城市现状立交节点改造设计中遇到的问题及应对措施

艾 伟

(深圳市市政设计研究院有限公司合肥设计院，安徽 合肥 230000)

0 前 言

郑州市北三环，是郑州市主城区“两环三十一放射”快速路系统中重要组成部分，随着交通量的日益增大，北三环高架桥交通压力空前，本次研究的北三环彩虹桥段及京沙快速路组合立交节点，又是北三环的咽喉部位，也是北三环最大堵点，因此完善北三环彩虹桥段及京沙快速路立交的交通功能，消除现状交通瓶颈，解决拥堵问题，意义重大[1]。

1 项目研究背景

就目前来看，三环线主要承担的是过境交通以及环内车辆交通分流转换的职责，为了能够更好地实现30 min市内交通圈的规划，在相关文件当中，构建了环加放射的中心城区快速路系统，北三环正是整个系统当中非常重要的一个环节，承担着城市日益增长的交通需求。

北三环彩虹桥及京沙快速路立交是北三环中心城区段的一个咽喉节点，现状彩虹桥是于1994年正式建成通车，目前为止已经运营了多年。伴随着郑州经济的不断发展，过桥重载交通开始急剧增加，这也给彩虹桥的结构带来了不同程度的损伤。根据两次荷载试验检测结果，评定彩虹桥主桥结构刚度现状与设计状态发生明显改变，强度不能满足设计荷载汽-超20级的要求，桥梁结构存在较大安全隐患；2019年8月，郑州市城市管理局向郑州市人民政府递交了“关于封闭北三环跨铁路编组站大桥交通的紧急请示”，并且于2019年10月26日正式封闭了彩虹桥，同时现状北三环-京沙快速路立交为不完全互通式立交，不能满足枢纽立交(两条快速路交叉节点)的转向交通需求，使原本就存在着非常明显的交通拥堵现象的北三环，变得更加的拥堵。

2 主要交通问题分析

经现场调查分析发现，该段北三环高架主路现状交通压力巨大，高峰时段道路服务水平极低(D级～F级)，现状交通主要存在以下瓶颈问题。

(1)交通瓶颈一：北三环主路电厂路-京沙快速路段(即现状彩虹桥主桥段)，车道数仅双向四车道，与三环快速路基本车道数(双向六车道)不匹配，通行能力严重不足，服务水平极低，出现拥堵情况。

(2)交通瓶颈二：北三环主路的电厂路西上匝道入口与科学大道立交匝道出口间距仅140 m，科学大道立交匝道入口与电厂路西下匝道出口间距仅205 m，远小于城市快速路设计规范规定值(1 020 m)，出入交通存在严重交织；同时电厂路西下匝道坡脚距离北三环辅路-电厂路平交路口西进口道停止线仅50 m，受信控平交路口通行能力限制，高峰时段该路口西进口道排队等候车辆由地面道路倒灌至北三环高架主路，严重影响主路交通，大大降低了主路通行能力与服务水平。

(3)交通瓶颈三：北三环-京沙快速路立交现状为不完全互通立交，缺少了西往南、西往北、北往西及南往西等4个方向的转向匝道，不能满足枢纽立交(两条快速路交叉节点)的转向交通需求。部分转向交通只好通过地面道路进行转换，既不能实现快速交通衔接，也增加了地面道路交通压力。

3 总体设计思路及原则

(1)设计思路：优化主路系统，改造交通瓶颈路段。分流快慢交通，理顺交通组织，根据功能及交通需求，合理确定道路的断面规模，严格控制出入口布置，优先保证主路快速畅通，完善京沙快速路立交节点功能，优化交通组织，提高交通运行效率，实现两条快速路快-快全互通连接。重点打造彩虹桥景观效果，力争成为地标性建筑、城市名片，提升城市品质。以人为本，打造安全、舒适的慢行交通环境。充分利用既有道路、管线、绿化等设施，并最大程度保证既有道路畅通，同时积极采用新技术、新结构、新材料和新工艺，打造科技创新之路[2]。

(2)设计原则：与相关城市规划、交通规划、市政专项规划相协调。与道路等级、功能需求、规模相适应。确保施工及运营安全，尽量节省投资。技术方案科学先进，功能适用并适度超前。技术方案可实施，可操作，可满足铁路运营安全的各项要求。交通组织方案考虑施工工艺及交通疏解的可行性。尽量减小对既有交通及环境的影响，考虑快速实施可行性。保证功能前提下，尽量利用既有道路设施及空间，减少工程占地。

结合以上设计思路及原则，现状彩虹桥因车道数与前后路段严重不匹配，且已到达使用极限，存在重大安全隐患，故必须拆除新建，但京沙立交建成仅七年，现状桥梁状况良好，只是交通功能不够完善，因此秉承减少投资，节约资源的原则，对该立交进行提升改造。

