鄭州市西四環(huán)-渠南路城市互通立交方案設(shè)計(jì)

付光耀

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518029)

1 城市立交方案選取原則

1.1 充分考慮建設(shè)條件的局限性

立交一般位于城市交通網(wǎng)絡(luò)的出入口位置，其主導(dǎo)著城市整體規(guī)劃發(fā)展的大方向，同時(shí)也受到交通運(yùn)輸流量的影響。究其根本，交通運(yùn)輸建設(shè)需要為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、文化交流提供持續(xù)、穩(wěn)定的支持，而立交在空間上起著分割的作用，能夠?qū)⒔煌ㄟ\(yùn)輸劃分為若干個(gè)不同的區(qū)間，若方案選擇不合理則很容易導(dǎo)致路網(wǎng)運(yùn)載能力下降，也會(huì)對(duì)建設(shè)沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)影響。此外，城市道路沿線的構(gòu)筑物密度一般較高，形成空間上的相互擠壓，這也為互通式立交的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的限制。

1.2 充分考慮慢行交通的影響

互通式立交不僅能夠緩解道路交叉位置的交通沖突問(wèn)題，還可以為車輛轉(zhuǎn)向提供便捷，促進(jìn)路網(wǎng)內(nèi)交通運(yùn)轉(zhuǎn)。但在實(shí)際的城市交通中，還需要對(duì)非機(jī)動(dòng)車和行人的正常通行予以足夠考慮。若將慢行交通與機(jī)動(dòng)車交通合并在一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅會(huì)提升交通運(yùn)輸?shù)木嚯x，同時(shí)也可能會(huì)提升行人通行的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 充分考慮地形條件的影響

作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)性設(shè)施，互通式立交具有十分突出的地理意義，對(duì)于城市整體的規(guī)劃意義重大。在互通式立交的設(shè)計(jì)中，不僅需要適應(yīng)交通運(yùn)輸?shù)幕疽?，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)順應(yīng)當(dāng)?shù)氐匦蔚孛?、文化風(fēng)俗，在工程建設(shè)與自然環(huán)境之間形成和諧統(tǒng)一。

2 城市立交方案設(shè)計(jì)流程

2.1 地理位置和型式確定

在開(kāi)展互通式立交設(shè)計(jì)之前，技術(shù)人員首先需要針對(duì)建設(shè)當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸情況發(fā)展調(diào)研，明確立交建設(shè)的基本要求及預(yù)期目的，同時(shí)收集與立交設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的法律法規(guī)及行業(yè)規(guī)范，形成完備的資料。對(duì)于城市立交設(shè)計(jì)而言，首先應(yīng)當(dāng)關(guān)注立交的選型及布置，這主要是為了提升交通運(yùn)輸效率，改善行車舒適性及安全性，滿足車輛轉(zhuǎn)彎的要求并提升工程與環(huán)境之間的適應(yīng)性。

2.2 立交線形設(shè)計(jì)

具體來(lái)看，互通式立交設(shè)計(jì)主要包括了平面設(shè)計(jì)、縱橫斷面設(shè)計(jì)，橫斷面設(shè)計(jì)三部分。在確定主線、匝道的曲線半徑時(shí)，應(yīng)當(dāng)將立交形式、占地面積以及建設(shè)成本納入考慮范圍，并盡可能與設(shè)計(jì)速度、舒適性等之間達(dá)成協(xié)調(diào)。一般而言，應(yīng)當(dāng)取用其中較大的曲線半徑作為設(shè)計(jì)值，而應(yīng)盡可能避免選擇極限最小半徑。在開(kāi)展匝道的線形設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)靈活、合理地組合緩和曲線。在圓曲線間以及圓曲線和直線之間，都應(yīng)當(dāng)采用緩和曲線進(jìn)行連接。此外，在縱斷面的線形設(shè)計(jì)中，還需要保證一定的連續(xù)性，減少突變的線形設(shè)計(jì)，避免使用最大縱坡設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)實(shí)踐案例分析

