高速公路复线扩容的五肢互通式立交探讨

■王祖华 李光白 韩武民 姜永伟

（1.四川公路工程咨询监理有限公司，成都 610041；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043）

我国早期修建的高速公路正逐步进行扩容建设，高速公路扩容采用新建复线的方式将导致线路密度增加。 互通式立交的间距近、改造难度大，因此相邻线路上的互通式立交如何统筹整合改造，适应地形、地物关系，在满足功能的条件下达到技术经济合理性要求，是高速公路复线扩容项目互通式立交方案设计的技术关键。

一般当2 个互通式立交不满足极限最小间距等特殊条件时，需通过辅助车道、集散车道将2 个互通立交的所有出入口或主要出入口串联起来而组合成复合式互通立交。 但我国现行交通行业标准和规范中有关复合式互通式立交设置方面的规定仅是针对某些特定模式，未完全涵盖和梳理实际工程中的诸多复杂组合的复合式互通式立交。 因此，本文结合工程实例，对3 条高速公路构成小三角形构型中的五肢互通式立交等复合式互通立交进行分析，以期为类似工程设计提供参考。

1 复合式互通式立交的特点

复合式互通式立交与立交间距有着很大关系[1]，立交间距指两条横向道路和主线交叉，两交点的距离D，对于近距离的互通式立交的间距主要关注两立交净距离D0（图1）。

图1 互通式立交间距示意图

规范[2]规定：相邻互通式立体交叉的最小间距，不宜小于4 km。 因路网结构或其他特殊情况限制，经论证相邻互通式立体交叉的间距需适当减小时，其上一互通式立体交叉加速车道渐变段终点至下一互通式立体交叉的减速车道渐变段起点间的距离，不应小于1 km；小于1 km 且经论证必须设置时，应将两者合并为复合式互通式立体交叉。

1.1 互通式立交之间的连接方式

按照立交间距的不同，两座相邻的互通式立交之间的连接方式有以下4 种类型：（1）以主线连接；（2）以辅助车道连接；（3）以集散车道连接；（4）直接设置为一座多肢交叉的互通式立交。 第（4）种类型可以为三肢变四肢，如一个T 形枢纽与一般互通立交（也称为落地互通）集合成带落地功能的十字形枢纽互通；也可以为四肢变五肢互通，六肢以上的互通在实际中极少。 规范中一般称类型（2）、（3）为复合式互通式立交；行业实际中也把类型（4）中交叉点并非集中一处的五肢以上的多肢互通笼统称为复合式立交。 五肢互通式立交等复合式互通立交存在集散车道上的交织和匝道上的多出口选择，交织运行影响运行中的流态， 标志设置困难且不易识别。高速公路互通式立交总体布置时，应采用合理间距，不得已的情况下才采用复合式互通立交。

1.2 互通式立交之间的复合类型

复合式互通立交中的两座互通式立交有以下3 种：（1）一般互通式立交与一般互通式立交复合；（2）枢纽互通式立交与一般互通式立交复合；（3）枢纽互通式立交与枢纽互通式立交复合。 一般互通式立交与一般互通式立交复合可以由1 处一般互通式立交加2 条连接线配置着手解决， 或者集合成1座枢纽互通分别服务高速公路两侧的不同地方。大多数工程实际情况为高速公路一般互通式立交与枢纽互通式立交的复合，枢纽互通式立交与枢纽互通式立交的复合较少采用。

2 3 条高速公路构成小三角形构型的复合式互通立交设计

3 条高速公路构成小三角形构型的互通立交群，存在2 处互通（含复合式互通）+1 处分离式的组合形式、五肢互通式立交，以及前述几种类型的不同组合。

G5 京昆高速公路绵阳至成都段扩容项目在既有的G5 京昆高速公路东侧新建双向八车道复线（以下简称G5 复线）， 大部分段落的二者间距为3.3～8 km。G5 复线在绵阳永明至关帝范围内与既有的绵阳南环线高速公路共线， 绵阳南环线由双向4 车道扩建为双向8 车道，G5 复线与该区域的绵遂、绵西（绵阳南环线）高速公路系统构成复杂的组合关系。 基于主线线位选择[3]，拟定4 个主线交叉线位及配套的复合式互通方案进行研究。

