复合式枢纽互通立交设计方案比选

0 引言

随着高速路网的日渐完善，城市环线及快速通道支线建设项目日益增多，同时受各种因素控制，部分新建高速公路枢纽与已建高速公路互通距离难以满足规范1km的净距要求。利用已建互通立交连接形成复合式互通立交，成为互通立交建设的重要课题之一。

研究表明[1-10]，利用既有互通改造扩建成为新的复合式互通立交的设计工作较为复杂。其复杂性体现在：(1)复合式互通形式的选择。所选互通形式既受地形地物条件的限制，又要满足交通转换的需求；(2)原互通的利用率。若在新的复合式互通立交建设中原互通利用率不高，会导致建设资源和资金的巨大浪费；(3)复合式互通的微观断面设计。复合式立交多为变异形式，起交通转换功能的绕行匝道的断面设计是保障整个互通服务水平的关键。

尽管复合式互通立交的建设复杂性已经在诸多工程实践中得到体现和总结，但是目前仍然没有有效的方案设计和比选的准则被系统地总结和提出。鉴于此，本文以丙村复合式互通立交为例，对复合式互通立交方案设计中的要点难点和比选进行了分析。

1 工程概况

梅大高速公路起点位于梅江区三角镇，止于大埔县三河镇。梅大高速公路在丙村镇设置有丙村互通立交连接梅大高速公路与省道S223，为丙村镇的主要交通出入口。丙村互通立交于2013年12月投入使用，使用时间短，设置结构物较多。梅大高速公路梅州东环支线高速公路起点与梅大高速公路相接，终点与长深高速公路相接，主要实现梅大高速公路与长深高速公路的交通转换，与丙村互通立交组合成复合式立交后，其远景交通量情况如图1所示，长深高速公路-大埔方向为主要交通流，其次为丙村-梅县方向。

图1 丙村枢纽互通立交交通量(单位：pcu/d)

丙村枢纽立交位于梅州市梅县区丙村镇，为梅州东环高速公路与梅大高速公路及丙村连接线而设的枢纽互通立交。由于受地形地物控制，梅州东环支线起点与已建的丙村互通立交间距不足900m，不能满足另设互通的间距要求，需利用已建丙村互通立交与两高速公路间连接的枢纽立交组成复合式互通立交，来妥善解决本项目与梅大高速公路、丙村连接线之间交通流的快速转换。

已建丙村互通立交为A型单喇叭型(图2)，主匝道A匝道下穿梅大高速公路，并设置20m+7×25m+20m预应力砼连续箱梁跨越山坳，桥宽17.5m；丙村至梅县方向B匝道设置9×25m预应力砼连续箱梁，桥宽8.5m；C匝道设置2×25m预应力砼连续箱梁与主线桥相接，桥宽8.5m。

图2 已建丙村互通位置

2 设计要点及方案比选

丙村枢纽立交需解决的交通需求有：大埔～长深高速公路方向(主流方向)、丙村～长深高速公路方向、梅县～长深高速公路方向往返车流；并确保大埔至丙村方向、梅县至丙村方向、大埔至梅县方向仍具有通行能力。根据丙村枢纽立交的交通功能需求和现状控制条件，初步提出十字交叉方案、总体架构方案两个设计思路。

(3)将测试集数据输入到作者身份识别模型中，运用MATLAB进行求解。通过将作者身份识别模型中识别的电子邮件正确数除以模型中总的邮件识别数，得到邮件识别的准确率，以此来衡量研究的准确性。并对程序运行的结果进行分析，得到该方法的识别准确率。

2.1 交通转换优先的设计方案

本互通交通方向为大埔、梅县、长深高速公路、丙村镇四个方向，其中丙村镇为落地方向。由于大埔至梅县高速公路为已建梅大高速公路，在方案阶段，可设定梅大东环高速公路与丙村连接线对接与梅大高速公路形成十字交叉，该互通则可简化为十字交叉互通进行分析。

根据交通量情况，大埔～长深高速公路方向为主流交通，交通量远远大于次流及其他方向交通量，匝道适合采用定向或半定向匝道，如图3中A匝道、D匝道所示。最小交通流长深高速公路～梅县(F匝道)、大埔～丙村镇(B匝道)采用环圈连接。

如图3所示，方案一是采用双环对称十字复合式互通，连接线下穿被交路后再上跨被交路，整个方案采用全新建匝道，仅连接线部分利用。

图3 丙村枢纽互通立交(方案一)

方案一为十字立交常见的枢纽互通设计思路，在立交设计中广泛应用，在本案例中能较好地匹配交通量；但已建互通匝道利用率较低，经济性及实用性不高。

2.2 考虑原互通利用率的改进方案

针对方案一原互通利用率不高的情况，考虑对十字立交中部分匝道利用已建互通进行替换。如图4所示，改建G匝道及LJ匝道，利用既有丙村立交H匝道，丙村～梅州方向因与A匝道、LJ匝道有冲突不能利用原匝道。该方案新建6条匝道，实现所有方向的交通转换；但占地面积较大，工程规模较大，原互通有两条匝道不能利用，工程造价较高。

图4 丙村枢纽互通立交(方案二)

