峡谷山区高速公路互通式立交设计优化

2022-01-09王祖华

中国公路 2021年22期

王祖华

（四川公路工程咨询监理有限公司，四川成都 610041）

一、背景

项目起于金阳县芦稿镇，经过构造剥蚀高中山峡谷地貌、构造剥蚀低中山地貌、构造剥蚀中山峡谷地貌，止于宁南县。山地地貌和河谷地貌是线路工程区典型地貌类型。从金阳至对坪镇依次布局有金阳互通、芦稿枢纽（西昭高速）、芦稿互通、春江枢纽、对坪互通，芦稿枢纽至春江枢纽段与西昭高速共线，如图1所示。

图1.路线走廊及互通布局

二、初步设计方案研究

项目位于高山峡谷区域，受地质构造抬升及侵蚀剥蚀等外力作用影响，地貌快速演化，沿线崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发育。滑坡基本分布于金沙江河谷岸坡较缓的段落，发育规模大，大部分为多期次、多层次古滑坡，其稳定性受到流水侵蚀、水库水位升降、暴雨、地震外力、人工活动等较多因素的影响，对线位的影响最大。

工可阶段的主线沿芦稿镇后缘通过，初步设计勘察工作揭示路线位于花坪子滑坡影响范围，芦稿互通布设在滑坡体范围，如图2所示。

图2.花坪子滑坡体形态图

为避让沿线的不良地质，路线增加了隧道、减少了明线路段，设计针对芦稿互通提出了两个方案，方案一为取消芦稿互通，理由为芦稿镇人口少、规模小，附近的交通流可沿国道353线向北10公里在金阳互通上下高速公路，或沿国道353线向南行驶约23公里至对坪互通上下高速公路。方案二为在芦稿2号隧道与王家屋基隧道间建设明线长为372米的三飞沟内设置互通，且确保高速公路与国道353线的高差为59.5米，具体如图3所示。匝道与主线的连接处和匝道部分段落均位于隧道内，其中A、C匝道分别设有一座隧道，二者立体交叉，安全性较差、工程规模较大，隧道设计和施工难度高。

图3.芦稿互通独立设置的方案

本着方便金阳县芦稿镇周边乡镇居民出行的目的，以及从芦稿镇附近的通阳大桥可吸引云南交通流量的长远角度考虑，结合地方政府的强烈要求，该设计采纳了咨询审查意见，研究了与西昭枢纽互通合并设置芦稿互通的方案，如图4所示。

芦稿枢纽+落地互通合设后，预测2041年转换设计小时交通量总计为3896pcu/h，其中宁南至西昌方向为1233pcu/h，西昌至宁南方向为1233pcu/h，西昌至宜宾方向为421pcu/h，宜宾至西昌方向为421pcu/h，芦稿至宁南方向为111pcu/h，宁南至芦稿方向为111pcu/h，芦稿至宜宾方向为183pcu/h，宜宾至芦稿方向为183pcu/h。

芦稿枢纽+落地互通合设采用对角双环式变形苜蓿叶形方案，一次设计，分期修建，本项目只建设连接芦稿镇的互通部分，其余工程计入西昭高速建设。互通场址位于金沙江支流芦稿林河和仁义河的交汇处，流量小，但地形陡峭，山高谷深，存在两处高度为45m～50m的挖方边坡，且桥隧工程较大，匝道隧道345米/1座，主线隧道120米/1座，桥梁10105米/19座，新建连接线长2079米。

图4.芦稿枢纽+落地互通合设的初设推荐方案

三、施工图设计优化

（一）施工图设计方案优化

结合芦稿互通连接线可就近接入地方道县道XW04，以及与国道353线连接的情况，施工图咨询审查期间，提出了以下优化意见：

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利用XW04北高南低纵断面高层特点，连接线由向南接调整为向北接，降低高速公路与连接道路的高差，为缩短落地匝道展布长度、紧凑互通布置创造条件。

结合互通场址地形地貌，西昌至宁南方向的右转弯匝道冲过宜新高速主线再反绕回接主线，如此绕过高耸的山梁，取消原初设的匝道隧道。把东南方位对整个互通布置不利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西北侧，采用单环混合形互通布设，以减少桥梁工程量，并降低桥梁高度。

