山区互通方案选型研究

2018-07-04赵文彦

福建交通科技 2018年3期

■赵文彦

（山西省交通规划勘察设计院，太原 030012）

1 概述

截止2017年底，我国高速公路通车里程已达13.1万公里，高速公路网已初步形成。随着山区高速公路的大量兴建，公路增多，互通式立交也逐渐多了起来，受山区地形影响，互通式立交布设越来越困难，变异单喇叭，变异枢纽等形式逐步增多。本文以临离高速公路为例，介绍了5处互通、枢纽的布设。

2 互通式立交设计原则

（1）互通式立体交叉位置，应综合考虑公路网的现状和规划情况，并设在两相交公路线形指标良好，地形、地质和环境条件有利的位置[1]。

（2）互通式立体交叉选型，应综合考虑相交公路的功能、等级、匝道设计速度、地形、地物、用地条件、交通量、造价及收费站设置等因素确定[2]。

（3）互通式立交的设计尽量适应人的行为特征和车辆运行特征，达到交通安全的目的[3]。重点考虑设计的一致性、车道的连续、适宜的通行能力、速度差异最小化、对驾驶人的要求最小化和满足驾驶人的期望等运行要素。

（4）互通式立交的景观设计注重线面结合，体现“寓动于不动之中”的美学特征，遵从“多样统一”的美学规律，景观与排水设计相结合[4][5]。

3 方案选型研究

互通立交设计以满足使用功能、保证安全、匝道线形布置紧凑“瘦身”、少占地为原则[6]。平、纵指标采用方面，在满足规范的前提下，驶出高速公路的指标宜高于进入高速公路的指标，收费站平面指标在满足规范的前提下，纵面指标宜高不宜低，收费站至平交口的距离要留有较大的富余，以满足我省特重特长车辆比例高的要求，体现了“树立让公众满意的设计理念”[7]。在互通景观设计时主要以“坚持人与自然相和谐，树立尊重自然、保护环境”的理念为依据，强调与周围景观的和谐，使之融入周边环境。

本项目推荐方案共设置5处互通式立体交叉，其中枢纽互通式立体交叉2处（临县枢纽、离石枢纽），一般互通式立体交叉3处 (临县西互通、三交互通、枣林互通)。

图1 临县枢纽方案一示意图

图2 临县枢纽方案二示意图

（1）临县枢纽

临县枢纽位于临县北面的化林村附近，初步设计拟定二个方案。方案一：线形优美，技术指标采用合理，匝道最大纵坡3.95%；主交通流方向明确，转弯车流比较顺畅，相应交织少，通行能力高，安全性高。异性桥较少，桥墩高度较低，施工难度低。缺点是由于采用下穿方案，视野狭窄，视觉效果欠佳，填挖方量较大，造价较高。方案二：线形匀称，采用上跨方案视野开阔，视觉、景观较好，填挖方量较小。缺点是由于地形所限，设置异性桥数目过多；桥墩过高，采用现浇方式难以施工，总体规模较大，造价较高。最终确定方案一为推荐方案。

（2）临县西互通式立体交叉

临县西互通位于临县县城南面的赵家圪台村附近。该处地形较复杂，互通范围内发育三条较大的冲沟。互通两个方向交通量差异不大，考虑到拆迁和造价的不同，设计中进行两方案比选。方案一采用B型单喇叭方案，匝道上跨。该方案优点是平纵面指标较高，线型较为顺畅；环圈式匝道能很好适应地形，填挖方量较小；避开了山坡上的高压铁塔，减少了拆迁；造价较低。缺点是B型单喇叭方案，分流鼻至交叉处的识别视距难以保证，行车视线不好，有安全隐患。方案二采用A型单喇叭方案，匝道上跨。该方案视距效果要优于B型单喇叭方案，不存在视距上的安全隐患。缺点是由于环圈式匝道在主线东侧山包上通过，会拆迁到高压铁塔，费用昂贵。最终考虑拆迁和造价问题，选择方案一为推荐方案。

