既有高速公路增设枢纽设计研究

王添荣

(山西省交通规划勘察设计院有限公司 太原市 030032)

近年来，随着城市建设区的扩大和高速公路路网不断补充完善，既有高速增设立交的情况越来越多。地方路网对进入高速的便捷性要求提高，需要增加互通出入口；新增高速公路与既有路网交叉增多，需要增设枢纽立交。既有高速公路增设枢纽一般工程规模更大，面临的技术困难也更多，需要仔细研究。

1 项目概况

太原绕城高速公路义望至凌井店段(太原西北二环高速公路)，是国家高速公路网中京昆高速公路的太原过境段。该项目为规划中的太原都市圈提供快速便利的交通运输服务，对完善国家高速公路网和山西省高速公路网有重要作用。本项目按双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用80km/h，路基宽度25.50m。被交路为青银高速与京昆高速共线段，设计速度120km/h，路基宽度28.5m(双向六车道)。高速公路之间的立体交叉，应为枢纽互通式立体交叉[1]。

项目起点位于吕梁市交城县义望村东，衔接京昆高速公路(G5)、青银高速公路(G20)的共线段，形成十字交叉，需要在项目起点设置清徐南枢纽。枢纽选址区属于山前平原区，地形开阔、平坦，地表冲沟不发育；地表岩性为第四系冲洪积粉土、粉质黏土、中细砂、圆砾等。地面坡度向山前盆地中心倾斜，地下水位埋深较浅，地表植被以农作物为主。

方案研究初期考虑路网规划和通行效率，将起点选在京昆高速与青银高速交通流转换节点义望枢纽，见图1。采用全部利用原有匝道，新增部分转向匝道的改造方式，实现十字交叉各方向的交通转换。但由于现状义望枢纽周边村庄、厂矿密集，以此枢纽为节点，路线方案穿过规划的工业园区，地方政府无法接受。最终将交叉节点选在义望枢纽东北约3km的清徐南互通处，通过改造及增设部分转向匝道，将现有清徐南互通和义望枢纽组合为复合式枢纽立交，实现本项目与被交高速公路的交通转换。

图1 既有高速公路立交设置现状图

2 交通量分析

在现状高速旧路增设枢纽后，路段转向交通量如图2所示。该枢纽交通量转换要求较为特殊，本项目西二环主线(古交方向)在现有清徐南互通位置，形成带出入口的十字交叉，实现部分交通流转换和清徐县车辆的出入需求；在义望枢纽位置仍然为T型交叉，实现青银高速与大运高速(南环)的车辆转换。

图2 复合式枢纽转向交通量示意图

3 枢纽方案设计研究

原有的清徐南互通，为A型单喇叭互通。A匝道为设计速度50km/h，路基宽度15.5m的双向双车道；B、C、D、E四条单向匝道设计速度40km/h，路基宽度为8.5m；环形匝道最小圆曲线半径60m，匝道设置三跨现浇连续箱梁上跨主线，设置“四进六出”共十条收费车道。义望枢纽是一处单喇叭型枢纽，该枢纽实现了青银高速与大运高速的交通分流。太原二环高速在此段落增设枢纽，必须要考虑现有两处立交的功能，合理改造，利于现有匝道，还需保证改造期间主线的通行能力。

3.1 方案一

结合本枢纽和清徐南互通的服务水平及地形条件，采用部分利用原有互通匝道的变异苜蓿叶枢纽形式。在部分保留匝道及收费站的前提下，改造清徐南互通半定向左转E匝道，另外增设7条匝道，成为全互通立交加高速出入口的枢纽形式，见图3。

图3 方案一线位图

新增7条匝道为：

F匝道为古交去往汾阳、祁县方向，设计速度60km/h，路基宽10.5m(单向双车道)，圆曲线最小半径350m，最大纵坡3.399%。起点顺接本项目主线西环高速，上跨L匝道后汇入青银高速，采用双车道直接式加速车道，加速车道终点距离现有义望枢纽减速车道起点491m，需要设置贯通的辅助车道。

H匝道为古交去往太原方向，设计速度60km/h，路基宽度10.5m(单向双车道)，圆曲线最小半径240m，最大纵坡3.523%。起点与F匝道采用匝道分流设计，下穿J匝道后上跨青银高速、A匝道、C匝道，最后向北汇入青银高速。

J匝道为汾阳、祁县去往古交方向，设计速度60km/h，路基宽度10.5m(单向双车道)，圆曲线最小半径350m，最大纵坡3.882%。起点采用双车道直接式减速车道，减速车道起点距离现有义望枢纽加速车道终点634m，需要设置贯通的辅助车道。J匝道上跨B匝道、青银高速、H匝道、L匝道后，与G匝道采用主线合流设计后，向西汇入西二环高速。

G匝道为太原去往古交方向，设计速度60km/h，路基宽度10.5m(单向双车道)，圆曲线最小半径400m，最大纵坡2.762%。起点采用双车道直接式减速车道，终点与J匝道采用主线合流设计。

L匝道为古交去往清徐收费站方向，设计速度50km/h，路基宽度9m(单向单车道)，圆曲线最小半径350m，最大纵坡3.85%。起点采用单车道直接式减速车道，下穿F匝道、J匝道，上跨青银高速后，与原收费站匝道顺接。

N匝道为清徐入口车辆去往古交方向匝道，设计速度50km/h，路基宽度9.0m(单向单车道)，圆曲线最小半径180m，最大纵坡2.893%。起点由A匝道分流，上跨P匝道后，汇入G匝道。

P匝道为封闭原互通E匝道后，新增的太原去往清徐出口方向匝道，设计速度50km/h，路基宽度9.0m(单向单车道)，圆曲线最小半径130m，最大纵坡4%。起点与G匝道分离，下穿N匝道后，从左侧汇入L匝道。

