復(fù)雜地形條件下高速公路互通方案選型設(shè)計(jì)

杜艷花

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

S20線為甘肅省“六環(huán)六縱兩橫十八聯(lián)”中的第2橫，同時(shí)也是國(guó)家普通國(guó)道網(wǎng)的第44橫——江蘇啟東至西藏那曲的通道。S20線兩河口至郎木寺高速公路起點(diǎn)位于隴南市宕昌縣兩河口鄉(xiāng)，與國(guó)家高速公路G75蘭海高速渭源至武都段相接，自東向西經(jīng)過舟曲縣、迭部縣、四川省若爾蓋縣至郎木寺與國(guó)家高速公路G0611張掖至汶川高速公路相接。

已運(yùn)營(yíng)高速公路G75在兩河口鄉(xiāng)設(shè)置兩河口互通（一般互通），實(shí)現(xiàn)G75與G345線（二級(jí)公路）的交流轉(zhuǎn)換，方便兩河口鄉(xiāng)及舟曲縣人民出入高速。S20線在兩河口鄉(xiāng)與G75成T型交叉。原G75兩河口互通為一般互通立交，新建S20線，需對(duì)原互通進(jìn)行改造，基于該項(xiàng)目功能及應(yīng)當(dāng)?shù)卣?，改造互通既要?shí)現(xiàn)S20線與G75的交通流轉(zhuǎn)換，又要方便當(dāng)?shù)厝罕姵鋈雰蓷l高速。

1 建設(shè)條件及轉(zhuǎn)向交通量

1.1 建設(shè)條件

項(xiàng)目區(qū)所處的白龍江河谷區(qū)為秦嶺南支西端迭山山脈與岷山山脈交匯疊加地帶，屬國(guó)內(nèi)典型的高山峽谷區(qū)地貌。

S20線為典型的臨江傍山型，路線沿江而設(shè)，與白龍江并行或相交，南北兩側(cè)傍迭山、岷山山脈，溝谷狹窄。該項(xiàng)目?jī)珊涌诙紊礁吖日?，地方道路G345兩側(cè)村莊較密集，要將G75蘭海高速兩河口互通改造為樞紐互通+一般互通功能，基本無(wú)有利地形可用。

圖1 互通布設(shè)條件示意圖

G75蘭海高速兩河口互通段，設(shè)計(jì)速度為80km/h，雙向四車道高速公路，互通范圍內(nèi)主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為2.46%。互通段內(nèi)主線均以橋梁跨越岷江。

1.2 轉(zhuǎn)向交通量

S20線兩河口節(jié)點(diǎn)，既要設(shè)置與G75的交通流轉(zhuǎn)換樞紐，還要設(shè)置與G345線交通流轉(zhuǎn)換的一般互通。

根據(jù)交通量調(diào)查與預(yù)測(cè)，2045年（通車20年后）通過該樞紐的交通量為33 235 pcu/d，舟曲←→武都轉(zhuǎn)向交通量為18 001 pcu/d，其中舟曲至武都方向轉(zhuǎn)向交通量為9 313 pcu/d，武都至舟曲方向轉(zhuǎn)向交通量為8 688 pcu/d；舟曲←→蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量為15 234 pcu/d，其中舟曲至蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量為6 836 pcu/d，蘭州至舟曲方向轉(zhuǎn)向交通量為8 398 pcu/d，遠(yuǎn)景年預(yù)測(cè)交通量詳見圖2，圖中括號(hào)內(nèi)為小時(shí)交通量。從圖中可以看出，舟曲與武都方向?yàn)橹鹘煌?，舟曲與蘭州方向?yàn)榇谓煌?，舟曲至武都方向轉(zhuǎn)向交通量最大，為9 313 pcu/d，舟曲至蘭州方向轉(zhuǎn)向交通量最小，為6 836 pcu/d。根據(jù)遠(yuǎn)景交通量分析，原G75兩河口互通各匝道指標(biāo)滿足樞紐功能[1]，可以完全利用現(xiàn)有兩河口互通匝道作為S20線與G75交通轉(zhuǎn)換樞紐。

圖2 兩河口節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)景交通量預(yù)測(cè)圖（2045年）

結(jié)合路網(wǎng)功能及群眾出行需求，在兩河口節(jié)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)設(shè)置一般互通，實(shí)現(xiàn)S20線及G75與G345線交通流轉(zhuǎn)換，方便兩河口鄉(xiāng)及舟曲舊城群眾的出行。根據(jù)交通量調(diào)查與預(yù)測(cè)，2045年（通車20年后）通過該互通的交通量為9 774 pcu/d，舟曲←→G345轉(zhuǎn)向交通量為3 867 pcu/d，兩河口←→G345轉(zhuǎn)向交通量為5 907 pcu/d，兩河口方向出入該節(jié)點(diǎn)的交通流較大。其中舟曲至G345轉(zhuǎn)向交通量為2 039 pcu/d，G345至舟曲轉(zhuǎn)向交通量為1 828 pcu/d，兩河口至G345轉(zhuǎn)向交通量為2 805 pcu/d，G345至舟曲轉(zhuǎn)向交通量為3 102 pcu/d，設(shè)計(jì)小時(shí)交通量均小于400 pcu/d。

