基于主线线位选择的山区高速公路枢纽互通式立交方案探讨

2021-11-12王祖华范安军苏小青

福建交通科技 2021年6期

■王祖华范安军苏小青

（1.四川公路工程咨询监理有限公司，成都 610041；2.中交第二公路勘察设计研究院，武汉 430056）

巴中-南充-广安（川渝界）高速公路（以下简称“巴南广高速”）是《国家公路网规划（2013-2030年）》宁夏银川-云南昆明高速公路（G85 线）的重要组成部分，也是川东北地区通过巴中北上陕西、沟通关中、天水经济区，经广安南下重庆融入成渝经济区，实现与贵州、广西相连的南向出海大通道。项目起于巴中市巴州区枣林镇，接桃园至巴中高速公路，止于广安市岳池县伏龙镇，接重庆境的重庆至广安高速公路，路线全长207.465 km，路基宽度24.5 m，设计速度80 km/h。项目于2013 年4 月正式开工建设，于2016 年10 月12 日建成通车。

巴南广高速路线在巴中市经济开发区兴文镇与G5012 线巴中-达州高速公路（以下简称“巴达高速”）呈“十”字交叉，设置兴文枢纽互通。在兴文枢纽互通的交通量预测结果中，广安与恩阳、枣林与达州方向为主流，即南与西、北与东方向分别为848 pcu/h、542 pcu/h，其余两个方向转向交通量均较小，达州与广安方向（东与南）为52 pcu/h，枣林与恩阳方向（北与西）为246 pcu/h。

路线经过区域的地形起伏变化大，高程在336～430 m，地面横坡陡峻，支沟切割深。地质条件相对单一，岩石为近水平的泥岩、砂岩互层，构造不发育，地震基本烈度为VI 度。

交叉路段的巴达高速黑滩河大桥平面位于R=1300 m，A=441.588 的左偏缓和曲线接直线段上，纵面位于i=-2.928%和i=-0.8%的降坡。黑滩河大桥共19 孔，上部结构为3×40 m+4×（4×40）m 预应力砼简支T 梁，最大桥高为80.6 m。桥梁下部结构中19# 桥台采用U 台下接扩大基础，1#、2#、17#、18#墩采用圆柱墩接桩基础，3#～16#墩采用变截面矩形高墩接桩基础，其中最高墩为9# 墩，墩高72 m，下设承台接群桩基础。

1 设计方案

在最初的设计中，巴南广高速主线以桥梁形式从黑滩河大桥第18 孔桥下穿并布置互通式立交，主线及匝道未能利用东侧有利地形布线，桥梁工程规模大，工程造价高。结合巴达高速公路黑滩河大桥、周边地形及开发区规划等因素考虑，设计单位采纳咨询审查意见，加强与当地规划协调，补充研究主线向达州方向摆移，使互通位置选择有利地形的方案。前后共拟定3 个主线交叉线位及配套的枢纽互通方案进行多方比较研究（图1）。

图1 路线方案位置关系图

1.1 方案一

方案一的巴南广高速主线从巴达高速黑滩河大桥第18 孔桥下穿（K21+051.02=BDK10+954.87），互通方案为与初设方案基本相同的对角象限双环式变形苜蓿叶形（图2）。与初设线位相比，主线由黑滩河大桥第19 孔桥下穿调整为第18 孔下穿，避免设置变速车道的主线开挖黑滩河大桥桥台的基岩，影响黑滩河大桥的安全。互通不占用开发区规划用地，但主线跨越陡斜坡地带、西侧的4 条匝道跨越黑滩河沟谷，须设置规模较大的桥梁。同时为了避免对巴达高速黑滩河大桥进行拼宽，将枣林至恩阳、恩阳至广安方向右转匝道与巴达高速主线的接线设置在黑滩河大桥西岸的0 号桥台以外，无法尽快与巴达高速主线连接，匝道长度较长。达州至广安方向的环形匝道桥梁高50 m，匝道桥梁的小半径曲线桥与高墩因素叠加，施工难度大，工程经济性较差。

图2 方案一平面图

1.2 方案二

方案二的巴南广高速主线较方案一东移384.7 m，上跨巴达高速（K21+170.65=BDK11+570.14）的路基段落，枢纽互通充分利用台地布置，互通方案为左转弯半直连匝道，集中设置在东北侧的对角象限双环式变形苜蓿叶形（图3）。该方案虽然避开了对黑滩河大桥高墩桥梁的拼宽，但是无法避开东侧的巴达高速李家塝大桥的拼宽。巴南广高速主线在互通区的走向过于迂回，路线长度较方案一增加463 m，从全寿命周期来看，汽车运行成本高，能耗高，不符合节能的设计理念。主线和互通方案工程总造价高于方案一。该互通方案大面积占用了兴文开发区的规划用地，严重不符合地方城市规划。

