互通立交线形设计与数据处理技术探究

2024-01-26李怀兵

北方建筑 2023年6期

李怀兵

（兰州乾元交通规划设计咨询有限公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

随着社会经济不断发展，我国相关部门愈发重视桥梁工程的建设工作，并制定相关政策，以保证桥梁工程完成预期施工任务。互通立交作为我国公路交通体系的重要环节，能有效解决道路拥堵问题。制定健全的交叉设计方案，能提高规划设计的科学性，进一步优化区域交通运输状况，促进当地经济实现可持续发展。但从目前道路交通情况来看，随着城市化发展进程加快，我国互通立交规模和种类呈现逐年递增的趋势，且设计技术在持续更新。为了充分发挥互通立交线形设计作用，本文在传统施工设计方法的基础上应用融合数字化技术，促使设计方法向智能化方向发展，以保证设计方案具有较强的可行性，从而提高互通立交线形设计的效果。

1 工程概况

夏官营互通立交位于甘肃省榆中县夏官营镇，距离榆中县县城约13.5 km，距离北绕城高速出入口1.1 km。立交布设于宛川河两侧阶地，本项目立交是与北绕城高速立交相接的枢纽立交，主交通方向为定西至河口。该立交位置的选择直接影响着高等级公路缓解和分散交通的能力，将促使区域内交通体系重组并发生重大变化，对沿线经济开发和人民群众出行具有重大影响，也关系到公路本身的使用功能[1]。

2 互通立交线形设计分析

2.1 主线设计情况

该枢纽立交区主线设计速度80 km/h，路基宽度25.5 m，采用双向4 车道一级公路标准，主线平曲线最小半径R=800 m，最大纵坡2.1%；夏金公路设计速度40 km/h，路基宽度8.5 m，采用2 车道二级公路标准，平曲线最小半径R=500 m，满足互通立交布设要求[2]。

2.2 匝道设计

1）匝道平纵面设计

该枢纽立交匝道设计速度40 km/h，匝道平曲线最小半径R=60 m，拟定立交区主线采用匝道A，B，C，D，E 形式分别与本项目主线对接；匝道最大纵坡3.85%，立交匝道各项技术指标满足《高速公路互通式立交匝道设计规范》要求，车流可以快速转换，服务水平较高，详细技术指标见表1。

表1 夏官营枢纽立交技术指标表

2）变速车道设计

在夏官营枢纽立交加、减速车道设计过程中，最常用单车道平行式和单车道直接式，应严格遵循公路立体交叉设计要求。其中匝道B 采用单车道平行式，加速车道长240 m；匝道C 应用单车道直接式，减速车道长124 m；匝道D 采用单车道直接式，减速车道长142 m；匝道E 采用单车道平行式，加速车道长180 m。该项目上部结构采用连续钢箱梁和现浇普通钢筋混凝土连续梁，箱梁环节使用普通钢筋混凝土箱梁和直腹板设计，底板和顶板坡度并无明显差异。桥梁平面交叉于圆曲线上，其纵面在凹曲线位置，其上坡段和下坡段坡度指标为2.35%和-3.5%。在设计中，工作人员设置了一个门形支架，高度为100 cm，下方净高500 cm，在第三联匝道C 桥梁和匝道B 桥梁上全部使用普通钢筋混凝土现浇箱梁结构，其设计施工技术和第一、第二联并无明显差异性，但在桥梁平面设计参数上存在严重差距，其中匝道B 桥梁平面相交于K=1 300 m，T=240 m 圆曲线上，上坡段和下坡段坡度指标为2.56%和-3.42%。K和T分别表示匝道B 桥梁和圆曲线相交的两个点。

3）匝道横断面设计

该互通立交匝道A 断面（一）采用双向4 车道，匝道路基宽度23.5 m，2 m×0.75 m 土路肩；立交匝道A 断面（二）采用对向分隔式双车道匝道，路基宽度16.5 m，2 m×0.75 m 土路肩。该互通立交桥梁的上部结构为预应力混凝土连续箱梁，箱梁环节采用直腹板结构，配置三相室内断面和高度2.2 m 梁，保证其底板、顶板和路线横坡基本相同。同时，在箱梁顶部现浇C40 混凝土，混凝土厚度为6 cm，桥面铺筑10 cm 厚的沥青混凝土。桥梁上部结构利用平面杆进行设计，通过专业软件计算结构内力匝道B，C，D，E 采用单向单车道匝道，路基宽度9.0 m（见图1）。

图1 匝道横断面设计（mm）

2.3 路基路面设计

1）一般填方边坡设计

路基填方边坡坡率是根据行业规范要求，如路基填料种类、边坡高度和基底工程地质条件、水文条件等，合理控制确定路堤边坡坡率。当边坡高度H≤10 m 时，采用1∶1.5 一坡到底的直线边坡；当10 m＜H≤20 m 时，采用折线形边坡；当H＞20 m 时，边坡形式通过稳定性计算确定，按高填路堤进行专项设计。本合同段路基最大填方边坡高度55.5 m。