图3 临县西互通方案一示意图

图4 临县西互通方案二示意图

（3）三交互通式立体交叉

三交互通位于临县三交镇双塔村附近，主要服务于临县及三交镇附近的车辆上下高速公路。被交路为三南线（临碛路）。根据远景预测交通量、实际地形情况及工可意见，三交互通仍采用A型单喇叭方案，主线上跨，无比选方案。由于原来A匝道与临碛线接在双塔大桥处，接线位置和地形均不适合布设互通，初设阶段将互通位置进行微调。由于主线线位较高，环圈式匝道置于主线北面难以保证匝道展线长度，初设阶段将环圈式匝道调至主线南面；为减少互通占用农民好地，将环圈式匝道置于主线南面山坳处；主线南面A匝展线长度不够，如跨过湫水河接线将导致大面积拆迁，为了减少拆迁A匝道采用回头方式接在三南线上，C匝道为了展线需要及减少填挖方C匝分流点向前推进。本方案优点是平纵面指标较高，线形较为顺畅；环圈式匝道能很好的适应地形，整个互通范围拆迁量小。缺点是互通范围内噪音大，污染大，对双塔村农民影响较大。匝道上布设3座现浇桥，主线布设951m现浇砼连续箱梁+预应力砼连续箱梁桥，造价较高。

图5 三交互通方案二示意图

（4）枣林互通式立体交叉

枣林互通位于离石区枣林乡西侧，主要服务于枣林乡和碛口方向的车辆上下高速公路，使离石区西部山区联系紧密，有利于煤炭运输。根据远景预测交通量及实际地形情况，枣林互通共设置了3个方案，布设于2个不同位置，均采用单喇叭B型,均为匝道下穿主线。

方案一互通喇叭布在主线左侧，由于受地形条件限制，内环匝道半径取50m。A匝道从鑫瑞洗煤厂1处生产厂区穿过，影响了洗煤厂的生产，但匝道收费站及管理区布设条件较为便利。由于主线与被交路高差较大，D匝道纵坡较大，最大纵坡达4%。由于互通布设位置整体地势高，工程量大，A匝道最大挖深达72m。

图6 枣林互通方案一示意图

方案二互通喇叭布设在主线右侧，为避免匝道挖方过大，内环匝道半径取50m。互通匝道连接段，整体地势高，工程量较大，C匝道最大挖深达62m。由于主线与匝道收费站高差较大，最大高差46m，E匝道纵坡较大，最大纵坡达3.95%。与方案一不同处是避开了鑫瑞洗煤厂的生产厂区，对洗煤厂生产影响较小。

方案三按离石区政府要求将枣林互通后移设于石桥村，需将主线设在离碛公路西侧，互通设置上存在以下主要问题：互通匝道上需设置1座350m长的隧道；匝道收费站布设困难，存在250m长100m高的路基高边坡；互通与离碛公路的平交口全部位于桥上，互通有3处分合流点位于桥上，匝道上需设置小半径的现浇高桥（半径65m、桥高43m），施工难度大；该互通需设置6座桥梁跨越离碛公路；受地形条件限制，无法布设劝返车道；互通在需拆迁石桥新村的房屋和1座建设中的小型洗煤厂。

综合各方面因素，最终方案二作为推荐方案。

图7 枣林互通方案二示意图

图8 枣林互通方案三示意图

(5)离石枢纽互通式立体交叉

离石枢纽位于柳林县李家湾乡，为实现本项目与离军高速公路的车辆转向而设置，受地形条件限制，主线与离军高速交叉处位于北川河、南川河和东川汇流的三川河，三川河两岸有公路2条（新旧G307）、铁路2条（太中银铁路和孝柳铁路）以及梁家会、下刘家山村居民房屋。初测阶段经实测离军高速公路标高，两项目交叉处高差为31.4m，因受环形匝道长度和匝道纵坡限制，故无法按工可方案通过设置全苜蓿叶互通来实现两项目的车辆转向。根据项目所处的地形、地物、路网、水网等实际情况，共布设了4个位置6个枢纽方案。