3.1 工程概況及功能分析

鄭州市四環(huán)線及大河路快速化工程位于鄭州市主城區(qū)與外圍區(qū)域的交界處，由大河路、東四環(huán)、南四環(huán)及西四環(huán)組成閉合環(huán)線，路線全長(zhǎng)約93 km。西四環(huán)位于鄭州市主城區(qū)的西部，呈南北走向，南起南四環(huán)，北至大河路，工程范圍途經(jīng)鄭州市二七區(qū)、中原區(qū)、高新區(qū)、惠濟(jì)區(qū)。路線由南向北依次與光明路/雪松路(規(guī)劃)、工業(yè)路/淮河路、鄭峪路(規(guī)劃)、皓月路(規(guī)劃)、隴海路、文博大道、渠南路(在建)、中原路、興國(guó)路(規(guī)劃)、市民大道(規(guī)劃)、鄭上路、昌達(dá)路、化工路、梧桐街、科學(xué)大道、金菊西街、蓮花街、新龍路(規(guī)劃)、連霍高速、開(kāi)元路、開(kāi)明路(規(guī)劃)、安定路(規(guī)劃)、大河路(規(guī)劃)等主要道路相交。主要相交并跨越的河(渠)道有孔河、南水北調(diào)總干渠、秀水河(規(guī)劃)、索須河。相交并下穿的鐵路有徐蘭高速線(鄭西客專貫通線)、鄭西客專聯(lián)絡(luò)線，相交并上跨的鐵路有隴海鐵路。相交軌道交通線有軌道交通線6線、10線、14線、8線、9線，軌道交通線均沿相交道路地下敷設(shè)，下穿西四環(huán)。

西四環(huán)路線全長(zhǎng)約21.878 km，道路等級(jí)為城市快速路，主線設(shè)計(jì)速度80 km/h；規(guī)劃控制總寬度180 m(其中道路紅線寬80 m，兩側(cè)各有50 m寬綠化帶)，全線采用高架快速路形式(局部下穿鐵路節(jié)點(diǎn)采用地面快速路形式)，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面組成為：高架快速路(雙向八車道)+地面主干路(雙向八車道)+輔路。西四環(huán)-渠南路立交位于西四環(huán)南段西四環(huán)與渠南路交叉口。

建設(shè)路至隴海路區(qū)間片區(qū)范圍規(guī)劃為行政文化中心及市民公共活動(dòng)中心，區(qū)域內(nèi)東西向道路較為密集，且道路等級(jí)較高，分別為中原路(渠北路)、渠南路及文博大道，該三條主、快速路間距均不足500 m。該立交節(jié)點(diǎn)需綜合考慮整個(gè)片區(qū)東西向道路的交通需求。

中原路位于南水北調(diào)干渠北側(cè)，根據(jù)行政文化中心規(guī)劃，該段與規(guī)劃渠北路并線，屬于渠北路系統(tǒng)的一部分，是鄭州市重要的東西向、南北向交通通道，道路等級(jí)為景觀性城市主干路。主路采用雙向六車道隧道，地面為雙向六車道輔道，設(shè)計(jì)速度為50 km/h。渠南路位于南水北調(diào)干渠南側(cè)，距中原路不足450 m，規(guī)劃為城市快速路，主線為雙向六車道隧道，設(shè)計(jì)車速60 km/h，地面為雙向六車道主干路，設(shè)計(jì)車速50 km/h，目前正在施工建設(shè)中。文博大道位于渠南路南500 m處，為城市主干路，雙向六車道，設(shè)計(jì)車速50 km/h。該立交是鄭州市中心城區(qū)、鄭州市行政文化中心與西部城區(qū)重要的對(duì)外交通聯(lián)系節(jié)點(diǎn)。

3.2 現(xiàn)狀交通分析

立交范圍內(nèi)，西四環(huán)與中原路現(xiàn)狀路口為燈控平交路口；渠南路與文博大道正在施工建設(shè)中；西四環(huán)與金馬路交叉處位于隴海路立交范圍內(nèi)，現(xiàn)狀地面為燈控平交路口，西四環(huán)主線地面雙向八車道，主線雙向八車道高架跨越路口。

3.3 立交節(jié)點(diǎn)控制因素

(1)中線南水北調(diào)干渠及兩側(cè)綠化系統(tǒng)。中線南水北調(diào)總干渠與西四環(huán)相交，距中原路約140 m，距南側(cè)渠南路約190 m， 南水北調(diào)總干渠兩側(cè)均有約100 m的綠化保護(hù)帶。立交用地受其約束。

(2)西四環(huán)東側(cè)區(qū)域的高壓線塔(220 kV)。立交區(qū)域東側(cè)有現(xiàn)狀220kV高壓線塔，最不利處距西四環(huán)約40 m。立交設(shè)計(jì)應(yīng)避免對(duì)其進(jìn)行遷改。

(3)西四環(huán)東側(cè)電力隧道管線。立交東側(cè)緊鄰?qiáng)W體中心地塊，道路外側(cè)地塊邊布置有電力隧道管線，目前已完成施工。立交設(shè)計(jì)應(yīng)按規(guī)范要求對(duì)其進(jìn)行避讓。

3.4 預(yù)測(cè)交通量分析

交通量預(yù)測(cè)以建成年為基準(zhǔn)年，確定本工程交通量預(yù)測(cè)特征年為2019年、2028年和2038年。根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，主線方向西四環(huán)南北向交通流量要大于中原路東西向交通流量，北向東的左轉(zhuǎn)、南向東的右轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)向交通的主流方向，其他流向的轉(zhuǎn)向?yàn)榇我煌?，但各轉(zhuǎn)向交通量相差不大，相對(duì)較小。

