兰海高速公路石湾枢纽互通改扩建设计方案研究

张洪辉

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

随着经济社会的发展，建设年代较早的部分高速公路车流量越来越大，已经达到或超过其设计通行能力，不能适应经济社会发展的需要，改扩建已成为当前众多干线高速公路通行能力提升的重要手段，而枢纽互通的改扩建更是高速公路改扩建的关键控制性工程。枢纽互通改扩建方案的成败，将直接影响到整个改扩建项目的成败。

1 互通式立交改扩建主要方式

互通式立体交叉扩建的方式主要有原位扩建、原位改建和移位重建3种方式，根据现场地形地貌情况及改扩建后的交通需求，因地制宜地进行选择，也可以是以上3种基本方式的组合。

1.1 原位扩建

原位扩建就是在现状立体交叉的基础之上，局部改造部分匝道，立体交叉的位置基本不变[1]。该方式具有节省占地和新增用地数量少的优势，基本不调整原道路及交叉的路基、桥梁平纵参数，尽量多地利用原有结构，投资低、工期较短，是目前改扩建施工中应用最广泛的方式。但原位扩建受原位立体交叉的约束过多，改造灵活性低，设计指标提高困难，有时难以实现改扩建目标，且施工对原有交通影响较大，匝道平、纵面设计的灵活性较低，其几何设计指标提高困难，甚至会低于现状水平，施工期间交通受影响较大。

1.2 原位改建

原位改建保留互通原有位置不变，改造互通形式以及匝道设计参数等方面[2]。若互通的远景转向交通量高于当前的交通量，现状难以满足将来的交通量要求，必须提高设计标准时，该方法比较适用。原位改建可部分利用原有用地和结构物，在不对道路进行大规模调整的情况下，使匝道平、纵面设计灵活性得到较大的提高，但工程费用也相应增大，且施工期间对交通的影响较大。

1.3 移位重建

移位重建是由于周边路网结构或者主要交通需求发生重大变化，原位扩建或原位改建均不能满足未来交通量的需求，必须在附近新建一个立体交叉取代原有交叉以满足该地区将来的交通要求[3]。移位重建类似于新建立体交叉，可以不受原有工程的约束，根据新的地形条件和交通需要进行互通方案设计，但造价较高，工期较长。

2 石湾枢纽互通改扩建设计

2.1 项目概况

兰州至海口高速公路中广西南宁至钦州段、钦州至防城港段和钦州至北海段为《国家公路网规划(2013—2030年)》“7射、11纵、18横”主干线中兰州至海口(G75)高速公路的重要组成部分。兰海高速公路钦州至北海段于2000年10月建成通车，至今已运营20年。为满足日益增长的交通需求，需对既有的四车道高速公路进行改扩建，两侧各拼宽两条车道后成为双向八车道的高速公路。

石湾互通位于合浦县东北面约10 km的沙朗村附近，是兰州至海口高速公路与北海支线(贵港至合浦高速公路即三江至北海高速公路)相交而设置的枢纽互通立交，现状为带集散道完全苜蓿叶形互通式立体交叉，主线下穿。被交路为双向四车道高速公路，路基宽26 m，内环最小半径为60 m，右转弯车道采双车道匝道，其余环形为单车道匝道。目前该互通已不能满足南宁来往北海方向的交通量，需要调整互通型式，提高该方向交通流量，改为半连式匝道。

2.2 石湾互通交通量分析

根据交通量预测，2042年北海来往南宁方向交通量为7 036辆/d，折算小时交通量为880辆/h，为主交通流方向，如下页图1所示。

图1 石湾互通交通量预测图(辆/d)

