郑西高速公路尧栾段白云山互通与服务区合并设计方案研究

张杰

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司, 河南 郑州 450000)

根据JTG/T D21-2014《公路立体交叉设计细则》对互通式立交与服务区设计的规定，在条件允许的情况下推荐采用服务区与互通式立交分开设置方案，在复杂的山岭区不具备独立设置的条件下可考虑合并设置。学者们从不同方面对互通式立交与服务区合并设计进行了一定研究，如吴涛、牛铭山等结合巫溪至奉节、柞水至安康、奉节至云阳高速公路设计，分析了山区互通式立交与沿线设施合并设置原则；龚建良结合海西高速公路网屏南至古田联络线甘棠互通与浙洋服务区的设置，拟定了4种合建方案进行比选；石澍等提出服务区与互通式立交合并设置可根据相对位置分为四类，补充了JTG/T D21-2014中未列出的类型Ⅳ，并对方案进行了论述；薛艳婷介绍了福建省沙埕湾跨海公路中佳阳互通、佳阳服务区及主线收费站三处合建方案的拟定过程及思路；高建平等针对高速公路开放式服务区功能定位方法进行了系统研究。总的来说，目前主要是对山区高速公路互通式立交与服务区、主线收费站及其他沿线设施的合建原则和设计方案进行研究，针对互通式立交与开放式服务区合建的研究较少。该文结合河南省郑西(郑州—西峡)高速公路尧栾(尧山—栾川)段白云山互通式立交与白云山服务区的合并设计，对互通式立交与开放式服务区合并设计方案进行研究。

1 工程概况

郑西高速公路是《河南省高速公路网调整规划方案》中以郑州为起点的6条放射线中的重要一条，北起郑州，途经许昌、平顶山、洛阳三市，止于南阳市西峡县沪陕(上海—西安)高速公路，由郑尧(郑州—尧山)、尧栾、栾双(栾川—双龙)3个段落组成。项目实施后将联通多条高速公路，如洛栾(洛阳—栾川)、栾卢(栾川—卢氏)、二广(二连浩特—广州)、沪陕、宁洛(南京—洛阳)高速公路等，把豫西南地区原有走向不同、各自孤立的干线公路搭接成网，使河南省高速公路网的布局更合理。

尧栾段全长78.839 351 km，设计速度为100 km/h，按双向四车道标准建设，路基标准横断面宽度26 m。起于平顶山市鲁山大佛景区东侧，途经鲁山、嵩县、栾川，止于洛阳市栾川县庙子镇。沿线穿越伏牛山区腹地，旅游资源十分丰富，依次分布有鲁山大佛(5A)、尧山(5A)、画眉谷(4A)、木札岭(4A)、西泰山(4A)、卧龙谷(3A)、白云山(5A)、龙峪湾(5A)、养子沟(4A)、老君山(5A)、老界岭(5A)等景区(见图1)。

图1 郑西高速公路尧栾段沿途旅游景点分布

为实现“交通+旅游”的设计理念，路线、互通与服务区方案设计中充分结合各旅游资源的出行需要，设置互通式立交6处(其中服务型互通4处，枢纽互通2处)、服务区2处(其中白云山服务区与互通合建)，有效串联周边景区。各互通式立交设置位置见图1和表1。

表1 郑西高速公路尧栾段互通式立交、服务区的设置位置

根据JTG D20-2017《公路路线设计规范》，大城市、重要工业园区附近高速公路的互通式立交的平均间距宜为5～10 km，其他地区宜为15～25 km；服务区之间的间距宜为50 km，停车区与服务区或两停车区之间的间距宜为15～25 km。据此，该项目宜在K50+000—K60+000范围内设置1处互通式立交和1处服务区。结合周边地形、白云山景区、自驾游营地和周边群众的交通需求，初步拟定在K59+640.630设置白云山互通式立交与白云山服务区各1处，采用合并设计方案。

2 合并设计的必要性

为响应《国务院关于促进旅游与改革发展的若干意见》，大力发展乡村旅游，嵩县及白云山景区着力打造白云山自驾游营地，形成以休闲营地和田园体验为特色、交通服务为基础功能的综合旅游服务区，更好地服务游客及当地群众。其规划建设范围：东北到国道G311，西到明白川南侧支流，北至明白川村与栾川交界，南至天桥沟、下庙村、明白川、铜河村南侧山脊线，总面积215.88 hm2，未来将形成“一轴、两带、三片、四点”的功能结构。白云山景区目前年均接待游客量仅120万人次，预计远期年接待游客量将达到900万人次。白云山自驾游营地作为白云山入口接待区的重要部分，将承担白云山旅游接待提升的重要责任，预计其建成后可承担接待50%景区日均游客量。

白云山自驾游营地已将郑西高速公路作为最重要的外部交通联络通道列入其规划，并建议高速公路在附近设收费站出入口，方便该区域群众及白云山景区的对外交通联络。白云山自驾游营地总体规划中结合高速公路规划线位布置了景点及营地的建设范围，路线在经过该规划区域时，在石窑沟以东基本与该项目路线走向一致，在石窑沟以西为减少拆迁及工程规模，路线进行了局部调整，从其规划范围以南山体通过，基本避开了营地规划范围(见图2)。

