高速公路枢纽立交方案研究

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游晓英

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)

山西黎城至霍州高速公路是国家高速公路网规划第6横线——G22青岛至兰州高速公路长治至延安联络线(G2211)的重要组成部分,也是山西省高速公路规划“四纵十五横三十三联”中第十横的重要组成部分。项目起点位于黎城县幸福庄村,设黎城西枢纽与青兰高速公路连接,途经长治市、临汾市,终点位于霍州市观堆村西与京昆高速公路(G5)交汇并接霍州—永和关高速公路,构成山西省东南部通道主骨架[1]。

黎城西枢纽互通位于该项目起点,与长治至邯郸高速公路(G22)K926+580处交叉,交角95°,距长邯高速公路黎城互通约4.5 km。枢纽位于黎城县坑南村西,该枢纽互通主要为黎霍、长邯两条高速公路间的交通流转换以及黎城工业园区区域上下高速公路提供服务。

图1 项目地理位置图

2.1 地形地貌

黎城西枢纽所在区地貌主要为山间盆地区,区域内高程在770~831 m之间,山梁圆滑平缓,大部分地段被中、上更新统黄土地层覆盖,沟谷底部可见新近系红褐色黏土,少数山梁上基岩直接出露。该区地形起伏较小,冲沟发育呈“V”字型。其中粉土(Q3)垂直节理发育,含大孔隙,属松软土类型,具(轻微)I级非自重湿陷,湿陷土层厚度在2~4 m之间;
粉质黏土(Q2)垂直节理发育,含大孔隙和钙质结核;
黏土(N2b)上部一般含少量钙质结核和砾石,下部一般为卵砾层。

2.2 水文

项目区内主要为浊漳北源,属浊漳河三源之一,发源于榆社县北部的三县垴,经榆社县流入长治市武乡县,在境内流经武乡、沁县、襄垣三县,在襄垣县小山交村南汇入浊漳河干流。流域面积为3 797 km2,主河道长116 km,河道比降0.44‰~3.63‰,主河床平均糙率0.025,主河槽宽150~300 m不等。上游为土石山区,土、红土覆盖于河谷的低山地带,下游河床组成大部分以砂卵石或粗砂为主,偶有基岩出露。

2.3 气象

项目区内气候属暖温带大陆性季风气候区,四季分明,冬长夏短。具有春季干燥、多风;
夏季炎热、雨量集中;
秋季凉爽湿润,秋雨多于春雨;
冬季寒冷干燥,雨雪偏少的气候特征。

2.4 其他限制因素

枢纽互通布设及选型主要受地形、黎霍高速靳曲隧道、黎城工业园区、村庄、被交路平纵指标等因素制约,互通区范围地形西高东低,黎霍高速距离长邯高速交叉处1 km设有短隧道1座,黎城工业园区位于长邯高速东南,区域内有坑东、坑西、坑南村庄分布。

3.1 交通量预测

根据项目区域现状及规划路网结构基础上,采用“四阶段法”对黎霍高速主线交通量进行预测,黎城西枢纽主交通流向为霍州—河北往返方向,互通转换交通量如图2所示。

图2 黎城西枢纽交通量分布图

3.2 设计标准

主线技术指标:枢纽互通范围内黎霍高速公路设计速度为80 km/h,分离式路基,路基宽度为12.75 m,最小平曲线半径1 150 m,最大纵坡3%.

被交路技术指标:长邯高速公路设计速度80 km/h,整体式路基,路基宽度为39.5 m,双向八车道,最小平曲线半径2 500 m,最大纵坡2.751%.G207设计速度为80 km/h,整体式路基,路基宽度为12 m,最小平曲线半径2 708 m,最大纵坡1.4%.

4.1 路线接点的确定

a)与长邯高速公路接点的确定 长邯高速幸福庄以南采用新建分离路基三车道与既有四车道构成双向七车道,幸福庄以北至天黎高速黎城东枢纽采用四车道拓宽至八车道。黎霍与长邯高速交叉点位于黎城县幸福庄北、坑西村南路段,此路段即为长邯高速改扩建时为该项目预留接线位置。受工业园区已建企业及村庄限制,为与G207线衔接,与长邯高速接点最终选择在坑南村西,此处向东沿冲沟布线,占用冶金粉末厂厂区边缘。

b)与G207线接点的确定 G207线接点选择主要受高差及工业厂区的限制,距离长邯高速最近的G207位于坑东村南,由于下穿长邯铁路,标高较低(732.4 m),对应长邯高速标高 777.7 m,距离约920 m,平均纵坡5%,黎霍高速下穿长邯高速后仍难以满足设置收费站的指标要求,同时该G207路段平纵面指标较低,平面半径最小500 m,纵坡3.8%,不满足平交设置要求。因此为克服高差,路线先上跨G207后向北与长邯铁路并行布设,经坑东村东至村北与G207线平交,该处G207平纵面指标均较高,可以满足平交布设要求,同时设置收费站路段地形平缓,平纵面指标较高。