3.5 立交方案設(shè)計(jì)

西四環(huán)東側(cè)是鄭州市重要的行政文化中心以及市民公共活動(dòng)中心。其中南水北調(diào)北側(cè)主要為行政辦公區(qū)以及市民公共服務(wù)中心，南水北調(diào)南側(cè)主要為公共活動(dòng)中心以及創(chuàng)意文化展示區(qū)等公共文化區(qū)。其中公共活動(dòng)中心及公共文化區(qū)對(duì)外交通需求相對(duì)較大，其南側(cè)有隴海路高架，北側(cè)為渠南路，西四環(huán)主要實(shí)現(xiàn)該區(qū)域向北、向南的快速交通轉(zhuǎn)換。

按照鄭州市對(duì)南水北調(diào)總干渠兩側(cè)道路系統(tǒng)規(guī)劃的精神，渠南路為城市快速路，兼具景觀大道功能，渠北路為以休閑服務(wù)為主的景觀性主干路。中原路在本段屬于渠北路的一部分，應(yīng)盡量減少過(guò)境車輛進(jìn)入南水北調(diào)總干渠兩側(cè)道路系統(tǒng)。規(guī)劃道路與這兩條道路交叉時(shí)，基本以簡(jiǎn)易立交(快速路)或平交(主干路)為主。同時(shí)考慮到南水北調(diào)總干渠一級(jí)水源保護(hù)區(qū)的要求，盡量少在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置構(gòu)造物，需將該立交進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

各個(gè)方向交通轉(zhuǎn)換采用上下橋匝道+地面平交的方式。在中原路北側(cè)設(shè)置一對(duì)向北方向的上下橋匝道，滿足該片區(qū)向北的通行需求；在渠南路交口處設(shè)置一處北往南的半定向右轉(zhuǎn)匝道，然后分流兩匝道，一匝道直接往下接入渠南路快速隧道系統(tǒng)的集散道隧道，從而進(jìn)入東側(cè)公共活動(dòng)中心及文化區(qū)，另一匝道進(jìn)入地面支路網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高架與該片區(qū)地面系統(tǒng)的交通轉(zhuǎn)換；在渠南路南側(cè)設(shè)置一對(duì)向南方向的上下橋匝道，以滿足該片區(qū)向南的通行需求；在文博大道北側(cè)布設(shè)一處上橋匝道和上橋掉頭匝道滿足東—南、東—北快速進(jìn)入高架快速系統(tǒng)的交通需求。地面設(shè)置燈控平交口以滿足地面主干路交通出行及慢行過(guò)街需求。

3.6 具體設(shè)計(jì)

(1)立交主要技術(shù)指標(biāo)表，見(jiàn)表1。

(2)立交平面。

主線平面：立交范圍內(nèi)主線樁號(hào)為K76+217.448～K77+150，位于兩段平曲線范圍，南段平曲線的圓曲線半徑為1 230 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度Ls為85 m；北段平曲線的圓曲線半徑為1 000 m，緩和曲線最小長(zhǎng)度Ls為70 m；兩段平曲線均不設(shè)超高，最小圓曲線長(zhǎng)度70.714 m，最小平曲線長(zhǎng)度240.71 m，均滿足規(guī)范要求。

表1 立交主要技術(shù)指標(biāo)表

匝道平面：結(jié)合立交方案設(shè)計(jì)，設(shè)置渠南路交口北往西的右轉(zhuǎn)匝道C，接入渠南路隧道快速系統(tǒng)的集散道，從而進(jìn)入東側(cè)公共活動(dòng)中心及文化區(qū)，另外再接一匝道G在金鱗路落地，實(shí)現(xiàn)高架與該片區(qū)地面系統(tǒng)的交通轉(zhuǎn)換；設(shè)置渠南路以南上下匝道A、D匝道；設(shè)置文博大道以北地面上匝道B往北進(jìn)入高架及掉頭匝道E往南進(jìn)入高架。匝道最小半徑為E匝道(掉頭匝道)，最小半徑為55 m，緩和曲線長(zhǎng)度為62 m，其余匝道最小半徑為160 m，最小緩和曲線長(zhǎng)度為48 m，滿足規(guī)范要求。

(3)立交縱斷面。

立交范圍內(nèi)主線最小縱坡0.3%(連接連續(xù)上坡凹曲線)，最大縱坡2.85%，半徑采用凸型豎曲線(半徑3 000 m)及凹型豎曲線(半徑2 000 m)。匝道最大縱坡3.973%(A匝道)，最小豎曲線半徑凸形采用804 m(E匝道)，凹形采用813.954 m(E匝道)，最小豎曲線長(zhǎng)度為35 m。

