河北省延崇高速公路韓莊樞紐互通立交方案選型與設(shè)計

田 曦

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 石家莊市 050011)

1 項目概況

延崇高速公路位于河北省張家口市東部山區(qū)，為奧運交通主通道，全線包括主線、赤城支線、延伸工程三條路段。項目所在區(qū)域為內(nèi)蒙古高原與華北平原壩上壩下過渡性山區(qū)。韓莊樞紐互通為延崇高速公路主線與赤城支線設(shè)置的樞紐互通，見圖1，主要為赤城縣提供高速出入口。

圖1 項目地理位置圖

互通區(qū)內(nèi)主線為雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度100km/h，路基寬度26m，主線平曲線半徑為R=2200m，縱坡為-1.05% /1.675%。赤城支線為雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80km/h，路基寬度24.5m。赤城支線平曲線半徑R=1200，最大縱坡1.9%?；ネń煌ㄖ髁飨驗檠討c(北京)至赤城方向，預(yù)測末年，主流交通量為5438小客車/日。

圖2 轉(zhuǎn)向交通量圖

2 工程難點

(1)品質(zhì)工程要求，延崇高速作為綠色公路建設(shè)示范工程，對設(shè)計提出了較高要求，不只是綠化即綠色的傳統(tǒng)思維模式，在選線及互通方案選型時要求合理布局，集約高效利用資源，注重與自然和諧[1]。著力實現(xiàn)“零棄方，少借方” ，路基排水、邊坡防護(hù)、隧道開挖等過程中，盡可能實現(xiàn)“圬工防護(hù)零裸露”，減少邊角地塊。

(2)交通功能需求，韓莊樞紐互通需提供延崇主線與赤城支線的交通流轉(zhuǎn)換功能，同時需綜合考慮路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，就是否提供支線遠(yuǎn)期延伸條件，是否提供與普通國省干線交通轉(zhuǎn)換的服務(wù)功能進(jìn)行方案論證。

(3)地形條件復(fù)雜，山區(qū)地勢、地形、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，兩條高速均位于溝谷中，兩溝縱橫相交，因主線通過螺旋隧道集中升坡，該互通位置主線位于溝底，支線與國道G112相同走廊，G112為沿河線，赤城支線走位較高，處于山腰。兩條高速設(shè)計高差達(dá)40m。

(4)控制因素較多，兩高速交叉位置分布有金長城烽火臺遺址、河流、現(xiàn)狀道路、村莊等，設(shè)計需利用地形合理避讓，從而確定立交方案。

3 立交方案選型思路

山區(qū)互通式立交選型，應(yīng)滿足基本的交通功能及道路安全，互通形式與山區(qū)地形及自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，達(dá)到造價節(jié)約、規(guī)模集約的方案[2]。

3.1 初步選型

目前樞紐互通可采用的形式為Y形、T形、直連式、渦輪形、完全苜蓿葉形、變形苜蓿葉形、雙喇叭形及喇叭+T形等[3]。本項目相交道路均為高速公路，呈十字交叉，且分期規(guī)劃，需提供赤城支線遠(yuǎn)期延伸條件。則應(yīng)采用四岔交叉形式。

考慮本互通位于山區(qū)，交通量小，主流向最大僅為5438小客車/日。直連式、渦輪形四岔互通于交通量不匹配，過于浪費。因此考慮變形苜蓿葉形、雙喇叭形及喇叭+T形等形式，見表1。

表1 互通方案初步選型

3.2 適應(yīng)地形

本項目由于兩相交高速設(shè)計高差達(dá)40m，互通立交選型需在布設(shè)空間受限條件下，考慮匝道通過自然展線或螺旋展線的方式取得需要的距離來克服高差。但由于兩高速高差較大，項目又處于積雪冰凍地區(qū)，即使按匝道最大設(shè)計縱坡5%推算，互通在不考慮周圍控制因素及相互跨越關(guān)系的情況下，每條匝道因克服高差都需800m的長度。因此作為樞紐互通若采用變形苜蓿葉形，各匝道均需變異。互通設(shè)置復(fù)雜且占地面積、工程規(guī)模均巨大。雙喇叭形及喇叭+T形則可通過單一匝道適應(yīng)地形展線克服高差，從而減小工程規(guī)模。

3.3 合理確定交通功能需求

樞紐互通作為路網(wǎng)重要節(jié)點，其位置的選擇與相關(guān)道路的總體設(shè)計相關(guān)，其位置及功能相對穩(wěn)定，但因充分分析路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，合理確定其功能。該互通需滿足高速公路間的交通轉(zhuǎn)換功能，因赤城支線與國道112并行，主線與G112相交，是否提供G112與主線的出入口服務(wù)功能需要在方案選型中進(jìn)行確定。