图3 方案二平面图

1.3 方案三

方案三的主线较方案一东移124.5 m，将在建的巴达高速黑滩河大桥19 号桥台后的路基改造为桥梁进行下穿（K21+150.74=BDK11+119.76），互通方案采用单环式变形苜蓿叶形（图4）。将转换交通量最小的达州至广安方向的左转弯D 匝道，由方案一的环形匝道调整为的迂回的半直连回头匝道，上跨巴南广高速主线，下穿巴达高速主线。枣林至恩阳方向的右转弯H 匝道置于枣林至达州方向左转弯F 匝道的左侧，采用R-50 m 平曲线半径，与广安至恩阳方向的半直连左转弯G 匝道合线后，采用直线和R-2300 m 的大半径曲线与巴达高速主线，尽量控制小半径曲线桥梁的墩高，控制高墩桥梁的曲线半径，避免小半径曲线与高墩的组合，以降低施工难度和工程费用。

图4 方案三平面图

D 匝道和F 匝道均于黑滩河大桥第19 孔并行下穿，相比较于第18 孔的下穿更靠近山体，进一步降低了匝道桥梁高度。 G 匝道置于整个互通的最高层，依次上跨C 匝道、F 匝道、巴达高速、巴南广高速（图5），再与H 匝道合线，充分适应了巴达高速-2.928%的纵坡特点，互通紧凑布置。方案三的投资规模较方案一减少1.03 亿元，占用开发区规划边缘用地约10 hm2。该方案与巴中开发区管委会、兴文镇政府、巴中市电力公司、巴达铁路等单位进行了沟通并达成一致意见。

图5 方案三主线及匝道与巴达高速的交叉关系

1.4 方案比选

对上述3 个方案进行技术指标、经济指标比选，比选情况如表1 所示。

表1 各方案比选情况

综上，从技术指标、工程造价、对地方规划的影响程度等因素综合比较，推荐采用方案三作为实施方案。

2 实施方案的特点

实施方案的整个互通布置充分利用地形，减少了主线和匝道的桥梁规模，土石方有适当的增加，与初步设计相比，仅桥梁面积就减少3.04 万m2，设计优化的工程量显著。

2.1 优选主线交叉线位

通过多方案主线交叉线位的比较研究，突破常规的主线利用被交叉线路既有桥孔下穿，采用在被交高速路基段新建桥孔下穿，既有被交叉线路桥孔提供两条左转弯匝道下穿，突破了主线“桥穿桥”交叉方式的常规思路，为整个互通利用台地展布匝道创造了条件，大大节省了匝道的桥梁规模。同时，为了减少工程规模，主线线形可灵活布置，实施方案主线线形在初设的同向右转曲线之间增加了左转曲线，使主线安家河大桥形成了有利的桥位，缩短桥长410 m。

2.2 变形的互通形式

山区地形地质复杂，部分匝道转换交通量较小，枢纽互通立交的布设在满足功能的前提下可拓展思路，不拘泥于固定的布置形式，根据地形和构筑物灵活布置立交线形，匝道线形可以采用迂回式、回转式等扁平化处理方式，根据需要而调整整个互通布置的重心，使其占据有利地形。

实施方案把对整个互通布置不利的西北象限的环形匝道调整为半直连大迂回匝道，整个互通匝道布置的重心偏移至较为开阔的东侧台地，采用单环混合形互通布设，缩短了匝道桥梁长度，降低了匝道桥梁高度，减少了桥梁工程。

2.3 线形布置与桥梁方案的综合考虑

（1）匝道平面线形布置中尽量避免小半径曲线与高墩桥梁路段的组合形态，以降低施工难度和工程费用。控制小半径曲线桥梁的墩高，便于小半径曲线桥梁在采用预应力砼现浇桥梁结构时，支架高度控制在合理范围。控制高墩桥梁的曲线半径尽量采用直线，便于高墩桥梁梁体采用预制结构，使用架桥机架设，变宽桥梁及匝道与主线连接部的桥梁线形通过调整现浇湿接缝宽度实现。

（2）交叉处线形布置尽量采用接近正交的交叉角度，或者考虑在下层两线合分流前后设置上层桥梁的墩柱，有条件时可以考虑在中央分隔带内设置桥墩，减小桥梁跨径，降低梁体高度，紧凑布置匝道。实施方案的G 匝道在C 匝道、F 匝道合流前两线之间设置桥墩，虽然交叉角度小，但仍能将桥梁跨径控制为30 m。D 匝道、G 匝道上跨巴南广高速均在中央分隔带内设墩，采用了20 m 的小跨径桥梁。

（3）巴南广高速以2-20 m 的矩形框架桥（也可称为明挖隧道）形式下穿巴达高速，一是降低了建筑高度，减缓了交叉处两端的路线纵坡，减小了路基开挖深度；二是避免了常规桥梁在两端设置桥梁伸缩缝对行车舒适性的影响；三是缩短了施工工期，巴达高速路基段开挖后的现浇框架结构，避免桥梁的上下部结构分别施工的繁琐工序，利于抓住巴达高速建成前短暂的时间窗口，节省了巴达高速建成后的施工期保通工程。