互通所在地形为平原丘陵地形，相对高差一般在30 m内，根据交通量大小分布及外业调查分析，充分利用原互通立交范围进行扩建。经调查，现状石湾互通主要存在以下问题：

(1)北海往南宁方向为主交通流方向，B匝道、F匝道与G匝道出入口均为小间距汇流分流出入口，出口不够明确，行车交通诱导不够清晰。

(2)交通量主交通流方向B匝道出入口均为单车道，未能解决该方向交通拥堵的问题，需要改建为双车道双出入口，增加辅助车道。

(3)施工阶段交通组织难度大且西南象限拆迁量较大。

2.3 改扩建设计思路

石湾枢纽互通立交作为兰海高速公路连接三北高速公路及北海支线的重要枢纽工程，是钦北地区交通的重大节点，其改扩建有着牵一发而动全身的影响，改扩建方案的设计，必须着眼于尽量满足交通量发展的需求，同时尽量避免对原有道路的干扰。以工可互通方案为基础，结合施工组织和施工保畅通方面考虑，现拟定两个互通方案。

2.3.1 方案一

石湾枢纽互通式立体交叉方案一(见图2)，根据预测主交通量方向，拟定采用“单环+外转弯”半定向形枢纽互通立交。本方案对石湾互通的B、D、F、H这4个右转匝道均废弃拆除重建，对A、C、G这3个左转方向(北海—南宁、湛江—北海、贵港—湛江)采用半定向匝道，新建匝道桥采用全钢箱梁的上部构造形式，减少对原有交通的影响，原有匝道废弃拆除，对E匝道(南宁—贵港)原位扩建。

方案一(图1)共设8条匝道，各匝道设计速度及路基宽度划分较为复杂，具体设计方案如下：

(1)A、B、C、D匝道为双出入口的单向双车道匝道，设计速度为80 km/h。A匝道起点至与D匝道分流前、B匝道与C匝道合流后至B匝道终点前右侧硬路肩采用3 m，标准路基宽度采用13 m，A、B匝道其余部分及C、D匝道右侧硬路肩采用1 m，标准路基宽度采用11 m。

图2 石湾互通改造方案一平面设计图

(2)受房屋征拆的情况限制，E匝道保留原有环形左转匝道的形式不变，原位进行扩建，采用单车道匝道，设计速度为50 km/h。E匝道从原三北高速公路跨本项目主线桥的边跨下穿北海支线(三北高速公路)，需对部分原桥梁锥坡进行开挖，加建挡墙。为了减少对原有桥梁锥坡的开挖宽度，E匝道在下穿三北高速公路的桩号路段硬路肩采用3 m，路基宽度为9 m，其余路段硬路肩采用4.5 m，路基宽度为10.5 m。

(3)F匝道采用单车道匝道，设计速度为80 km/h，路基宽度为10.75 m。

(4)G匝道采用单出入口的双车道匝道。G匝道与F匝道相邻路段设计速度为80 km/h，标准路基宽度为11 m，其余路段设计速度采用60 km/h，标准路基宽度为10.5 m。

(5)H匝道采用单出入口的双车道匝道，设计速度为80 km/h，标准路基宽度为11 m。

(6)原三北高速公路上跨本项目主线的旧桥上构为先张法预应力混凝土空心板，跨径为(16+25+25+16) m，桥面净宽为单侧18.55 m。本方案拟完全利用该桥，E匝道从该桥南侧边跨下穿越。由于E匝道下穿原旧桥处，为了尽量减少对旧桥锥坡的开挖，E匝道尽量向左靠，其左侧路基边缘线与旧桥桥墩的边缘线齐平，可避免拆迁三北高速公路跨线桥，最大程度降低对高速公路正常运营的影响。

本方案共计拆除3条左转环形匝道，新建3座匝道桥。其优点是道路线形指标较高，主要转向交通流方向顺适，各匝道施工时对原有匝道影响较小。同时，避免了对三北高速公路(北海支线)上跨兰海高速公路主线桥的拆除重建，社会效益较好；缺点是桥梁工程量大，全钢箱梁的上部构造虽然能节省工期，但造价较高。

