坎市互通服务区一体化设计分析

■连铭恒

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

1 引言

福建省龙岩市永定区坎市镇的“莆永高速公路新增坎市互通工程”（项目所属公路现名 “政永高速”，本文取用项目文件名称“莆永高速”），在已营运的坎市服务区位置增设一处落地互通。 项目的建设有利于满足文秀产业园区、坎市周边村镇居民快速进出高速公路的需求。 项目工程可行性研究报告、初步设计（前阶段）均已在2019 年批复，并于同年10 月以国内公开招投标的方式确定了设计施工总承包。

本项目有3 个较为鲜明的特点：（1）一体化设计。 项目在既有服务区位置新增落地互通，该互通服务区一体化的建设有别于常见的单体互通、单个服务区，不能简单理解为“一处互通+一处服务区”，需按“一处互通服务区”来考虑；（2）部分工程包干制。 项目是采用部分工程中标价包干的模式进行EPC 发包，考虑到设计阶段、地调地勘深度及设计精度、深度的不同，必然会有不可预见的变化，因此项目的施工图设计要在前阶段的大框架下、用地指标范围内进行优化设计，以实现效益最大化；（3）设计施工高效配合。 该项目于2019 年11 月开始施工图设计工作，限时3 个月，计划于2021 年春节前通车营运，实际建设工期仅12 个月左右，这无疑对项目总承包部有了更高的要求， 施工图的设计优化更需考虑实际施工的高效便捷。 互通服务区一体化设计的理念在该项目中的重要性越发凸显， 直接影响工程建设的成败及公路运营管理的合理性与安全性。 笔者结合莆永高速公路新增坎市互通工程的特点， 介绍该项目基于互通服务区一体化设计的方案优化。

2 工程概况

2.1 项目背景与地理位置

莆永高速公路龙门枢纽互通至永定段已于2012 年1 月1 日建成通车，龙岩市永定区坎市镇仅设置了坎市服务区。 随着连接坎市镇及湖雷镇的坎湖路（二级、60 km/h）的建成，坎市镇、文秀产业园区有就近接入高速公路的迫切需求。 因此新增坎市互通并改造既有坎市服务区，将打开坎市镇、文秀产业园区高速公路上下出入口，大大改善坎市镇及其周边地区的交通出行条件。

新增的坎市落地互通设置于永定区坎市镇文馆村境内的坎市服务区，坎市镇西南方。 本项目交叉中心桩号K210+656.951， 往北距高陂互通约8 km，距离红坊枢纽互通约18 km； 往南距离上北互通约13 km。 区域内主要道路有：莆永高速公路、坎湖路。项目地理位置见图1。

图1 项目地理位置图

2.2 技术标准

本项目采用复合式B 型单喇叭互通式立交，主线段落全长约1.36 km，采用双向四车道高速公路标准，设计速度80 km/h，路基宽度24.5 m。 设置A、B、C、D、E、G、H、I、J 共9 条匝道， 全长共计约4.28 km，根据地形地貌、用地条件及各方向通行能力，设置了路基宽度9 m 单向单车道匝道、 宽度12.5 m 单向双车道匝道、宽度2×8.75 m 双向分离式匝道3 种形式道路横断面，设计时速均为40 km/h。路面设计标准轴载为双轮组单轴100 kN，汽车荷载等级为公路-Ⅰ级；设计洪水频率：涵洞、路基1/50[1-4]。

3 一体化设计方案优化原则

在认真研究了前阶段的设计文件、进行现场实地调研、了解既有服务区实际运管经验后，本项目的总体设计认真贯彻了交通运输部关于实施绿色公路建设的指导思想，以“创新、协调、绿色、开放、共享”的设计理念，最大限度地保护基本农田、周边生态环境，通过公路建设与自然景观的结合，有力促进社会经济的可持续发展。 针对项目特点，制定以下总体设计原则，如表1 所示：

表1 一体化设计原则

4 前后设计简述

4.1 前阶段设计简述

前阶段设计采用主线桥梁上跨交叉的复合式B 型互通方案， 设计主线1.68 km （K209+600～K211+280）；地方左转弯入高速的匝道、高速右转下地方的匝道，均将左、右服务区环包入内。

该方案在高速公路范围内涉及桥梁工程4 处：（1）左转弯入高速匝道加速车道、三角段汇流，使上角 大 桥 左 幅ZK209+684 ～ZK209+854 需 拼 宽170 m；（2）2-30 m 互通区主线桥，上跨地方村道改路、A 匝道及两侧服务区内部通道；（3）2-30 m 右服务区入高速I 匝道桥；（4）2-30 m 高速入左服务区G 匝道桥。