方案一、方案二：单喇叭A型+定向T型

方案一、二均是通过在K70+380处设置单喇叭A型互通（匝道上跨主线），在离军高速公路K1+580处设置定向T型互通（匝道上跨主线）实现车辆转向。方案一在连接匝道上设置深挖方，方案二在连接匝道上设置隧道。

两方案存在以下优缺点：①转向交通方向顺畅，两互通的连接匝道距离短，工程规模最小；匝道与两主线交叉处的高差约27m，平均纵坡为2.1%。缺点：方案一A匝道上存在1段400m的深挖方，最大挖深88m；方案二B、C、D三条匝道上设置隧道，隧道长度分别为370m、331m和303m；离军高速公路上受加减速车道加宽影响，需拆迁并新建1座天桥（结构为11+24+11m的连续刚构）。

方案三：变异B型单喇叭+定向T型

方案三与离军高速交叉位置和互通形式与方案一、二相同，在K69+450处设置变异B型单喇叭互通（匝道上跨主线），实现车辆转向。方案三优点：转向交通方向较顺畅，两互通的连接匝道长度2.2km；匝道与两主线交叉处的高差为60m，平均纵坡为2.7%；缺点：①方案三在匝道上设3条独立的隧道，长度均为600m。②离军高速公路上受加减速车道加宽影响，需拆迁并新建1座天桥（结构为11+24+11m的连续刚构）。③离军高速公路加宽段与太中银铁路交叉处匝道需设置桥梁通过。

方案四：单喇叭A型+定向T型

方案四与离军高速交叉位置和互通形式与方案一、二相同，在K69+620处设置变异单喇叭A型互通（匝道上跨主线），实现车辆转向。

图9 离石枢纽方案一示意图

图10 离石枢纽方案二示意图

图11 离石枢纽方案三示意图

图12 离石枢纽方案四示意图

图13 离石枢纽方案五示意图

图14 离石枢纽方案六示意图

方案四优点：①转向交通方向较顺畅，两互通的连接匝道长度1.8km；匝道与两主线交叉处的高差较小（55m），平均纵坡为3.0%。缺点是：①方案四在匝道上设3条独立的长度分别为700、750、450m的隧道，1座200m长的大桥。②离军高速公路上受加减速车道加宽影响，需拆迁并新建1座天桥（结构为11+24+11m的连续刚构）。③离军高速公路加宽段与太中银铁路交叉处匝道需设置桥梁通过。

方案五：变异单喇叭A型+定向T型

方案五是通过在K71+600处设置变异单喇叭A型互通（匝道下穿主线），在离军高速公路K4+130处设置定向T型互通（匝道下穿主线）实现车辆转向。两互通通过1.8km长的匝道连接（主要是在三川河边架设桥梁）。

方案五优点是：①利用离军高速公路现有跨线桥设置定向互通，施工对离军高速通行影响较小。②两互通的连接匝道长度1.8km，高差50m，平均纵坡2.7%。缺点是：①多条匝道跨越三川河，对三川河的行洪有一定的影响。②三川河上匝道桥梁规模大（桥梁2.79km/4座）；多为小半径高桥（桥梁30多米），施工难度很大。③需对旧G307部分路段进行改移。

方案六：单喇叭A型+定向T型

方案六是通过在K69+500处设置变异单喇叭A型互通（匝道上跨主线），在离军高速公路K4+130处设置定向T型互通（匝道下穿主线）实现车辆转向。两互通通过3km长的匝道连接。

方案六优点是：①利用离军高速公路现有跨线桥设置定向互通，施工对离军高速通行影响较小。②两互通相对独立，车辆容易识别。缺点是：①有1条匝道跨越三川河，对三川河的行洪有一定的影响。②两互通的连接匝道较长（3km），高差较大（130m），平均纵坡较大（4.3%）。③A型互通匝道存在深挖方边坡。④连接匝道需设桥梁跨越太中银铁路。⑤需对旧G307部分路段进行改移。⑥连接匝道上需修2座长度分别为550m长的隧道。

综合各方面因素，最终确定方案一为推荐方案。