匝道依主线紧凑布设，见图5。

（3）优化成果：主线桥长减少150m、匝道桥长增加257m；匝道总长减短1 525m；占地减少57亩。总投资估计约26 150万元，可节约1 769万元。

图5 方案一

4.1.2 方案二

（1）优化思路：主线走低，降低新修匝道桥高度，减少主线及匝道桥长。

（2）方法措施：主线下穿京港澳和现有匝道，充分利用现有匝道桥，其他匝道依主线紧凑布设，见图6。

（3）优化成果：节省原主线跨线桥1 058m，增加匝道桥333m；减短匝道总长1 204m；在京港澳交叉处增设2×14m箱涵，涵长50m；两侧各修U形槽395m，连接下穿引道150m，常水位下设抗拔桩5 292m，设自动抽水泵站1座，节约占地36亩。总投资估计约20 369万元，可节约7 550万元。

该方案对京港澳的保通有一定压力，运营期养护费用较大（泵站的运营维护费用及污水处理费用），且存在着一定的排水风险。同时，下穿EK0+940处匝道桥梁基桩会损失4m受力区间，需进行验算加固。

图6 方案二

4.1.3 方案三

（1）优化思路：随低就高跨京港澳高速，下穿较高的匝道。

（2）方法措施：主线上跨京港澳高速、下穿E匝道桥，见图7。

（3）优化成果：主线桥长增长9m，匝道桥长增加474m；匝道总长减短399m；占地增加73亩。总投资估计约29 405万元，将增加1 486万元。由于受现有京港澳高速与E匝道高差及距离的制约，上跨京港澳的净空不能满足5.5m这一地方标准要求，但可满足5m这一国家标准要求。

图7 方案三

4.2 方案比选

经对上述优化方案进行了控制性平面和纵面设计，下面对主线及匝道纵坡线形、匝道总长度、匝道桥总长度及面积、互通占地等工程量和建安费投资进行比较，结果见表1。

表1 方案比较表

4.3 比选结论

综合各方面因素，方案一在郑民高速主线纵坡、桥梁面积、占用土地等方面具有较大优势，因此推荐采用方案一。

5 结语

郑民高速与京港澳高速、郑州西南绕城高速间的祥云寺互通式立交已经按照优化方案一建成通车，目前运行状况良好，方案优化达到了预期的效果，获得了业主和有关部门的肯定。

祥云寺枢纽互通式立交的改建方案，是高速公路路网规划不断调整阶段中的一个比较具有代表性的例子，笔者对该立交改建方案的优化过程和方法进行了介绍，希望能为今后的类似立交设计工作提供借鉴。

[1] 交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] 张廷楷，张金水.道路勘测设计[M].上海：同济大学出版社，2002.

[3] 高速公路丛书编委会.高速公路立交工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]JTG B01—2003，公路工程技术标准[S].

[5]JTG D20—2006，公路路线设计规范[S].