4 方案擬定、優(yōu)化及比選

4.1 方案一

方案一(圖3)采用A+B雙喇叭形式。其中A匝道結(jié)合地形順溝口山坡展線，合理控制匝道平均縱坡，其中A匝道平均縱坡為3%。保證交織區(qū)長度符合通行能力的要求。除赤城支線挖方邊坡高度較大，互通內(nèi)匝道挖方邊坡最高僅為14m，且上級邊坡通過增加坡率與地形自然過渡。赤城支線終點接匝道設(shè)置收費站，提供服務(wù)功能。該方案合理利用地形，踐行品質(zhì)工程設(shè)計，互通形式滿足交通功能。但該方案還存在一定缺點:

圖3 方案一平面布置圖

(1)支線主線接小半徑圓曲線匝道，圓曲線半徑為80m，不利于行車安全。

(2)該方案雖提供了G112上下主線及支線的服務(wù)功能，但匝道將烽火臺完全圍繞，對文物影響較大。

(3)收費宿辦區(qū)無法與收費廣場同址建設(shè)。

(4)支線遠(yuǎn)期延伸時，該互通無法繼續(xù)提供服務(wù)功能。

4.2 方案二

方案二在方案一基礎(chǔ)上采用單喇叭+全苜蓿葉形式，其中A匝道山坡布線，通過A匝道與主線布設(shè)全苜蓿葉互通，后布設(shè)收費廣場與G112相接(圖4)。該方案可提供G112上下主線及支線的服務(wù)功能，減少對文物的影響，支線遠(yuǎn)期延伸對現(xiàn)狀互通影響小。

圖4 方案二平面布置圖

方案二雖對方案一進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化，但該互通存在多處交織，A匝道提供多種方向交通轉(zhuǎn)換需求復(fù)雜性高，同時該互通匝道長度較方案A長4798m，占地869畝，較方案A投資高，同時在山區(qū)占用大量基本農(nóng)田。

該互通遠(yuǎn)期預(yù)測交通量較小，加大的資源占用及工程規(guī)模與其交通需求不匹配，對山區(qū)有限農(nóng)田資源占用，造成邊角地塊與品質(zhì)工程不相適應(yīng)。且赤城支線與G112共走廊，其與G112設(shè)置的其它互通出入口與該互通間距僅為7km。鑒于此，我們將考慮取消其與干線公路的交通轉(zhuǎn)換功能，繼續(xù)優(yōu)化方案進(jìn)而比選。

4.3 方案三

互通采用A形單喇叭，預(yù)留后期變?yōu)锳+B形雙喇叭改造條件，與赤城支線連接段匝道采用雙向四車道，路基寬度23.5m。方案三(圖5)雖存在未能提供G112與高速間的交通轉(zhuǎn)換功能，及后期雙向匝道改造中存在半幅斷交的問題。但其該階段可保證高速間的轉(zhuǎn)換功能，也可通過相鄰出口完成與G112的交通轉(zhuǎn)換。同時后期延伸具備改造條件，可將現(xiàn)連接段匝道變?yōu)槌喑侵林骶€方向的單方向匝道，避免前期工程浪費。該方案滿足現(xiàn)階段交通需求，工程規(guī)模小，工程造價低。在山區(qū)復(fù)雜地形條件下，交通流轉(zhuǎn)換方式簡單，更具行車安全性。結(jié)合各方案特點，從工程規(guī)模、交通功能、品質(zhì)工程、運行安全等方面對上述方案進(jìn)行比較，見表2，推薦采用方案三。

5 結(jié)語

針對延崇高速韓莊樞紐互通方案選型過程及比選結(jié)論。結(jié)合山區(qū)高速公路的特點，其立交形式的選擇因結(jié)合地形實際情況，在常用互通立交形式的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的地形條件，順應(yīng)地形地勢，保證互通式立交與環(huán)境自然的協(xié)調(diào)對匝道靈活布置，重新構(gòu)思。進(jìn)而在“品質(zhì)工程、綠色公路”的設(shè)計原則下，多維度進(jìn)行山區(qū)互通立交方案的論證。同時在選型階段需明確互通應(yīng)滿足的近期交通需求及應(yīng)承擔(dān)的交通功能。避免在復(fù)雜地形條件下為滿足較多交通功能而使單一節(jié)點的工程更為復(fù)雜。希望本文的研究及經(jīng)驗，為各位設(shè)計同仁提供參考。

表2 韓莊互通各方案比較