徐明高速(贾汪—睢宁段)大许枢纽互通立交方案比选
2023-06-10段新宇
段新宇
(中交公路规划设计院有限公司江苏分公司,江苏南京 210012)
1 工程概况
徐明高速(贾汪—睢宁段)是《江苏省高速公路网规划(2017—2035 年)》的“十五射六纵十横”中“纵六线”的组成部分[1],是徐明高速的北延。起点位于京台高速苏鲁省界以南约3.4km 处,终点位于淮徐高速与徐明高速交叉处的睢宁西枢纽,路线全长63.697km。全线采用双向六车道的高速公路标准,设计速度120km/h,路基宽度34.5m。
大许枢纽位于大许镇的东南侧,是徐明高速与连霍高速交叉设置的枢纽型互通,与其两侧的东探、八义集互通的互通间距分别为5.5km 和6.5km。
2 交通量预测
大许枢纽2044 年交通量预测结果如图1 所示。互通主要转向交通流为枣庄↔连云港方向和明光↔徐州方向,交通量分别为11754pcu/d 和10685pcu/d;次要转向交通流为枣庄↔徐州方向和明光↔连云港方向,交通量分别为8548pcu/d 和6384pcu/d。
图1 大许枢纽交通量预测结果
3 主要控制因素
通过对路网、交通量及互通的布置条件分析,大许枢纽主要控制因素如下。
3.1 基本农田及村落
大许枢纽周边以耕地为主,主要种植小麦、玉米等作物。枢纽的西北、东北、西南象限均有村庄分布,以1~2 层平房为主。匝道布设时,应尽量节约用地,减少对耕地的占用,减少村落房屋的拆迁。
3.2 连霍高速
连霍高速为双向四车道高速公路,设计速度为120km/h,路基宽度28m。为了减少远期连霍高速改扩建时大许枢纽的改造,根据省高网规划,需预留连霍高速远期八车道拓宽改造条件。
3.3 房亭河及房亭河特大桥
房亭河位于连霍高速南侧320m,是集防洪、排涝、输水、航运为一体的综合性河道,规划航道等级为Ⅴ级,净空尺度为55m×5m,河两侧250m 为清水通道维护区。桥址处水面宽度约为50m,为满足通航、防洪以及不得设置涉水墩的要求,主线设置68m+105m+68m 的桥梁跨越河道。在布设匝道时,应减少对跨越房亭河特大桥以及房亭河航道的影响。
4 互通方案
结合互通的功能定位、交通量以及控制因素,共提出3 种方案比选:单环式变异苜蓿叶方案、对角象限双环式变异苜蓿叶方案和双T 形方案。
4.1 单环式变异苜蓿叶方案
该方案(见图2)中右转弯匝道采用的均是直连式匝道形式。主转向交通流枣庄↔连云港和徐州↔明光的左转匝道均采用的是半直连匝道,设计速度采用60km/h。枣庄↔徐州的左转匝道同样设置了半直连匝道,设计速度60km/h。连云港↔明光的左转匝道设置了环形匝道,设计速度采用40km/h。
图2 单环式变异苜蓿叶方案平面图
由于连霍高速与房亭河距离较近,转向匝道不可避免地侵入房亭河特大桥。为减少变速车道对桥梁的影响,降低结构设计难度,节约投资,将明光↔徐州的匝道鼻端设置于房亭河特大桥的边跨,同时压缩匝道布置,减少对耕地的占用及村落的拆迁。该方案仅主线桥跨越房亭河,主桥左、右幅根据布置加减速车道的需要,均按结构加宽设计,采用挂篮悬臂浇筑。
4.2 对角象限双环式变异苜蓿叶方案
由于枣庄↔徐州的转向交通流较小,单环式苜蓿叶方案采用了标准较高、规模较大、造价较高的半直连匝道,该方案则采用与交通量相匹配的对角象限双环式变异苜蓿叶方案(见图3)。较上一方案,调整枣庄↔徐州的左转匝道为环形匝道,设计速度采用40km/h。由于东南象限设置了环形匝道,此象限用地有所增加,为满足明光↔徐州的左转匝道与高速主线的分流连接部指标要求,需在跨房亭河前分流,增加一座匝道跨房亭河桥梁。该方案主线和匝道2 次跨越房亭河,右幅主桥根据加速车道的需要,按结构加宽设计,左幅不加宽。明光↔徐州的左转匝道跨越房亭河,主桥跨径为60m+100m+60m,桥宽10.5m。
图3 对角象限双环式变异苜蓿叶方案平面图
4.3 双T 形方案
由于前两个方案跨越房亭河的主桥均需要根据变速车道的布置,进行结构加宽,桥梁规模较大,设计、施工均较为复杂,且该互通远景年转向交通量适中,故拟定了双T 形方案(见图4)。该互通的主转向交通流为枣庄↔连云港,将互通布置在东北象限可缩短主交通流的绕行距离。该方案匝道设计速度均采用60km/h,所有匝道均采用单车道出入口的双车道匝道,断面宽度10.5m。该方案跨越房亭河主桥不加宽,大跨径桥梁结构规模最小。
图4 双T 形方案平面图