2）挖方路基边坡设计

根据沿线挖方路段的岩土情况，边坡设计以安全为原则，兼顾环保和景观要求，同时借鉴类似项目的成功经验。本合同段工程地质及水文地质条件差异性较小，挖方边坡均为黄土。通过稳定性分析计算，为确保路基开挖后边坡稳定，经综合比较，采用坡率如下：当H＜10 m 时，采用直线型边坡，坡率1：1.25，边坡采用植草灌绿化；当10.0 m≤H＜30.0 m时，第一级边坡高6 m，采用1∶1 边坡坡率，空心六棱块植草防护，二级及二级以上边坡采用陡坡宽台，每级边坡高4 m，坡率1∶0.5，每级平台宽均为2.5 m，挖方平台采用植树绿化；当H≥30.0 m 时，按深挖路堑专项设计，边坡采用台阶式设计，第一级边坡高6 m，采用1∶1 边坡坡率，空心六棱块植草防护，二级及二级以上边坡采用陡坡宽台，每级边坡高4 m，坡率1∶0.5，边坡中部加设宽平台，其余每级平台宽2.5 m[3]。

3 互通立交数据处理技术分析

3.1 采集互通立交线形设计中的基础数据

①图形分幅。对互通立交线形施工图纸进行分幅处理，是采集互通立交线形设计结构数据的基础。因此，工作人员应严格遵循分类分幅原则，将特征相同的施工设计图纸统一分类，标注施工设计图纸名称，精准采集互通立交语义描述数据，结合数据内容优化各种类型互通立交施工图纸。②图层映射。通过利用图层映射技术提高数据采集效率，掌握互通立交线形施工设计图纸上的基础数据。在确保图纸分幅操作科学的基础上，将分类后的涂层名称和互通立交线形设计结构数据进行对比，准确收集到语义描述数据，根据实际数据采集要求，对映射后的图形进行分类命名，给采集互通立交线形设计结构特征提供丰富的数据资源[4]。

3.2 互通立交线形设计结构定位数据采集

在设计互通立交线形时，注重施工设计图纸的定位轴线是保证互通立交线形设计结构定位数据准确性的前提。在采用线段平行法进行收集互通立交线形设计结构几何数据时，应规划结构几何形态的平行关系，将平行线进行排序，有利于采集线形设计结构几何形态的平行等距线。在处理互通立交线形设计结构中的二维平面投影后，根据线段平行关系科学划分投影分组，根据从远到近原则排序平行线交点。应在确保轴线定位正确的基础上，开展互通立交线形设计结构定位数据采集工作，规范定位轴线交叉点，将其作为图纸分幅的主要依据，实现互通立交线形设计图纸分幅工作。

3.3 互通立交线形设计结构几何数据采集

在采集互通立交线形设计结构几何数据时，应根据定位轴线属性特征，还原互通立交平面施工图中的互通立交线形设计结构的底部结构，采集其标高数据，根据还原后的互通立交线形设计结构几何形态，在三维空间上实现互通立交线形设计结构的几何数据采集工作。

本文利用互通立交线形设计结构几何数据表达形式进行采集分类。在采集互通立交线形设计结构的几何数据时，应以线段平行和拓扑闭合特征为基础，合理规范采集方法[5]。同时，计算线段斜率，对比不同斜率数据，将相同斜率线段控制在相同分组，避免互通立交线形设计结构数据采集受到外在因素影响，加强几何数据在互通立交施工设计图的识别度，为后期收集互通立交线形设计结构平行线打下坚实的基础（见图2）。

图2 互通立交线形设计结构几何数据的采集方法示意图

在完成互通立交线形设计结构基础数据采集工作后，需对采集结果进行分类处理和数据重建等工序。针对数据采集结构，严格遵循设计标准，确定采集结构间的关联性，全面分析采集结构，保证采集结构的合理性[6]。

3.4 建立数据库，处理互通立交线形设计数据

在互通立交线形设计结构基础数据采集作业完成后，应对分类采集结果进行数据重建，通过建立互通立交线形设计数据库，进一步处理结构数据。而构建数据库作为完善互通立交线形设计结构数据处理工作的重要环节，保证施工单位能优化数据结构。同时，施工单位可建立互通立交BIM 数据处理平台，通过平台全程处理互通立交线形设计数据。但由于受到互通立交线形结构数据处理结果影响，工作人员不能将其直接导入到Access 数据库中[7]，因此，应将互通立交线形结构以BIM 数据为基础，通过数据提取、程序编译等操作方法，将互通立交线形结构数据处理结果应用到Access 数据库表格内，对线形结构数据采集结果进行编号处理（见图3）。

在使用Access 数据库时，应处理互通立交的线形结构数据，将相关数据应用到互通立交维护中。同时，细化互通立交线形结构重要环节的数据提取流程，根据其几何属性特征进行编码处理，实时监控互通立交的关键构件质量，通过Access 数据库实时处理监测数据，以数据采集阶段记录的数据为基础，开展数据匹配操作行为，如果互通立交关键构件实时监控数据和记录数据间差距较大，Access 数据库应标红并处理异常数据，及时提醒工作人员检查构件质量，提高互通交通线形设计的可靠性[8]。