(4)橫斷面。

A、B、D匝道均為大半徑匝道，不需加寬，采用雙車道匝道，車行道寬8 m，橋梁寬9 m。C、E匝道為小半徑匝道，且匝道長(zhǎng)度均大于300 m，采用雙車道匝道，考慮橋梁結(jié)構(gòu)的等寬，均采用車行道9 m，橋梁寬度10 m，匝道橫坡正常段均為2%，超高路段的橫坡視平曲線半徑而定。

(5)超高、加寬。

根據(jù)規(guī)范及道路平面線型，西四環(huán)高架、西四環(huán)地面道路均不需要設(shè)置超高及加寬，機(jī)動(dòng)車道為直線形式的雙向路拱橫坡2.0%，人行道、非機(jī)動(dòng)車道及外側(cè)輔道橫坡為1.5%。

立交區(qū)所有匝道均設(shè)置為單向路拱橫坡，橫坡度為2%，超高旋轉(zhuǎn)軸與路線設(shè)計(jì)線重合(即軸中距為0)，超高旋轉(zhuǎn)方式為繞中線旋轉(zhuǎn)(即繞路線設(shè)計(jì)線旋轉(zhuǎn))，超高過(guò)渡方式為線性過(guò)渡。單向單車道、單向雙車道、匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h、繞中線旋轉(zhuǎn)最大超高漸變率為1/150。為滿足匝道路面(橋面)排水及困難路段路面排水的要求，規(guī)定單向單車道繞中線旋轉(zhuǎn)最小超高漸變率為1/800，單向雙車道繞中線旋轉(zhuǎn)最小超高漸變率為1/500。

A、B、C、D、G匝道為定向匝道設(shè)計(jì)速度均為40 km/h，最小圓曲線半徑為65 m，最大圓曲線半徑為1 254.75 m，設(shè)置的超高橫坡度為2%(坡向曲線內(nèi)側(cè))。

E匝道為環(huán)形匝道，設(shè)計(jì)速度均為40 km/h，圓曲線半徑為60 m，圓曲線處設(shè)置的超高橫坡度為4%(坡向曲線內(nèi)側(cè))，其他部分超高橫坡度為2%。

為方便匝道橋的設(shè)計(jì)與施工，各匝道以加寬值最大段落加寬后匝道的總寬度作為整個(gè)匝道的設(shè)計(jì)寬度。

3.7 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)評(píng)價(jià)

城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的效益，除一部分可以量化外，大部分難以用貨幣計(jì)量，而且對(duì)一些重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施而言，其經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)可能偏低，但這些設(shè)施卻具有十分良好的社會(huì)效益。因此，根據(jù)本工程的這一特點(diǎn)，側(cè)重對(duì)本工程作社會(huì)效益分析。其綜合效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)完善市區(qū)快速通道路網(wǎng)，加強(qiáng)城區(qū)片區(qū)的聯(lián)系，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

(2)提高交通功能，緩解區(qū)域交通擁堵和疏解區(qū)域路網(wǎng)，改善投資環(huán)境。

(3)發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)旅游產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

(4)推動(dòng)常西湖片區(qū)的城市建設(shè)，有利于土地綜合開(kāi)發(fā)利用和土地流轉(zhuǎn)增值。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 路網(wǎng)規(guī)劃層面

(1)城市骨架路網(wǎng)規(guī)劃中必須合理布置立交節(jié)點(diǎn)，保證立交節(jié)點(diǎn)之間的距離滿足最小間距要求，避免過(guò)近的立交間距引起主線交通紊亂，從而造成交通擁堵和交通事故。

(2)骨架路網(wǎng)規(guī)劃中需要明確立交的功能定位，根據(jù)其功能定位合理利用立交規(guī)劃用地，擬定可能的立交型式，反復(fù)開(kāi)展技術(shù)論證，最終優(yōu)選出合理、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的立交形式。

4.2 工程設(shè)計(jì)層面

(1)仔細(xì)分析預(yù)測(cè)交通流量流向數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)考慮到交通需求預(yù)測(cè)的不確定性，進(jìn)行包容性設(shè)計(jì)，合理預(yù)留一定的發(fā)展空間。

(2)立交設(shè)計(jì)中應(yīng)合理布置快速路系統(tǒng)、輔路系統(tǒng)以及非機(jī)動(dòng)車和行人的慢行系統(tǒng)，保證各系統(tǒng)內(nèi)部交通轉(zhuǎn)換通暢，必要時(shí)考慮相互轉(zhuǎn)換。

(3)立交設(shè)計(jì)需采用多方案比選，應(yīng)進(jìn)行多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，確定最終的立交推薦方案。

(4)位于城市核心區(qū)的互通立交設(shè)計(jì)應(yīng)注重其與周邊環(huán)境的適應(yīng)性，應(yīng)選用景觀性高的設(shè)計(jì)方案。