涉及规模较大拆除改造工程3 处：（1）因左转弯入高速匝道加速车道汇流，ZK209+850～ZK209+952 左侧既有7.5 级高边坡需大面积拆除改造，该边坡第1、2、4 级均满布预应力锚索框架，第1～3 级为碎块状强风化细砂岩，第4 级以上为砂土状强风化砂岩； 前阶段此处设计中心最大开挖深度19.8 m；（2）因A 匝道分流右转弯入高速匝道路线走向，YK210+750～YK211+080 右侧既有6 级高边坡需大面积拆除改造， 该边坡第1 级中段间隔布设锚杆框架，第2、3 级中段满布预应力锚索框架，第4 级间隔布设预应力锚索框架， 覆盖层为残积粘性土； 前阶段此处设计中心最大开挖深度为10.5 m；（3）因A 匝道下穿主线占用原下穿高速村道，需拆除既有1-7×5 m 箱涵1 处。 前阶段设计平面图示见图2。

图2 前阶段设计平面图

4.2 一体化设计简述

一体化设计采用主线箱涵上跨交叉的复合式B 型单喇叭互通方案，设计主线1.356 km（YK209+839/ZK209+918.901～K211+195.021）。地方左转弯入高速匝道，贯彻了一体化设计理念，改造既有服务区，增设场地贯穿通道替代部分匝道功能，在服务区场地内完成地方驶入高速的交通转变；高速右转下地方匝道，将右服务区环包入内。

该阶段方案在高速公路范围内涉及箱涵2 处：2-9.2×6.5 m 箱涵（桥），以保证A 匝道下穿主线；1-7.1×5 m 箱涵，保证两侧服务区内通道畅通。涉及拆除改造工程1 处：因A 匝道分流右转弯入高速匝道路线走向影响的K210+750～K211+080 右侧6 级高边坡，通过A 匝道整体向服务区方向偏移后的线型优化，只需对第1 级边坡进行拆除改造，同时A 匝道的偏移，优化了前阶段下穿主线后匝道对部分基本农田的占用。 方案图示见图3。

图3 一体化设计平面图

4.3 前后设计指标比对

前阶段设计和一体化设计方案设计指标对比如表2 所示。

表2 方案各指标对比

5 重要工点优化实践

5.1 “一体化设计”在左服务区的应用

项目施工图设计之初， 设计人员会同建设业主、服务区运营管理部门在多次现场调研、讨论后达成共识：“该项目要充分发挥出互通服务区一体化建设特点，最大程度提升既有服务区使用率”。 前阶段设计中，地方驶入高速左转往小桩号方向的车辆，下穿主线到左服务区西南侧，后通过C 匝道从左服务区南后方绕行，在K209+934～K209+684（加速车道）完成汇流入主线。 该方案的C 匝道和左服务区是完全分离、独立的，同时由于F 匝道（左服务区车辆出口进高速匝道） 汇入C 匝道的合流鼻端，需与C 匝道和主线合流鼻端有120 m 的最小间距，加之C 匝道需保证250 m 加速车道的硬性指标[2]，由此产生了对既有服务区外370 m 范围的影响，需拆除改造1 处7.5 级框架锚索高边坡、 桥梁拼宽改造170 m，示意见图4。

图4 前阶段左服务区平面图

经过调整，施工图采用“一体化设计”，在C 匝道下穿高速到达左服务区时，直接从服务区西侧进入既有场地，通过改造服务区场地，单独分流渠化出一条贯穿通道（承载C 匝道通行功能），导流至高速方向， 改造既有服务区驶入高速的F 出口匝道，供场区内车辆（服务区休息车辆和C 匝道车辆）驶入高速，贯穿通道全程按照服务区场地内车辆通行要求行驶；该设计将原服务区的影响范围限于既有场地内，规避了高边坡改造和桥梁拼宽，同时通过交安设施渠化导向，使地方驶入高速的车辆可以自主选择是否经停服务区后再驶入高速公路，最大程度提升了既有服务区利用率。 施工图方案是典型的将匝道与服务区融合， 项目建成投入使用后，C 匝道与左服务区出口交汇段饱和度将有所增加，目标年高峰时段交通量为150 pcu/h， 饱和度为0.21，但仍处于一级服务水平，车流畅行无延误。 具体示意见图5。

图5 一体化设计左服务区平面图

5.2 曲线降速减少行车安全隐患

“一体化设计”的实施，令驶入高速左转的车辆在左服务区西侧入场地后向北侧行驶（平行于高速主线侧）， 若前阶段设计的西北侧G 匝道入口位置不调整，则会产生车辆交织；同时，前阶段连续下坡的G 匝道（单车道R-2000）在抵达左服务区场地前200 m 处， 通过113 m 的缓和曲线右分流出R-55的B 匝道，转弯驶出高速。 根据福建省内多地市营运高速公路事故调查分析，由高指标线型快速转变为低指标线型的路段事故较为频发，加之G 匝道为连续下坡，在R-2000 的高指标路段，驾驶员较易快速行驶，在短距离内转变为R-55 的行驶状态时，就容易因为车速过快、 变化不及时而产生安全事故，示意见图6。

