山區(qū)高速公路互通式立交設計方案研究

黃光耀 羅 慧 田 華

(廣西交通科學研究院有限公司 南寧 530007)

隨著我國高速公路建設的蓬勃發(fā)展，目前許多高速公路建設已經(jīng)向山嶺地區(qū)延伸，以解決偏遠山區(qū)城市的交通出行問題。山區(qū)高速公路互通式立交設計受山嶺地區(qū)地形復雜影響[1-3]，存在順層、暗河和溶洞等不良地質條件[4]、地勢高差大、匝道平面線形約束嚴格[5-8]等多種因素的制約。如何在多種制約因素條件下，獲得符合技術標準要求，兼顧車輛運行安全，且能夠節(jié)約工程投資的方案是山區(qū)高速公路互通式立交設計需解決的關鍵問題。

1 實例背景

本文以廣西融水至河池高速公路天河互通設計為實例，分析山區(qū)高速公路互通式立交設計方案研究。廣西融水至河池高速公路是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃修編(2010-2020)》中賀州(靈峰)至隆林(板壩)公路的支線——桂林至河池公路的重要構成路段。項目主線全長105.6 km，設計車速100 km/h，路基寬度26 m。天河互通位于羅城縣天河鎮(zhèn)以南約7公里處，屬于融水至河池高速公路的落地互通，通過新建的天河連接線和祥貝連接線可以分別通達天河鎮(zhèn)和祥貝鄉(xiāng)。天河連接線為二級公路，設計車速60 km/h，路基寬度10 m；祥貝連接線為三級公路，設計車速40 km/h，路基寬度8.5 m。

2 互通設計的制約因素

1) 地形地質條件。融水至河池高速公路位于廣西山字形構造的北部，九萬大山南麓余脈山地丘陵帶，以山地、丘陵、巖溶地貌為主。天河互通區(qū)域主要為巖溶丘陵地貌，地層為石炭系下統(tǒng)不純灰?guī)r間夾碎屑巖，泥質成分較多，碎屑巖夾層較厚。有洼地、漏斗發(fā)育，地下巖溶形態(tài)不發(fā)育。局部山溝、山谷、山間洼地及水田、水塘等地段發(fā)育淤泥質黏土等軟弱土，上部巖石大部分已強風化。

2) 預測交通量。根據(jù)工程可行性研究報告及交通量預測，到2041年，天河互通來往河池方向的交通量為3 601 pcu/d，來往融水方向的交通量為1 917 pcu/d，交通流主次較為明顯。在擬定互通設計方案時，應分清主次，優(yōu)先提高來往河池方向匝道的線形技術指標。根據(jù)以上預測交通流量分布情況，選用單喇叭A型方案更加符合交通量分布情況。

圖1 天河互通2014年預測交通流量分布圖(單位：pcu/d)

3) 平面控制因素。根據(jù)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，互通區(qū)域范圍內(nèi)受東練、馬山腳2個村莊的民房影響，涉及北安小學和東練村飲用水源2處環(huán)境敏感區(qū)， 且東練村東面設置有羅城縣羅氏主墳區(qū)。針對上述平面控制因素，擬定互通式立交匝道平面線形時需重點考慮遠離或者避讓，特別是需要避開北安小學、飲用水源和羅氏主墳區(qū)3個環(huán)境敏感點，降低施工階段征地拆遷的難度。

4) 高差控制因素。天河互通區(qū)域范圍內(nèi)坡高谷深，山坡高程在160～250 m之間；區(qū)域水系發(fā)達，受到天河水位的控制。天河互通位于主線一段約6 km長連續(xù)下坡的底部，高差約為180 m。擬定互通設計方案時，互通范圍內(nèi)主線的縱面線形技術指標應滿足標準規(guī)范和行車安全要求，匝道縱面線形盡量均衡，避免為克服主線和被交路之間較大的高差而采用極限縱坡或拉長匝道長度的情況，且需統(tǒng)籌主線、匝道、收費廣場和收費站管理所的布局，盡量做到互通范圍內(nèi)土石方平衡。

