沙井互通式立交设计方案研究

赵业梅 张 邹 王刘振

(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司 武汉 430051； 2.广西交通设计集团有限公司 南宁 530029)

沙井互通式立交是沙吴高速公路起点处原沙井单喇叭型一般式互通改造而成的枢纽互通。原有单喇叭互通是服务于沙井附近上下南宁绕城高速公路的一般互通式立交，设置有匝道收费站，连接南宁绕城高速与南站大道。新的枢纽互通既连通沙吴高速和南宁绕城高速，又连接地方道路南站大道，原匝道收费站进行改扩建为主线收费站[1]。

沙井互通式立交在升级改造中存在3大难点问题：①环境复杂，互通区附近有铁路交叉，跨线桥净空和展线长度制约了互通布设；②主线起点与被交叉的高速公路较近，匝道及主线收费广场布设长度不够；③被交道一侧房屋较密集，另一侧山体连绵，原有单喇叭互通难以利用，若采用主线上跨被交道，展线长度不足纵坡超限，若下穿被交道，挖方段长且深造成大量的废方，且匝道布设造成大量拆迁。文中通过研究比选，最后确定的互通方案较好地解决了以上主要问题，满足功能、安全高效、经济合理。

1 工程概况

沙吴高速公路(以下称为“主线”)设计速度为120 km/h，双向六车道，路基宽度34 m(该互通区段)。南宁绕城高速公路(以下称为“被交道”)已建成通车多年，双向四车道，设计速度100 km/h，路基宽度26 m。本互通位于项目主线起点，连接南宁绕城高速，原状为沙井单喇叭一般式互通，需改造为具有连通地方道路与高速公路功能的枢纽互通。

2 沙井互通方案控制因素

2.1 原状互通概况

原沙井互通为南宁绕城高速公路上的A形单喇叭互通，属于一般服务性互通，其平面布置图见图1。主要为江南区南站大道及周边区域上下南宁绕城高速服务，匝道上跨南宁绕城高速，设置沙井匝道收费站1处，收费站出口下穿正在运营的湘桂铁路跨线桥，与江南地区南站大道相接。原沙井收费站中心与湘桂铁路跨线桥距离约200 m，与南宁绕城高速公路距离约500 m。

图1 原单喇叭互通式立交

2.2 互通立交区地形及地物情况

互通位于构造剥蚀丘陵地貌区，路线起点路段岩性以软质泥岩、粉砂岩及其风化物为主，岩土具有弱～中等膨胀性，属于膨胀性岩土，对路基稳定较不利。

湘桂铁路在南宁绕城高速西侧约1 km下穿通过，在距离沙井收费站200 m处上跨南站大道，云桂高铁(即南昆铁路客运专线)在南宁绕城高速西侧约1.2 km处上跨通过。

2.3 新建互通作用及控制因素

新建互通既要保留原有服务功能，与地方道路连通，方便江南区南站大道及周边区域上下沙吴高速及南宁绕城高速，又要连接沙吴和南宁绕城高速，实现2条高速之间的交通转换。

原沙井单喇叭互通匝道以3.2%纵坡上跨南宁绕城高速，主线设计速度为120 km/h，纵坡应不超过2%。湘桂铁路跨线桥是控制点，其距南宁绕城高速公路仅720 m，该距离段内下穿湘桂铁路后上跨南宁绕城高速，纵坡无法控制在2%以内。若调整为下穿南宁绕城高速，由于南宁绕城高速南侧山体延绵，下穿后主线挖方路段长且深，挖方工程量及防护工程量均很大。

南宁绕城高速西北侧房屋密集，匝道布设时宜尽量减少拆迁[2]。

2.4 互通转弯交通量

本互通预测交通量分布见图2，括号外为2042年平均日交通量，pcu/d，括号内为2042年设计小时交通量，pcu/h。根据交通量预测结果：该转向匝道预测年设计小时交通量为：沙井至南宁东方向为343 pcu/h，沙井至百色方向为443 pcu/h，吴圩至南宁东方向为590 pcu/h，吴圩至百色方向为398 pcu/h。