宜新高速主线由较为扭曲的S形调整为长直线，取消互通区主线隧道，改善互通主线司机的视线通透性，提高标志的认知性，减少互通区司机的操作难度，提高行车安全性。

尽量消除小交通量匝道居左的不利状况，提高主交通流匝道的平纵指标。

狭窄峡谷山区高速公路互通匝道的技术指标可依据规范灵活掌握，在保证主流交通宁南与西昌方向2条匝道较高的技术指标外，其余匝道技术指标可论证后适当降低。

图5.芦稿枢纽+落地互通合设的施工设计图

整个互通施工图在初步设计的基础上进行了优化，如图5所示，在连接线连接位置调整后，整个互通布置充分利用地形，取消了主线和匝道上的隧道布置，工程规模大为减少，降低了结构物施工难度。施设互通设计的工程规模与初步设计相比，仅桥梁面积就减少了4.4万平方米，设计优化的工程量显著。

（二）服务水平计算

施工图设计的互通服务水平可以通过计算来检验，按照主线与匝道连接点的特性把本项目范围内芦稿枢纽立交分成4个区段，相关运行速度和服务水平的考察也被分为4个区段。

芦稿枢纽立交范围内主线侧的西昌至宁南花方向的A匝道与主线连接点划分为区段一；宁南至西昌方向的B匝道与主线连接点划分为区段二；西昌至宜宾方向的G匝道与主线连接点划分为区段三；宜宾至西昌方向的D匝道与主线连接点划分为区段四。经计算，预测2041年立交分合流区段一、区段二服务水平为一级，区段三、区段四的服务水平为二级，能够满足使用要求。

四、峡谷山区高速公路互通立交设计特点及技术对策

峡谷山区高速公路地形地质复杂、地势起伏大、桥隧构筑物多，场地狭小，可供互通立交布设的位置和形式条件十分有限。因此，研究如何合理利用土地资源、科学布设互通，对峡谷山区高速公路的建设及运营安全起到十分突出的作用，笔者结合多年实践经验，总结出主要特点和相应对策如下：

峡谷山区高速公路地形地质复杂，在岸坡较平缓、适合布置互通的场地，往往是滑坡或不良地质堆积体，如本文提及的芦稿互通工可位置。还有互通布置小范围场地本身地质良好，但存在上方高位的不良地质体崩塌或危石的威胁，或者下方库岸再造的不利影响。勘察设计中应高度重视互通场址地质安全性评价，加强地质质量勘察，合理选择路线及互通场址，尽量避让大型不良地质段，对地质病害可处治、处治难度不大的互通场址，应和其他备选场地综合比选确定。

为更好地发挥公路的作用及节约投资建设成本，山区高速公路基本选择在沿江的峡谷地带，与现有的国道、省道共用走廊布设路线。但由于峡谷地带的岸坡陡峻，高速公路与地方道路的高差大，在需要设置服务性互通时，路线标高选择上应尽量减少与被交路的高差。为便于互通式立交匝道布置，互通区主线纵坡尽量平缓，以不超过1.5%～2%为佳。过大的主线纵坡会使得部分匝道与主线的坡差过小，导致匝道需要的接坡长度增长过多，不利于互通线形场地的利用。对于高速公路与地方道路小角度交叉叠合布置时，可采用门形墩、异形墩等形式，减小高速公路下部结构对地方道路行车视距的干扰。路基段的挡防构筑物设计宜采用一体化设计，并合理制定施工顺序，减少对国道正常运营安全的影响。

峡谷山区地形地质复杂，转换交通量一般较小，山区互通立交的布设在满足互通功能的情况下应扩展思路，不拘泥于固定的布置形式，根据地形灵活布置立交线形，可以采用T形枢纽与落地互通集中设置，也可以分散布置，匝道线形可以采用迂回式、回转式、反绕式（西昌至宁南方向右转弯匝道）等扁平化处理方式，也可采用菱形互通等形式。

通常会遇到峡谷山区隧道洞口与互通间距过近的情况，间距往往不能满足路线规范要求的1000米。当地形不能满足上述净距要求而互通式立交及其他设施必须设置时，应结合运行速度控制和隧道特殊结构设计等，提出完善的交通组织、管理和运行安全保障措施，经综合分析论证后确定设计方案。宜新高速上的特长隧道及隧道群众多，隧道洞口与互通间距近的情况较多。目前，拟开展隧道内有控制的允许分段单向可变道的尝试。相关行业对高速公路特长隧道的建设及运营管控，可以进行大量的测试工作和经验总结，以更好地指导峡谷山区高速公路的设计工作。

由于交通量小，峡谷山区高速公路互通的匝道收费广场设置困难，一般可以3入3出来考虑收费车道数设置，如特别困难也可以考虑2入2出。收费广场的纵坡、等宽段长度等设计要素可适当采用低限值。管理用房可与收费广场分开设置，也可以采用装配式的建筑等灵活布置。