3 互通設計方案對比分析

3.1 方案設計簡述

方案一。采用對向分隔匝道與主線正交的單喇叭A型互通，如圖2所示?；ネǚ秶鷥?nèi)主線沿東練和馬山腳之間山嶺穿過，主線樁號范圍為K68+100-K69+700，建設里程為1.6 km。主線平面線形為卵形曲線，小圓曲線半徑R=1 100 m，大圓曲線半徑R=1 375 m，卵形曲線的緩和曲線參數(shù)A=812 m；主線縱斷面設計標高在175～218 m之間。A匝道沿自然山溝布設，下穿主線； B匝道(半直連式)和C匝道(環(huán)形，R=60 m)2條左轉匝道布設于東練村以南約400 m地勢較為平坦的區(qū)域。E匝道為天河往河池的右轉匝道，最小半徑為100 m，最大縱坡為3.8%，接近極限值。由于融水方向主線的標高較高且縱坡較大，導致融水往天河方向的右轉D匝道需克服的高差多達27 m，匝道長度達965 m，最大縱坡為4%，達到規(guī)范要求的極限值。收費站管理所設置于A匝道右側，占地面積6 000 m2。

圖2 天河互通方案一平面圖

方案二。采用對向分隔匝道與主線斜交的單喇叭A型互通，如圖3所示。

圖3 天河互通方案二平面圖

針對方案一主線和被交路高差大且2條左轉匝道填方較高等問題，方案二優(yōu)化了主線越嶺路段的平縱面線形，將互通范圍內(nèi)的主線整體設計標高降低約8 m， 同時優(yōu)化被交路天河連接線的平縱面線形，抬高連接線的標高約5 m，縮短D匝道的長度且降低其最大縱坡值，另外將交叉點位置將東側移動約400 m，將2條左轉匝道設置于3個山包的區(qū)域，減少路基填方高度。

方案二主線樁號范圍為K68+180-K69+360，建設里程為1.18 km。主線平面線形為單圓曲線，圓曲線半徑R=1 100 m；主線縱斷面設計標高在183～210 m之間。A匝道沿東面山坡向東南方向布設，斜交下穿主線； B匝道(半直連式)和C匝道(環(huán)形，R=60 m)2條左轉匝道布設于馬山腳村西面約500 m山坡區(qū)域。右轉匝道E匝道最小半徑為100 m，最大縱坡為2.99%。由于主線和被交路線形的優(yōu)化調(diào)整，D匝道需克服的高差縮小約11 m，匝道長度縮短為655 m，最大縱坡降低為3.5%。

3.2 方案優(yōu)缺點對比分析

方案優(yōu)缺點對比分析見表1。

表1 天河互通方案優(yōu)缺點對比

3.3 主要工程量對比分析

天河互通方案主要工程量對比見表2。

表2 天河互通方案主要工程量對比

根據(jù)上述2個互通方案的優(yōu)缺點和主要工程量對比，方案二在匝道平縱面線形布設更加合理，線形技術指標更高，行車安全性更好，能夠與地形地勢條件相結合，充分做到順勢而為、因地制宜，且在工程投資更加少，因此推薦采用方案二作為天河互通立交設計方案。

4 結語

山區(qū)高速公路具有地形地質條件差、自然高差較大、平縱面線形控制較為嚴格等特點，山區(qū)高速公路互通式立交作為高速公路項目的重要節(jié)點工程，方案的合理與否直接影響到后期施工難度和運營安全。

在設計階段應充分調(diào)查沿線的主要控制因素，匝道平面線形應根據(jù)地形地勢條件進行布設，減少高填深挖；縱面線形方面需要處理好主線與匝道、主線與被交路之間的高差關系，避免采用極限縱坡；另外應從工程投資、施工難度、征地拆遷協(xié)調(diào)難易程度和后期運營車輛行駛的安全性等多方面進行多方案比選，盡可能做到不遺漏任何有價值的互通方案，推薦方案需要滿足工程可行性和經(jīng)濟合理性。