2 方案選型設(shè)計(jì)

重要節(jié)點(diǎn)的方案設(shè)計(jì)不僅影響整個(gè)項(xiàng)目的使用功能及造價(jià)，同時(shí)也影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、周邊環(huán)境及工程可實(shí)施性等，因此，重要節(jié)點(diǎn)應(yīng)對(duì)多種可行性方案進(jìn)行多方案同深度比選，才能比較全面地反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的各方面特性[2]。

既有樞紐互通改造應(yīng)本著利用既有工程和利于保通的原則進(jìn)行考慮，綜合通行能力、行車安全、改造過程、實(shí)施難度等多方面因素?cái)M定最優(yōu)方案[3]。

根據(jù)上述交通量預(yù)測(cè)結(jié)果、S20線形條件及G75構(gòu)造物設(shè)置情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，擬定3個(gè)互通方案進(jìn)行同深度比選。

2.1 方案一 單喇叭+T型互通復(fù)合方案

互通中心樁號(hào)為K0+140，設(shè)于主線K0+256—K0+840范圍內(nèi)。主線最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為-3%，與原兩河口互通間距1 150 m，交織段長(zhǎng)度615 m，滿足復(fù)合式互通設(shè)置條件[1，4]。該方案僅I匝道半徑較小，R=70 m，其余匝道平面指標(biāo)均較高，互通整體平縱面指標(biāo)較高，通行能力較高。

方案一采用迂回T型+單喇叭互通方案，是基于不改變?cè)ネǔ鲂辛?xí)慣，完全利用原收費(fèi)站及管理區(qū)提出的。新建迂回T型互通與原兩河口互通組成復(fù)合互通。方案一見圖3。

圖3 兩河口互通方案一平面圖

該方案完全利用原收費(fèi)站及連接線，平交口位置不變。G、F匝道相當(dāng)于主線的左右幅，最小圓曲線半徑R=700 m，最大縱坡為3%。I、H匝道為擬建項(xiàng)目的出入口匝道，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目與G345線交通流轉(zhuǎn)換。A、B、C、D、E匝道實(shí)現(xiàn)S75與該項(xiàng)目及G345線交通流轉(zhuǎn)換。F、G、H、I匝道共設(shè)6座跨河大橋，對(duì)河道影響較大。G匝道上跨H匝道，需設(shè)1-50 m鋼箱梁橋。

2.2 方案二 A型單喇叭方案

互通中心樁號(hào)為K0+600，位于主線K0+180—K1+260范圍內(nèi)，最小圓曲線半徑為1 000 m，最大縱坡為-2.56%，采用A型單喇叭方案，距兩河口樞紐2 270 m，最小凈距810 m，滿足規(guī)范要求。該方案充分利用地形，采用較低的匝道指標(biāo)，拆除原收費(fèi)站，新建收費(fèi)站，完全利用現(xiàn)有收費(fèi)站管理區(qū)。新建平交口位于原G75蘭海高速兩河口互通平交口東1 100 m處。A匝道AK0+400—AK0+700段挖方較多，最大挖深16 m。需設(shè)置A、C、D、E匝道跨河大橋，且A匝道AK0+200—AK0+350段為D、E匝道的分匯流段，均以橋梁通過，橋墩較密集，對(duì)河道影響較大。

方案二布設(shè)緊湊，B、E匝道分別采用極限最小半徑50 m及一般最小半徑60 m，匝道最大縱坡為3.61%，整體互通平縱指標(biāo)較低。方案二見圖4。

圖4 兩河口互通方案二平面圖

匝道除設(shè)跨河大橋外，其余均以路基通過，且橋梁均按常規(guī)橋型及孔徑布設(shè)即可，互通規(guī)模較小。

2.5 方案三 T型方案

互通中心樁號(hào)為K0+625，設(shè)于主線K0+200—K1+200范圍內(nèi)。主線最小圓曲線半徑R=1 000 m，最大縱坡為-2.56%，與原兩河口互通間距為1 655 m，最小凈距1 050 m，滿足互通設(shè)置條件。該方案采用T型互通方案，是為了減少南側(cè)陡峭山體挖方，以及減小對(duì)白龍江河道的影響。該方案僅E匝道半徑較小，R=60 m，其余匝道平面指標(biāo)均較高，互通整體平縱面指標(biāo)較高，通行能力較高。

方案三將平交口設(shè)于G345南側(cè)，位于原兩河口平交口東890 m處，需拆除原收費(fèi)站，利用原收費(fèi)站北側(cè)路基新建收費(fèi)站，完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)。方案三見圖5。該方案僅D匝道、A匝道需設(shè)置跨河大橋，其他匝道對(duì)河道幾乎無(wú)影響。C、D匝道需上跨主線，需設(shè)置1-50 m鋼箱梁橋。