图6 前阶段B 匝道弯出高速平面示意图

因此，施工图阶段提出对左服务区G 匝道的车辆入口位置进行调整，对行径B 匝道转弯驶出高速的车辆提前干预并通过设置曲线降速的优化方案：在主线K211+115 处 （前阶段减速车道起点为K211+001）分流出B 匝道（双车道），通过50 m 的缓和曲线转换R-1000 至R-300 用于降速，之后右分流出R-70 的G 匝道，从左服务区西南侧驶入服务区， 与C 匝道左转弯驶入高速车辆完全分离，不产生交织； 驶出高速车辆通过R-300 转R-500 转R-55 的线型变化转弯驶出高速，示意见图7。

图7 一体化设计B 匝道曲线降速细部平面图

5.3 减少开挖改造，绿色环保

“一体化设计”在左服务区的优化实施，取消了ZK209+850～ZK209+952 左侧既有高边坡开挖和桥梁拼宽， 而高速主线的右侧得益于A 匝道往右服务区方向的偏移， 地方右转驶入高速的E 匝道也有足够的转弯空间，减少了对K210+750～K211+080 右侧既有6 级高边坡的改造， 由前阶段最大开挖深度10.5 m 的6 级全开挖， 优化至最大开挖深度6 m，采用1∶0.5～1 变坡率满铺预应力锚索框架和1∶1.0 半挡墙的防护处理，将改造范围限于首级边坡内(图8～9)。

图8 ZK209+850～ZK209+952 左侧既有高边坡横断面

图9 K210+750～K211+080 右侧既有高边坡横断面

5.4 消除不可控因素

项目所在区域属于剥蚀丘陵夹冲洪积盆地地貌，根据钻探及地调成果显示，欲设置主线桥段落范围内分布可溶岩，发育有溶洞，埋藏深度不均，且溶蚀较为复杂，已知深度范围17～45 m，洞高范围2～18 m，充填物为软塑-可塑含砾粉质粘土，地表层有厚约1.6～12 m 的压实土， 其下较厚的硬塑含砾粉质粘土厚度5～34 m。 前阶段设计的主线桥共28根桩，单根长度40 m。 由于项目实际施工期限仅12个月，桩基施工过程中漏浆、塌孔等常见施工风险的处理将无法预控，故综合考虑后，采用了2-9.2×6.5 m 箱涵+ 1-7.1×5 m 服务区内通道箱涵， 替代了原有主线桥的功能，同时采用扩大基础及换填碎石保证箱涵承载力，消除了因桩基施工产生的不可控因素(图10～11)。

图10 箱涵地质横剖面图

图11 箱涵地基处理示意

5.5 预留扩容场地，兼顾长远

近年来，福建省不断升级改造服务区、停车区，服务品质大幅提高。 伴随着交通量的逐年递增，在可预见的未来，存在服务区扩容的趋势。 “一体化设计”也考虑到了这一因素，故左服务区并未设计匝道环包场地， 区南侧的开阔地带可供将来场地扩容；右服务区通过J 匝道囊括夹角地，在消化弃土的同时预留了后期扩容场地，示意见图12。

图12 服务区二期扩容预留平面示意

5.6 优化前后情况对比

优化前后方案对比如表3 所示。

表3 方案总体对比

6 结语

本项目在各参建单位的共同努力下，最终按一体化设计实施完成，历时12 个月，于2021 年2 月1 日建成通车，目前运营状况良好(图13)。 项目充分发挥互通服务区一体化共建特点，秉承创新、协调、绿色、开放、共享的理念，具有因地制宜、紧凑合理、安全经济等优点；通过优化线型，利用服务区贯穿通道等方式，尽可能在现有平整场地完成高速公路与地方道路的上下交通，减少、避免高边坡开挖及桥梁拼宽；基于一体化共建而调整服务区车辆入口方位，同时设计曲线降速，提升行车安全性；采用箱涵替代新建桥梁的方案规避岩溶发育区桩基施工风险，将施工不可控因素降至最低；充分预留服务区场地后期扩容空间，并合理消化弃土；在减少总征地面积的同时，有效降低总造价。 笔者认为，目前行业内既有服务区位置新增落地互通的共建案例较少，尚处于探索阶段，不存在绝对最优方案，更多的是在符合现有立体交叉设计细则及相关规范的基础上， 制定出更适合项目实际情况的设计方案；本项目的顺利实施可为类似的互通服务区共建项目提供借鉴和参考。

图13 坎市互通航拍图