2.1 方案一： 五肢枢纽互通+2 处一般互通+辅助车道复合

该方案G5 复线紧邻既有永明枢纽的北侧，上跨绵遂高速，改造扩建既有永明枢纽由四肢互通为五肢互通，继续向西南布线，经永明镇南侧后与既有绵阳南环线共线，并设置永明落地互通（图2）。五肢枢纽互通距离绵遂高速上既有松垭互通距离较近，二者间新增辅助车道进行处理。 该方案主线较为绕行，桥梁等工程规模大、征地拆迁规模较大，对既有永明枢纽进行改扩建， 施工期间保通压力较大，且均存在不同程度的报废工程。

图2 方案一：五肢枢纽互通+2 处一般互通由辅助车道复合

2.2 方案二：分离式+2 处枢纽互通+一般互通+辅助车道复合:

该方案G5 复线紧邻松垭互通南侧， 主线上跨绵遂高速， 不改造既有永明枢纽互通及松垭互通，通过新增永明枢纽实现与绵遂、绵西高速的交通转换，永明镇附近的交通流通过永明互通可上下本项目，进而通过转换上下绵遂及绵西高速（图3）。本方案征地拆迁压力较小，工程规模较小，且对既有永明枢纽及松垭互通不影响，报废工程较少且施工期间的保通压力较小，但各方向均存在不同程度的绕行，社会运营成本较大。

图3 方案二：分离式+2 处枢纽互通+一般互通+辅助车道复合

2.3 方案三：一般互通+枢纽互通集散车道复合+2处枢纽互通

该方案路线A1 线将G5 复线向西远离既有永明枢纽布置，较好地避免了对既有永明枢纽互通的改造，而转向与A 型单喇叭的松垭互通进行复合改造，改造松垭互通期间可由北侧的绵阳二环互通和绵盐路保通(图4)。 A1 线永明复合枢纽互通交叉中心与绵盐路干扰大，立交层次多，既有松垭互通的占地及交叉工程利用度不高。

图4 方案三：一般互通+枢纽互通集散车道复合+2 处枢纽互通

2.4 方案四：五肢枢纽（含一般）互通+1 处枢纽互通+1 处半枢纽

在A1 线的基础上，G5 复线适当向南调整，避免永明枢纽互通交叉中心集中在绵遂高速公路上跨绵盐路节点处，减少立交层数，减少桥梁工程规模。 充分利用既有松垭互通的交叉工程和收费广场已征地，减少了绵盐路两侧已街道化的大片房屋拆迁。 永明枢纽互通与落地互通复合，构成五肢互通，落地互通连接线设置为2 条，分别与永明镇、松垭镇方向连接，实现永明互通和松垭互通功能的合二为一。 绵遂高速、绵阳南环线、G5 复线三条高速公路围合成小三角形构型，依照最短路径原则，三角形构成的内环无需转换，新增永明枢纽不需考虑成都与遂宁方向的2 条匝道设置，永明枢纽2 不需考虑广元与西充方向的2 条匝道，既有的永明枢纽中的九寨沟与成都方向的2 条匝道作为冗余匝道，只起到车辆误行的容错功能(图5)。

图5 方案四：五肢枢纽（含一般）互通+1 处枢纽互通+1 处半枢纽

2.5 方案比选

重点对方案三、方案四进行同精度研究比选（表1），结果显示，方案四相对于方案三桥梁减少3.89 km,填方减少约53.1 万m3、挖方减少约22.0 万m3，占地减少约16.53 hm2，造价节省2.44 亿元。

表1 方案三与方案四经济效益比较分析

3 五肢互通式立交方案的技术特点

3.1 交通量的适应性

五肢互通式立交存在集散车道或匝道上的交织和匝道上的多出口选择，交织运行影响转弯运行中的流态，其适应交通量水平不宜过大。 永明枢纽+落地互通已处在绵阳城市北部边缘，2041 年预测转换交通量总计1860 pcu/h，最大交通量方向广元至九寨沟为405 pcu/h， 其次成都至九寨沟为174 pcu/h，其余方向的交通均在94 pcu/h 以下。 互通各转向交通量均不大，采用五肢互通式立交较为适应。