圖5 兩河口互通方案三平面圖

2.6 方案比選

山區(qū)互通立體交叉的選型設(shè)計(jì)，要綜合考慮山區(qū)環(huán)境的各種控制因素（山高、滑坡、河道狹窄、基本農(nóng)田少、主線指標(biāo)低、橋隧比例高等），在滿足互通功能和技術(shù)指標(biāo)前提下，靈活多變地進(jìn)行互通方案設(shè)計(jì)，多方案、多角度進(jìn)行比選，選出最優(yōu)方案[5]。

方案一～方案三主要技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)模對(duì)比見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)及工程規(guī)模對(duì)比

2.6.1 方案一

2.6.1.1 優(yōu)點(diǎn)

a）完全利用原收費(fèi)站及收費(fèi)站管理區(qū)，最大程度減小工程浪費(fèi)。

b）完全利用原連接線及平交口，不改變周邊群眾的出行習(xí)慣。

c）整個(gè)互通指標(biāo)較高，通行能力高。

2.6.1.2 缺點(diǎn)

a）作為主交通流的F、G匝道需從右側(cè)分合流。

b）匝道及主線幾乎均以橋梁布設(shè)，工程規(guī)模大，造價(jià)高。

c）該方案F、G、H、I匝道共設(shè)6座跨河大橋，對(duì)河道影響較大。

d）交通組織較復(fù)雜。

2.6.2 方案二

2.6.2.1 優(yōu)點(diǎn)

a）完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)，減小工程浪費(fèi)。

b）互通布設(shè)緊湊，橋梁少，工程規(guī)模小，造價(jià)低。

2.6.2.2 缺點(diǎn)

a）A、C、D、E匝道需設(shè)置大橋跨越白龍江，對(duì)白龍江河道影響較大。

b）需拆除原收費(fèi)站，在原收費(fèi)站東側(cè)新建收費(fèi)站。

c）B、E匝道采用最小半徑50 m和60 m，互通整體指標(biāo)較低，通行能力低。

d）A匝道挖方較多，對(duì)自然環(huán)境影響大，容易誘發(fā)不良地質(zhì)災(zāi)害。

2.6.3 方案三

2.6.3.1 優(yōu)點(diǎn)

a）僅E匝道最小圓曲線半徑為60 m，其余匝道指標(biāo)均較高，通行能力高。

b）完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)。

c）利用原收費(fèi)站北側(cè)路基新建收費(fèi)站，節(jié)約用地。

d）完全繞避山體挖方，無(wú)挖方。

e）匝道設(shè)置跨河大橋少，對(duì)河道影響較小。

2.6.3.2 缺點(diǎn)

匝道較長(zhǎng)，橋梁較多，工程規(guī)模較大，造價(jià)較高。

2.6.4 比選結(jié)論

方案一是在原G75高速兩河口互通基礎(chǔ)上，增加該項(xiàng)目與G75的轉(zhuǎn)向匝道，以及該項(xiàng)目的出入口匝道，與原有互通構(gòu)成復(fù)合式互通方案。該方案最大特點(diǎn)是可以完全利用原收費(fèi)站及收費(fèi)站管理區(qū)、原A匝道路基及原連接線與G345平交口，不改變當(dāng)?shù)厝罕姷某鲂辛?xí)慣。但是作為主交通流的F、G匝道需從右側(cè)分合流，且匝道及主線幾乎均以橋梁布設(shè)，整個(gè)互通規(guī)模最大，造價(jià)最高。方案二、方案三為利用原G75高速兩河口互通作為連接該項(xiàng)目與G75高速的轉(zhuǎn)向樞紐，在滿足互通間距的位置新設(shè)該項(xiàng)目的出入口一般互通。其中，方案二為A型單喇叭互通，造型簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，匝道指標(biāo)低，互通通行能力低，規(guī)模最小，造價(jià)最低，但對(duì)河道、山體等自然環(huán)境的影響較大。方案三為T型互通，造型簡(jiǎn)單，指標(biāo)較高，但規(guī)模較大，造價(jià)也較高。方案三完全利用原收費(fèi)站管理區(qū)，在原G75兩河口收費(fèi)站段新建收費(fèi)站，而且設(shè)置跨河大橋少，完全避開山體挖方，對(duì)自然環(huán)境的影響最小。

根據(jù)以上方案綜合比選，方案三作為推薦方案。

3 結(jié)語(yǔ)

a）既有互通改造或新增互通應(yīng)對(duì)既有實(shí)體工程的平縱面線形、路基、路面、橋涵、隧道及收費(fèi)站等進(jìn)行調(diào)查評(píng)價(jià)，結(jié)合工程現(xiàn)狀、新增交通條件、互通間距等對(duì)互通方案的規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)條件、交通組織、功能、安全、環(huán)境和造價(jià)等進(jìn)行綜合論證后，確定互通方案。

b）高山峽谷地形條件下，互通的設(shè)置應(yīng)在滿足功能、安全的同時(shí)，控制互通規(guī)模及工程造價(jià)，以及重點(diǎn)考慮互通布設(shè)對(duì)環(huán)境的影響（填挖方大、滑坡、侵占河道等）。

c）復(fù)雜地形條件下互通方案的確定應(yīng)經(jīng)過多方案比選，在滿足功能及安全條件下，應(yīng)選擇工程造價(jià)低，對(duì)環(huán)境影響小的最優(yōu)方案。