2.3.2 方案二

石湾枢纽互通式立体交叉方案二(见图3)，根据预测主交通流方向，拟定为采用对称“双环+外转弯”半定向形枢纽互通立交。与方案一的本质区别在于设置了集散道(J匝道)，G匝道由半定向匝道改为环形匝道。

图3 石湾互通改造方案二平面设计图

石湾互通方案二共设9条匝道，各匝道设计速度及路基宽度划分较为复杂，具体设计方案如下：

(1)A、B、C、D匝道采用双出入口的单向双车道匝道，设计速度为80 km/h。A匝道起点至与D匝道分流前、B匝道与C匝道合流后至B匝道终点前右侧硬路肩采用3 m，标准路基宽度采用13 m。A、B匝道其余部分及C、D匝道右侧硬路肩采用1 m，标准路基宽度采用11 m。

(2)E、G匝道采用单车道匝道，设计速度为50 km/h，路基宽度为10.5 m。两匝道及集散道从原三北高速公路跨本项目主线桥的边跨下穿北海支线(三北高速公路)，需对桥梁边跨进行拆除重建或重建桥台。

(3)F、H匝道采用单出入口的双车道匝道，设计速度为80 km/h，标准路基宽度为11 m。

(4)集散道(J匝道)与B匝道分流前及与D匝道合流后设计速度采用80 km/h，标准路基宽度为11 m；其余部分设计速度采用60 km/h，标准路基宽度为10.5 m。集散道(J匝道)及E、G匝道从原三北高速公路跨本项目主线桥的边跨下穿北海支线(三北高速公路)，需对桥梁边跨拆除重建或重建桥台。

本方案共计拆除两条左转环形匝道，新建两座匝道桥，对两条左转环形匝道进行原位扩建。其优点是桥梁工程量较小，造价较方案一低。缺点是由于集散车道J存在交通流的交织，在安全性上存在一定隐患。另外，由于该集散车道的两个环形匝道均保留，现在三北高速公路(北海直线)的上跨桥桥下净宽不足，同时桥面宽度也不能满足G匝道与三北高速公路交汇的要求，故需对上跨桥的边跨进行拆除新建，施工工期长，对原有交通影响较大，社会效益较差。

2.4 方案比选

(1)从工程规模比较：方案一平纵面指标较高，施工期间能保畅通，缺点是匝道桥梁长度为2 103.28 m，比方案二增加560 m；方案二桥梁长度短，但是集散车道从旧桥下穿，需对桥梁锥坡进行拆除。从工程规模分析，方案一的工程规模比方案二的工程规模大。

(2)从识别视距方面比较：方案一的匝道与主线未存在交通交织，行车安全性好。方案二的匝道与主线集散车道位置存在交通交织，对行车存在安全隐患。从安全方面考虑分析，方案一比方案二行车安全。

(3)从施工期间对运营方面的考虑：方案一可完全利用三北高速公路桥梁，不需要拆除重建处理。方案二需要拆除桥梁重建边跨，会影响到桥梁的安全性，对原有交通造成重大影响，对施工期间保畅通交通组织难度大，即对兰海高速公路、三北高速公路运营存在影响较大，降低了高速公路服务水平。从施工期间保畅通方面分析，方案一比方案二优越，有利于加快施工进度，避免该重要节点的交通拥堵。

(4)总体评价推荐：方案一对沿海高速公路交通运营干扰较小，匝道与主线未存在交织区域，行车安全性较高。该互通方案以安全性和施工期间保畅通为主，故推荐方案一。

3 结语

本文综合对比两个方案的优缺点后，对石湾枢纽互通的改扩建推荐方案一。同时，考虑到匝道桥全钢箱梁的上部结构形式造价较高，且钢箱梁的吊装对场地要求也较高，在互通场地内部分桥跨大型履带吊和运输车辆无法进入，故建议3座匝道桥仅在上跨兰海高速公路主线、三北高速公路及北海支线的位置采用钢箱梁，其余桥跨可采用现浇预应力混凝土箱梁，以节省造价。