互通方案比选主要从与交通量的适应性、与隧道间距大小、工程规模等因素考虑,选择了3个方案进行深度比选,具体如下。

4.2 方案一(三岔T形+子叶形组合互通)

图3 黎城西方案一平面图

该方案主要考虑互通型式与交通量相适应,同时尽量增大黎霍高速端互通出入口与隧道的间距,将通往G207出口方向的次要交通流以匝道形式引出,将黎霍与长邯高速的交通转换作为主流方向设计,匝道以定向及半定向为主,连接G207匝道与高速间连接匝道以环圈、半定向为主。

各匝道设计速度:A、B、C、D、G、H、J、L 为 60 km/h,E、F为40 km/h,其中 A、D匝道为单向双车道,路基宽度为12.25 m,采用双车道出入口设计;
C、J、L匝道为单向双车道,路基宽度为10.5 m,采用双车道单出入口设计;
B、E、F、G、H 匝道为单向单车道,路基宽度为9.0 m,部分匝道采用匝道分合流设计。长邯高速邯郸至长治方向设置了集散车道。互通区匝道最小平曲线半径为60 m、最大纵坡为3.986%(H匝道)。方案一共设桥梁8座。

方案一优点是匝道布设与交通量相适应,次要交通流提前分合流,可有效减少误行;
其次是主交通流进出黎霍高速路段由于不需设置辅助车道,互通区距离靳曲隧道间距相对较长,其中隧道出口距离互通入口净距约为362 m,互通出口距隧道入口净距约为354 m,满足立交细则对互通与隧道的间距要求。缺点是占地较多,挖方工程量较大。

4.3 方案二(对称象限双环式变异苜蓿叶形)

该方案采用常规布设方法,将黎霍高速公路至G207方向作为主线设计,除E、F匝道为环圈式匝道外,其余均为定向及半定向匝道。

图4 黎城西方案二平面图

各匝道设计速度:A、B、C、D、G、H、L 为 60 km/h,E、F为40 km/h,其中 A、D匝道为单向双车道,路基宽度为12.25 m,采用双车道出入口设计;
C匝道为单向双车道,路基宽度为10.5 m,采用双车道单出入口设计;
B、E、F、G、H匝道为单向单车道,路基宽度为9.0 m。在长邯高速邯郸至长治方向设置了集散车道。互通区匝道最小平曲线半径为60 m、最大纵坡为3.95%(H匝道)。方案二共设桥梁6座。

方案二优点是占地及规模相对较小;
缺点是以黎霍—G207方向作为主线设计,与交通量不相适应,车辆容易误行;
其次是互通距离靳曲隧道间距较小,其中隧道出口距离互通入口净距约为292 m,互通出口距隧道入口净距约为87 m,规范要求两个间距分别为300 m、80 m,存在不满足及接近极限值的情况,运营风险较大,需结合运行速度、隧道结构设计、交通组织管理、安全保障措施综合分析论证优化方案。

4.4 方案三(三岔T形+子叶形组合互通)

考虑到方案一黎霍高速主线下穿长邯高速,局部排水困难,提出了方案三。该方案在平面采用方案一的基本形式,纵面上采用上跨长邯高速方案。调整后互通区匝道最小平曲线半径为60 m、最大纵坡为4.835%(F匝道)。方案三共设桥梁8座。

方案三优点与方案一基本相同,另外由于采用上跨长邯高速,主线及匝道挖方工程量有所减少,互通区排水有所改善,占地相对较小;
缺点是桥梁规模大幅增加,其中L匝道有特大桥1座,总体造价规模较大。

4.5 互通方案比选

黎城西枢纽互通各方案主要技术指标及工程规模对比见表1。

表1 黎城西枢纽互通方案比较表

综合比选后认为:方案一虽占地较多,挖方工程量较大,但考虑到与交通量相适应,可有效减少误行,同时距离隧道距离相对较长,有利于标志识别,总体造价规模相对适中,公路运营安全性高,故确定方案一为黎城西枢纽互通立交推荐方案。

本文通过对黎城西枢纽立交的总体布局进行方案研究比选,结合长邯高速公路现状及地形、地物、地质,因地制宜,通过技术、经济等综合比选,得出各方面均较优的推荐方案,以提高黎霍高速的总体运营水平及运营安全性,以获取最大的社会经济效益。

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