本枢纽施工时，由于设置了辅助车道，需要将主线加宽，影响正常通行，施工时要做好完善的交通组织工作，完善保通安全设施。

3.2 方案二

方案二统筹考虑了原有清徐南互通的出入功能、既有两处立交的交通转换功能和青银大运共线段的通行能力，将交叉高速的直行车道分离设置。该方案涉及到的高速公路主线形成错位交叉，共用路段约3km，按照《公路立体交叉设计细则》的要求，高速直行车道应各自保持连续，且分开设置[2]。结合现有清徐南互通和义望枢纽位置，以及该节点各转向交通量，方案二采用复合式变异苜蓿叶枢纽形式。

方案二在保留原有互通匝道、匝道收费站、青银和大运共线段主线的前提下，局部改造清徐南互通匝道，重新连接义望枢纽H匝道，另外再新增9条匝道，改造为如图4所示复合型苜蓿叶枢纽形式。

图4 方案二线位图

方案二的西二环主线按分离式路基设置A匝道、B匝道，设计速度60km/h，路基宽度均为12.75m。两匝道并行青银高速主线向南跨越现有义望枢纽后，通过设置加减速车道汇入现大运高速主线(南二环)，在大运主线设置辅助车道。清徐南互通新增匝道C、D、E、F、G，实现该节点的交通转换和上下高速功能；在现有义望枢纽位置，设置匝道H、I、J实现青银高速与大运高速交通转换。方案二新增及改造匝道如下：

A匝道、B匝道为二环高速主线的延续，实现了南二环和西二环的贯通，匝道采用宽12.75m的分离路基，设计速度60km/h。两匝道在青银高速两侧并行现有高速公路主线，不需对旧路加宽改造。

C匝道利用现有清徐南互通出口，为太原方向车辆去往清徐南收费站匝道，设计速度40km/h，采用单车道出口的双车道。匝道设置1-60m简支钢箱梁桥跨越青银高速主线后，进入清徐南收费站。

D匝道由B匝道分流，为西二环古交车辆去往清徐南收费站方向匝道，设计速度40km/h，采用单车道出口的双车道，连续跨越匝B、匝A、青银主线，最终通往清徐南收费站驶离高速。

E匝道为清徐南收费站去往古交方向匝道，设计速度40km/h，路基宽度为9.0m(单向单车道)，跨越C匝后汇入A匝。

F匝道为由西二环古交去往太原方向匝道，设计速度40km/h，圆曲线最小半径80m，最大纵坡3.8%。起点顺接D匝道，连续上跨A匝道、青银主线后，采用单车道加速车道向北汇入青银高速主线。

G匝道为青银高速太原去往西二环古交方向匝道，设计速度40km/h，圆曲线最小半径130m，最大纵坡3.9%。起点由C匝道分流，汇入E匝道去往西二环古交方向。

H匝道为青银高速汾阳去往大运高速祁县方向，可利用原义望枢纽匝道轻微改造。匝道设计速度40km/h，路基宽度9.0m(单向单车道)，圆曲线最小半径253m，最大纵坡2.4%。起点为原义望枢纽祁县方向匝道的中段，终点与本方案B匝道合流。

I匝道为西二环古交方向去往青银高速汾阳方向匝道，设计速度40km/h，路基宽度为9.0m(单向单车道)，圆曲线最小半径200m，最大纵坡3.6%。起点接西二环分离式路基主线匝B，终点汇入青银高速去往汾阳方向，设置加速车道汇入主线交通流。

J匝道为青银高速汾阳去往西二环古交方向匝道，设计速度40km/h，路基宽度10.5m(单向双车道)，圆曲线最小半径300m，最大纵坡3.6%。起点设置减速车道从青银高速主线分流，连续上跨H匝、B匝、义望枢纽大运主线、A匝，最终与A匝道合流，去往西二环古交方向。

3.3 方案比选

方案一优点为保留了原有高速出入口，用地少，功能基本满足使用要求，工程规模较小，造价较低。缺点是没有完全利用原有互通匝道，建设中需暂时封闭高速出入口，需要加宽主线路基和桥梁较多，影响改造期间主线通行。青银大运主线共线段、义望枢纽交通压力更大，易形成局部交通瓶颈。

方案二优点为保留了原有高速出入口和原有互通立交，二环主线采用分离设置，对既有高速公路主线改造强度低，满足规范错位交叉互通立交的设计要求，使用功能较好，对原有高速共线段和义望枢纽不造成进一步的压力，施工期间对主线通行影响较小。缺点是桥梁众多且结构复杂，工程量较大，新增占地较多，造价较高。

方案一和方案二技术指标及主要工程量比较见表1。

对本枢纽从使用功能、交通流优化、工程规模、对原有公路设施利用和改造强度等方面综合比选分析，认为方案二优于方案一，推荐复合式变异苜蓿叶枢纽方案。

4 结语

既有高速公路新增枢纽立交，应当合理配置路网节点，优化交叉道路的车辆转换方案，尽量采用新建的方式，谨慎采用复合式枢纽。复合枢纽新增匝道时要分清主次交通流，交叉跨越方式要理顺并优化，原有立交匝道及出入口应充分利用，还必须兼顾

表1 清徐南枢纽方案技术指标对比表

保障改造期内的旧路通行能力。对立交方案的比选，也应从整个区域路网结构来分析，以功能最优为第一原则，不可简单地以工程代价高低做方案取舍。本项目在现有道路环境复杂，匝道布线影响因素较多情况下，统筹考虑现有立交，优化形成了结构紧凑，占地集中，功能完善的枢纽方案，较好地解决了该项目枢纽设计节点难题，可为类似情况立交的设计提供参考。