图2 白云山自驾游营地与郑西高速公路的位置关系

为助推高速公路与地方经济和旅游发展的融合，在K58—K60附近将白云山互通式立交与白云山服务区(开放式)进行合并设计，形成“服务区+互通+道口”效应，使高速公路与白云山自驾游营地、白云山景区形成呼应，充分发挥高速公路的综合服务能力。另外，该项目地处山岭重丘区，地形、地质条件复杂，沿线通道较唯一且有G311与其竞争走廊，经现场踏勘与纸上定线研究，认为在K50—K60范围内其他位置基本无服务区布设条件，白云山互通式立交与白云山服务区合并是合适的。

3 合并设计方案

3.1 周边地形情况

白云山互通式立交设置于车村镇下阁村附近、G311以西2.2 km处，位于明白河河谷内，地势起伏不平，南侧、北侧高，中间低，互通布设条件困难(见图3)。被交道为天铜线(旅游专线Z001),四级路，路基宽8.5 m，路面宽7.0 m，水泥砼路面(见图4)。

图3 白云山互通式立交所在地的地形

图4 天铜线现状

3.2 交通量预测

依据《公路路线设计规范》，设计小时交通量DDHV=AADT×D×K(AADT为规划年度的年平均日交通量；D为方向不均匀系数；K为设计小时交通量系数)。D取0.50，K=0.125，根据工程可行性研究报告中2040年远景交通量，预测该互通式立交20年各方向最大转弯交通量为273 cpu/h(郑州—白云山方向交通量最大)，各方向转弯交通量整体均较小，采用合并设计方案交织段交通流能满足服务水平。立交2040年交通量分布见图5。

图5 2040年预测交通量分布(单位：pcu/h)

3.3 备选方案拟定

白云山互通式立交的主线位于山前区二级坡积台地上，路线左侧山体较大，区域内有冲沟3～4道，方案布设时考虑在路线右侧坡地展线后平交于天铜线，互通采用喇叭形方案(匝道利用主线桥下穿主线)；服务区则按照主线双侧和单侧两种方案布设。根据服务区、互通式立交及主线之间的位置关系，考虑互通式立交与服务区平行布设于主线两侧(双侧服务区)、服务区布设于主线和互通收费站外侧(单侧服务区)、服务区布设于主线外侧且位于互通收费站内侧(单侧服务区)、服务区设置在互通式立交内部(双侧服务区)4种形式，拟定表2所示5种设计方案。各方案的优缺点见表3。

表2 白云山互通式立交与白云山服务区合并设计备选方案

续表2

表3 白云山互通式立交与白云山服务区合并设计备选方案优缺点对比

3.4 备选方案对比

根据表3，方案一、方案四具有对主线车辆服务便捷、互通与服务区相互干扰小、半开放式服务区满足地方交通需求、与自驾游营地总体规划结合良好等优点，选取这两种方案进行比选。

方案一：互通式立交与服务区平行布设于主线两侧，服务区通过贯穿匝道和A形单喇叭连接。受地形限制，A匝道沿后院村南侧山坡展线后平交于天铜路，收费站布设于AK0+325处，服务区布设于K59+200两侧。立交范围内主线设计速度100 km/h，最小平曲线半径7 000 m，最大纵坡2.8%；匝道设计速度40 km/h，最小平曲线半径58 m，最大纵坡3.9%。收费广场按“四进七出”布设(设置2条ETC车道)，路基宽62.5 m。一般收费车道宽3.2 m，ETC车道宽3.5 m，最外侧加宽车道宽4.5 m，收费岛宽2.2 m。

方案四：采用复合型设计方案，服务区包含在互通式立交内，采用定向匝道连接。其中A匝道沿后院村南侧山坡展线后平交于天铜线，收费站布设于AK0+325处。立交范围内主线设计速度为100 km/h，最小平曲线半径7 000 m，最大纵坡2.8%；匝道设计速度40 km/h，最小平曲线半径57 m，最大纵坡3.93%。收费广场设置与方案一一致。

从技术经济方面对两方案进行对比，方案一具有填方和挖方数量小、工程造价低、路线指标稍高等优点(见表4)，故将方案一作为推荐方案。

表4 白云山互通与白云山服务区合并设计方案技术、经济指标比较

4 结语

郑西高速公路尧栾段白云山互通式立交与白云山服务区方案布设过程中，受地形地质条件、白云山自驾游营地总体规划、走廊带内无布设服务区条件的控制，拟采用互通式立交与服务区合并方案，形成“服务区+互通+道口”效应，有效助推高速公路与地方经济发展、旅游发展的融合，同时减少工程总投资。该合并方案是一项社会效益显著的设计。

根据服务区、互通及主线之间的位置关系，方案设计中考虑互通与服务区平行布设于主线两侧(双侧服务区)、服务区布设于主线和互通收费站外侧(单侧服务区)、服务区布设于主线外侧且位于互通收费站内侧(单侧服务区)、服务区包含在互通内部(双侧服务区)4种形式，对应地拟定5种设计方案，通过定性与定量的技术、经济比选，选取方案一(互通与服务区平行布设于主线两侧，在北侧主线服务区外独立设置半开放式服务区)为推荐方案。