图2 交通量预测图(2042年)

3 沙井互通式立交方案研究

如上所述，该互通要满足两条高速之间的交通转换及与地方道路的便捷连通，从现有地形地貌、路网条件、指标要求等看，互通布设受限因素较多，为了找出技术可行、安全便捷、经济合理的方案，对该互通位置、选型进行了多方案比选研究，重点对以下3个方案进行阐述和比选[3-5]

3.1 方案一

保持南宁绕城高速走向不变，顺着原沙井互通匝道A方向布设为沙吴高速主线，起点在湘桂铁路桥下，对接南站大道。按十字交叉进行互通设计，考虑地形和交通流向，利用原沙井互通部分匝道，完善其他方向的匝道布设，在原匝道收费广场位置设置主线收费广场。主线纵坡受到下穿湘桂铁路桥高程制约，与被交道距离仅720 m展线困难，无法控制在2%以内上跨南宁绕城高速，故采用主线下穿南宁绕城高速方案，互通方案的转向及功能齐全，方案一平面图见图3。

图3 方案一平面示意图

该方案的优点：①互通功能完善，能满足各方向的交通流转换需要；②沙井～吴圩主交通流方向便捷顺达，通行能力较高；③一定程度利用了原沙井互通部分匝道，减少工程废弃。

该方案的缺点：①主线下穿南宁绕城高速处需将路基改为桥梁，增设保通车道开挖施工或者半幅施工顶推施工等方式均会影响其运营通行；②主线下穿南宁绕城高速公路处设计高约为88 m，附近山体地面高为109～122 m，主线存在较长的深挖路段，挖方量高达285万m3左右，该处挖方又处于膨胀土区域，弃方和防护工程量均较大；③沙井收费站中心与湘桂铁路桥距离仅有200 m，与南宁绕城高速距离约500 m，后期匝道收费站改造成主线收费站，收费岛数量增多后收费广场渐变段长度不足，通行能力无法保证，可能造成交通拥堵。④匝道布设影响到原沙井收费站一侧的房屋，该处房屋密集，拆迁量较大。

3.2 方案二

改善了方案一的不足，不改建现状南宁绕城高速公路、利用现有沙井互通，在原沙井互通东侧约750 m牛头水库附近设置T形枢纽互通连通沙吴高速与南宁绕城高速，与原沙井单喇叭互通形成复合式互通，以最大限度地利用既有道路资源、满足交通转换的需要。T形枢纽互通采用匝道上跨被交道，尽量减少对南宁绕城高速的影响。原沙井互通匝道收费站按照新的交通量规模进行改扩建。方案二平面布置见图4。

图4 方案二平面示意图

该方案的优点：①最大限度地利用现状沙井互通，减少了对现状南宁绕城高速公路及沙井单喇叭互通的运营影响；②无方案一中的主线纵坡受限及挖方量大等问题；③T形枢纽互通和单喇叭互通的组合能满足交通量转换的需要；④拆迁量少。

该方案的缺点：①沙井往返吴圩方向作为主交通流向需要通过环形匝道和迂回型半定向匝道进行转换，沙井与主线的上下交通有绕行；②沙井收费站改造成主线收费站后收费岛数量增多造成收费广场渐变段长度不足；③T形枢纽与原单喇叭互通间存在交织段；④T形互通距牛头水库较近，建设施工难度较大。

3.3 方案三

考虑到方案二虽然最大限度利用了现状互通，减少了对被交道的运营影响，但沙井-吴圩主流向交通存在一定的绕行，为使该方向快捷顺畅，仍采用方案一中的主线线形和走向，主线起自湘桂铁路跨线桥下对接南站大道。为解决方案一中的主线下穿被交道造成大量挖方及防护工程、主线收费站渐变段长度不足、匝道布设造成大量拆迁等问题，拟将南宁绕城高速公路向南偏移约190 m进行部分段落改建，改移长度约2.71 km，废除原有沙井单喇叭互通，设置对称双环变形苜蓿叶的十字枢纽互通，主线起点与地方道路南站大道对接，将原沙井匝道收费站改扩建为主线收费站。