4 立交节点改造设计方案比选

北三环与京沙快速路同是郑州市“环形+放射”快速路系统中内环的重要组成部分，因此该立交是两条城市快速路交叉节点，是东部新城、主城区、西部新城东西向交通与沿黄片区、主城区、南部新城南北向交通重要的交通联系节点，交通转换需求大，现状北三环-京沙快速路立交为不完全互通立交，受现状彩虹桥断面、跨郑州北编组站条件的限制，只设置了京沙快速路与北三环东向连接的四条匝道，缺少了京沙快速路与北三环西向连接的四条匝道。北三环与京沙快速路分别作为郑州市东西向及南北向的交通大动脉，无法“快快”相接，实现快速交通转换[3,4]。

首先采用传统的“四阶段”模型，通过交通规划软件TransCAD对该节点交通量进行预测，本项目道路等级为快速路，道路设计年限为20年，预计2022年建成通车，预测中期特征年为2032年，远期年限为2042年，见图1。由预测结果分析，北三环—京沙快速路立交节点各方向转向需求均较大，因此结合规划道路规划及交通预测结果，本次设计将北三环-京沙快速路立交改造为直连式+半直连式全互通立交。新增西往南、西往北、南往西、北往西4条匝道，并将京沙快速路高架主路北往南拓宽为三车道。由此提出以下两个方案并进行比选，如表1。

表1 立交方案比较表

图1 交通预测结果

(1)方案一：新建西向北、西向南、南向西、北向西四条匝道，新建立交匝道形式采用直连式及迂回型半直连式，将立交改造为涡轮型枢纽互通立交，除立交南向西、向东与京沙快速路主路出口(匝道-主路连接处)为错开设置外，其余匝道出入口(匝道-主路连接处)均合并设置，出入口(匝道-主路连接处)均采用平行式，设置单车道变速车道。

(2)方案二：同样为新建西向北、西向南、南向西、北向西四条匝道，立交新建两条右转匝道均采用迂回绕行方式，左转采用外转弯半直连式，该案设计思路诣在减小立交西侧进出口驶出驶入角度，同时匝道圆曲线最小半径可提高至80 m，线形指标更加均衡使立交达到较高服务水平。

两个方案立交形式和技术思路基本一致，方案一所采用涡轮半定向互通式立交，虽个别匝道因线形原因服务水平受限，但立交功能基本齐全，用地节省，经济性较高，符合对本节点的功能定位及改造预期，因此推荐方案一作为实施方案。

5 立交改造具体设计

(1)平面设计：匝道平面线形因受现状立交匝道和跨郑州北编组站主桥桥台限制，同时从减少对现状匝道的影响、节约用地、减少拆迁等方便考虑，立交整体尽量压缩东西两侧阔度，降低施工难度，新建匝道均设置在现状匝道上层。右转弯采用直连式，左转弯采用半直连迂回型，北向西右转匝道圆曲线最小半径R=40 m，西向北、西向南、南向西三条匝道最小半径均为R=70 m。

除立交南向西、向东与京沙快速路主路出口(匝道-主路连接处)为错开设置外，其余匝道出入口(匝道-主路连接处)均合并设置，出入口(匝道-主路连接处)均采用平行式，设置单车道变速车道[5]。

(2)纵断面设计：匝道最大纵坡4.5%(C匝道)，最小竖曲线半径凸形采用1 000 m(C匝道)，凹形采用900 m(B匝道)，最小竖曲线长度为47.059 m(A匝道)。

(3)横断面设计：跨郑州北编组站主桥段高架主路设计横断面宽41 m，双向八车道，具体布置为：0.5 m(防撞护栏)+15.5 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)+8 m(两幅桥梁净距)+0.5 m(防撞护栏)+15.5 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=41 m。

北三环-京沙快速路立交区高架主主线设计横断面宽(25+B)m，双向六车道，具体布置为：0.5 m(防撞护栏)+11.5 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)+Bm(两幅桥梁净距，由8 m过渡渐变为0.5 m)+0.5 m(防撞护栏)+11.5 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=(25+B)m。

京沙快速路主路设计横断面宽22.75 m，双向六车道，具体布置为：0.5 m(防撞护栏)+10.75 m(机动车道)+0.5 m(中央防撞墩)+10.5 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=22.75 m。

新建立交匝道设计横断面为：单车道匝道全宽8 m(0.5 m(防撞护栏)+7 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)；双车道匝道全宽10 m(0.5 m(防撞护栏)+9 m(机动车道，含加宽)+0.5 m(防撞护栏)。

6 结束语

随着城市规模的扩大，市政道路的承受压力也愈发繁重，一些既有节点的问题也逐渐凸显，但并不是所有的立交节点都要因功能不完善推倒重来，而节点改造确实存在诸多难点，本篇主要针对于郑州市北三环彩虹桥及京沙立交组合节点改造进行了相关的研究，并且分析了存在的问题以并提出了相应的改造设计方案，希望能够为交通发展提供一定的帮助。