3.2 连续出入口间距

在主线出口匝道范围， 要使驾驶人还没有摆脱在主线上快速行驶的高速感（行驶惯性），即使在减速车道上也不能完全减到匝道设定圆曲线半径适应的设计速度，所以出口匝道不宜突然出现小半径，而应设有一定的缓和行驶路程， 为了保证有足够的缓和行程， 有必要在减速车道终点处设置一段使驾驶人能够适应车速变化的缓和路段， 此段范围内随车速的降低而逐渐减少曲线半径，以确保交通安全。

在匝道收费站进入匝道的范围，驾驶人有个逐渐加速感觉，相应的匝道连续出口间距要求是可以小于主线连续出口间距的。 目前路线规范对于匝道上的连续出口间距是没有明确的，《细则》[4]仅给出匝道上相邻合流鼻端最小间距。 从偏安全来说，本五肢复合互通匝道出入口间距均采用路线规范中的匝道上的相邻出口或入口的间距要求进行控制。

3.3 集散道上交织区分析

根据《细则》[4]规定，互通式立体交叉匝道、分流区、合流区、交织区和集散道的设计服务水平可比主线低一级，但不应低于四级。 影响集散道通行能力的关键是交织区，交织区的通行能力又取决于交织区构造、长度和交织车道数。 当交织区几何设计完成以后， 根据交通量分布和交织区几何构造等，经通行能力验算，可检查其设计是否满足通行能力要求，当不能满足通行能力要求时，应增加交织区长度、交织车道数，或调整几何构造。

由于转换交通量小，各条匝道组合设置的自由度较大，为了尽量消除互通式立交中的交织，永明枢纽主体部分的两环形匝道由初设的相邻象限调整为对角象限。 永明枢纽J 匝道为集散车道，J 匝道上存在P 匝道合流及C 匝道分流（图6），仍存在一处交织区，交织区长度为217.23 m。 经计算，交织区密度为6.68 pcu/km/ln， 平均运行速度53.81 km/h，服务水平评价为二级，满足规范要求。

图6 永明枢纽交织区示意图

3.4 匝道的冗余与简化

关于永明（松垭）至成都方向右转弯匝道Q 的布置， 虽然该方向匝道也可利用既有的永明枢纽（绵遂高速+绵阳南环线）实现，但相对于直接通过右转弯匝道的绕行距离较长， 长期车辆运行成本高，对于路网提升功能不足。 基于绿色建设理念，并突出全寿命思想，补全永明（松垭）至成都方向右转弯匝道，布置整个互通式立交（图7）。

图7 永明枢纽交织区示意图

维持既有永明枢纽互通的8 条匝道，也可以作为其他2 处互通节点小三角形内边转换的简化后的匝道的冗余，使其他节点部分匝道误行后能再次选择方案行驶，体现宽容设计的理念。

3.5 复合式立交交织段长度

规范[2]11.1.10 条规定复合式互通式立体交叉的交织段长度不应小于600 m，其连接可采用下列3 种方式：（1）采用辅助车道将2 处互通式立体交叉的相邻出入口直接连通。 （2）采用与主线分隔的集散车道将主线一侧所有的出口和入口连通。 （3）采用分离车道，形成2 处互通式立体交叉间无交织运行的方式。

该条款对于辅助车道对应的主线侧交织流和集散车道对应的匝道内交织流采用统一的600 m 的交织段长度作为硬性规定，对于运行速度为40 km/h 匝道内交织长度计算结果偏差过大，显得过于严格，这与小交通量的苜蓿叶形两环形匝道之间的交织长度的实际情况也不吻合，建议规范对交织长度的要求，根据主线侧和匝道内的2 种状况分别作要求。

4 结语

（1）高速公路复线扩容增加了路网密度，减小了互通间距，大型复杂互通立交越来越多，与既有互通如何重构成新的互通立交，其方案设计研究通常是扩容项目设计的重难点工作。 在充分利用原互通的占地、结构物等路域资源的前提下，因地制宜进行方案研究和设计，经综合比较论证，五肢互通可能是极具价值的方案。 （2）随着驾驶人员使用导航软件辅助行驶越来越普及，车路协同的智慧交通的提升，使大型多肢互通立交对于行车路径指示复杂的问题得到改善，提升了交通转换效能和行车安全性。