改移被交道后，扩大了主线及匝道的布设空间，较好地解决了湘桂铁路跨线桥的标高制约及距离不足展线困难等问题。为了顺应地形，减少挖方量，主线起点顺接南站大道后，设置2%上坡，下穿改建的南宁绕城高速，2条高速尽量抬高设计标高，从而减少互通处的挖方量及废方量。方案三平面图见图5。

图5 方案三平面示意图

该方案的优点：①互通立交型式满足交通量要求，功能完善、造型美观，各方向车流通行顺畅；②沙井-吴圩主交通流方向便捷顺达，通行能力较高；③较好地解决了主线纵坡受限、挖方量大、主线收费广场渐变段长度不足等问题；④互通匝道布设在被交道改建段，项目建设过程中对南宁绕城高速的运营影响相对较小。

该方案的缺点：①改建了南宁绕城高速2.71 km，工程造价较高，社会影响和协调难度较大；②废弃了原沙井单喇叭互通；③被交道改建段距牛头水库较近，以高架桥通过，增加了桥梁规模。

3.4 方案比选

3个方案的优缺点比较结果见表1。

表1 沙井枢纽互通方案优缺点比较表

由表1可见，3个方案各有利弊，经过综合考虑全面比选，方案三主线与地方道路的衔接更符合主交通流向，使沙井往返吴圩方向更加直接通畅，通过改建部分南宁绕城高速虽然增加了工程造价，但基本解决了三大主要问题，在满足互通区主线纵坡指标的情况下减少了挖方废方量和房屋拆迁量，解决了收费广场渐变段长度不足的问题，互通匝道布设在被交道改建段，项目建设过程中对南宁绕城高速的运营影响相对较小，该方案也得到了相关方的认同和支持，因此推荐方案三。

4 沙井枢纽互通方案设计

推荐的沙井枢纽互通方案三采用变形苜蓿叶对称双环式，拆除原沙井互通，保留沙井收费站位置改扩建为主线收费站，向南侧改建南宁绕城高速2.71 km，主线起点设于湘桂铁路跨线桥下，平、纵面均与南站大道顺接，后设置上坡尽量减少挖方，下穿改建的被交道。

包含主线、被交道改建段及9条匝道。减速车道采用直接式，加速车道采用平行式。匝道分别采用单向单车道匝道(路基宽9.0 m)和单向双车道匝道(路基宽10.5 m)，集散车道P匝道采用单向双车道匝道，路基宽12.5 m。匝道设计速度为40～60 km/h。设匝道跨线桥9座。主线收费站1处。

沙井枢纽互通的主要工程数量表见表2。

表2 沙井枢纽互通主要工程数量表

5 结语

当原高速公路有单喇叭形一般互通，新建高速需在该互通附近连接原高速实现交通转换时，其设计方案可能有：①为了保留原单喇叭互通与地方道路连通转换的服务功能，首选T形枢纽互通+单喇叭互通的组合方案，如本文的方案二，能最大限度减少对原高速公路及互通的影响；②若新建高速起(终)点需与地方道路连通，交通流量较大，宜将地方道路与主线直接连通对接，将原单喇叭互通改建为十字枢纽互通，保留进入地方道路的收费站功能，如本文的方案一所示，主流方向直捷顺畅，互通功能完善；③若新建高速与地方道路连通为主交通流向，但受地形地物等限制，现有空间不足以布设功能完善的枢纽互通，可考虑改建部分被交高速公路，改善互通布设条件，如本文的推荐方案三所示，互通功能完善，主流向便捷顺畅，解决了空间不足等问题。

随着高速公路网的加密，互通式立交的建设条件更加复杂，复合式枢纽互通也越来越多。在复杂互通的方案研究设计中，由于建设条件、互通功能、交通流量等不同，每个互通方案都是独一无二的，但相似条件下互通方案布设的研究思路是可以借鉴的。本互通式立交为原单喇叭一般性互通改建为具有连通地方道路与高速公路功能的十字枢纽互通的一个案例，通过对该互通设计方案优化过程的分析和总结，为类似条件下的互通方案设计提供思路和参考。