双T 形方案利用主线及被交路的2 个T 形互通和共用的主匝道,将所有转向匝道归并在一起,有效减少了占地,减小了工程规模。主匝道将各方向通行的车辆汇集到一起,不可避免地造成各转向交通流在主匝道有限的空间内交织运行。由于交织运行会影响行车速度,致使匝道的运行速度降低,降低服务水平。因此,需要对该方案的交织区服务水平进行计算,以验证方案的可行性。
该方案的主匝道交织段长度东侧和西侧分别长310m 和380m,参照《公路通行能力手册》[2]中交织区运行模型,结合该项目预测交通量数据,选取交织长度较短的东侧进行验算。交织区的结构形式和交通流量主要参数如图5 所示。
图5 交织区结构形式及主要参数
4.3.1 交织区交通运行参数
交织区长度L=310m,交织车道数N=2。
4.3.2 计算交通流率
交织区出入口的A-C 交通量QAC=463pcu/h,AD 交通量QAD=277pcu/h,B-C 交通 量QBC=371pcu/h,B-D 交通量QBD=510pcu/h。
交织段内的交织流率:QW=QAD+QBC=277+371=648(pcu/h)
交织段内中的非交织流率:QNW=QAC+QBD=463+510=973(pcu/h)
总交通流率:Q=QW+QNW=648+973=1621(pcu/h)
交织流量比:QR=QW÷Q=648÷1621=0.3998
汇出流量比:DR=QAD÷QW=277÷648=0.4275
4.3.3 交织区换道特征
由于A→D 和B→C 都需要1 次车道变换,可知LCAD=LCBC=1,交织车道数NWL=2。
4.3.4 交织区最大交织长度
LMAX=1746×(1+QR)1.6-477×NWL=2036(m)
交织区长度L 小于最大交织长度LMAX,可按交织区进行通行能力分析。
4.3.5 最小换道次数
LCmin=(LCAD×QAD)+(LCBC×QBC)=648
4.3.6 计算交织区通行能力值
CIWL=C0-495.6×ln(1+QR)-ln(1+DR)+0.05×L-60.38×N=1528(pcu/h)
CW=CIWL×N=3056(pcu/h)
4.3.7 交织区负荷度
V/C=Q÷CW=1621÷3056=0.53
4.3.8 计算交织区运行速度
非交织车辆换到判别指数:INW=(L×ID×QNW)÷3048=98.96
交织车辆换道次数:LCW=LCmin+0.706×[(L-90)0.5×N2×(1+ID)0.8]=720
由于INW≤1300,故非交织车辆换道次数LCNW=0.206×QNW+1.778×L-192.6×N=366
交织区车辆换道次数:LCALL=LCW+LCNW=1086
交织区交织强度:WI=0.78×(LCALL÷L)0.229=1.04
交织车辆实际行驶速度:VW=24+(VAC-24)÷(1+WI)=46(km/h)
非交织车辆实际行驶速度:VNW=VAC-0.0562×LCMIN÷(NWL×L)-0.0176×Q÷N=54(km/h)
交织区车辆实际行驶速度:V=(QW+QNW)÷(QW÷VW+QNW÷VNW)=51(km/h)
通过查表可知,双T 形方案的主匝道交织区计算交织区负荷度为0.53,速度差值为29km/h,属于二级三等服务水平。因此,该方案交织段长度满足通行能力的要求,设计方案是合理可行的。
4.4 方案比选
方案一单环式变异苜蓿叶方案仅一条环形匝道,交通适应性较高,与方案二对角象限双环式变异苜蓿叶方案相比,仅主线跨越房亭河,大跨径桥梁结构规模较小,经济性指标适宜,但跨房亭河主桥需加宽设计,主桥规模较方案三双T 形方案大,美观性较差。
方案二的互通形式与交通量相匹配,占地较方案一小,但主线、匝道分开跨越房亭河,对通航不利,同时大跨径桥梁结构规模大,经济性指标不适宜。
方案三跨房亭河主桥不加宽,桥梁规模最小,桥型结构简单,施工方便,互通规模小,造价低,但主匝道存在交织,交通量大时,影响通行效率。同时,合流后的车辆在分流前容易产生行车方向选择的困惑,造成误行,存在安全隐患。并且,除主转向交通流外,其余方向绕行路径较长。
经综合考虑,方案一交通适应性强,经济性、桥梁结构及规模、征拆影响范围等均具有优势,因此推荐方案一。各方案技术经济指标见表1。
表1 技术经济比较表
5 结语
枢纽互通的设计及选型对充分发挥路网功能起着决定性的作用,是高速公路设计的重要内容。设计中,除了要考虑具有完善的交通转换功能和较高的服务水平外,还要通过分析控制因素,因地制宜地布置互通方案,进行多方案的论证比选,结合重要工点影响程度、工程规模、占地面积、工程造价及安全性等因素,最终选择合理的枢纽互通方案。