2.3 兼顾交通转换及原互通利用的推荐方案总体架构

本案例中大埔～长深高速公路交通量为13 795pcu/d，远大于丙村～梅县次交通流3 662 pcu/d，接近主线交通量的规模。针对这一特点，提出以主流匝道及相交高速公路为总体架构，保留原互通匝道交通转换方式，其他方向车流通过分汇流实现交通转换的互通方案，如图5所示。

图5 丙村枢纽互通立交(方案三)

方案三为变异Y型复合式立交，其中A匝道、E匝道为主匝道，C、D、M通过主匝道进行交通转换，改建G匝道、F匝道并利用既有丙村立交H、J匝道。该方案通过新建6条匝道，实现所有方向的交通转换。

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三个方案的比较如表1所示。方案一利用主流定向匝道解决大埔～长深高速公路，然后与原丙村立交复合，新建匝道解决次要交通流的转换。方案三保留了原H匝道、J匝道，仅对F匝道、G匝道进行改建，最大限度地利用了原互通立交，较方案一、方案二可减少投资降低工程造价，并较好利用梅州东环主线与丙村立交的狭长空间，减少了用地。综合三个方案的优缺点，方案三变异Y型较优。

表1 立交设计方案对比

指标方案一方案二方案三立交形式双环十字复合式单环十字复合式变异Y型最小平曲线半径/m606060路基长度/m4001.95507.54650.8桥梁/(m2/座)25293.5/633468.5/621900/5立交占地/亩766.4860.6799.3原互通利用情况原丙村立交匝道均废弃原丙村立交匝道大部分废弃原丙村立交部分匝道利用优点与交通量预测匹配;施工中丙村立交可正常通行。主流指标较高;可利用既有H匝道及原丙村连接线。布设较紧凑,占地较小;主流线型流畅;既有立交利用率高,工程造价较低。缺点占地面积较大;采用全新建匝道,工程造价较高。占地面积较大;施工需中断G匝道交通;工程规模较大,造价较高。施工需中断G、F匝道。

3 复合式互通匝道断面的优化设计

变异Y型复合式立交方案能较好地解决区域交通流的转换，但在实现过程中也存在以下问题：(1)C匝道与A匝道、D匝道、F匝道、梅大高速公路主线均有上跨下穿关系，且匝道较长，绕行较远。(2)该方案E匝道、F匝道、M匝道并行，E匝道较长，需要跨原丙村主匝道及F匝道， E匝道右侧有较大面积石方挖方。针对以上问题，在原变异Y型复合式立交基础上对部分匝道进行优化调整。

大埔至长深高速公路方向为主流匝道，原方案为设置梅大高速公路单出口再分流丙村方向与长深方向，优化后调整为双出口，E匝道上跨梅大高速公路后接入LJ匝道。调整后避免了对原G匝道的改建，提高了原立交匝道的利用率。

LJ匝道为连接梅州东环高速公路与梅大高速公路连接线，是实现交通转换的总体架构，设计速度采用70km/h,其横断面为20.5m，为双向四车道，如图6所示。

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次流匝道根据总体架构调整也相应优化，长深高速公路至丙村交通量最小，采用环圈匝道从LJ匝道分流。梅县至长深高速公路交通流较小，可通过梅大高速公路分流后，利用C匝道-D匝道采用环圈利用LJ匝道实现交通转换。

原方案丙村至长深高速公路、丙村至梅州方向车流在梅大高速北侧并行，调整至均通过原互通F匝道后分流形式实现交通转换。为了避免大埔方向的来车通过F匝道进入A匝道，在梅大高速公路硬路肩外侧设置硬隔离，总长670m。硬隔离措施节省匝道长640m，并减少了右侧的高挖方。硬隔离断面如图6所示。

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图6 LJ匝道及硬隔离断面

经过优化之后，主流交通流大埔往返长深高速公路全部通过LJ匝道转换，保证了转换效率；次交通流丙村来回梅县仍利用原丙村互通。M匝道为长深高速公路至丙村方向车流，交通量较小，有一定的绕行，其余匝道均方便快捷，实现了较高效率的交通转换。

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对已建互通的利用方面，保留了原互通G匝道、H匝道，仅对F匝道进口处及C匝道与原互通连接处进行改建，结构物仅对F匝道桥进行了拼宽，实现了对原互通的最大化利用，优化效果明显。

图7 优化方案平面

4 结语

本文以丙村枢纽互通立交为例，对复合式互通立交设计中充分利用原有互通进行探讨。根据交通量特征，提出了针对主流匝道与高速公路构建总体架构，保留已建互通匝道功能，并利用主匝道进行分汇流的设计思路。并与十字交叉复合式互通的设计思路进行比较，认为总体架构设计方法具有更好的经济性与实用性。

针对总体架构方案进行局部优化，通过设置设计标准较高的主流匝道实现主流交通的转换；通过设置硬隔离方式处理复合式互通不同方向交通流的交织。立交方案对原有互通4个匝道全部利用，仅对两匝道鼻端进行调整，实现了功能性和经济性的协调统一。丙村枢纽互通的交通需求特点及项目建设条件具有一定的普适性，其十字交叉及总体架构设计思路可为后续复合式互通立交设计提供参考与借鉴。

2.加强成熟技术的集成和规模化应用，努力提高科技创新成果转化率。采油院把新技术推广和技术服务的重点放在提高油气采收率、储量动用率和节能减排三个主阵地上，加大技术集成配套及规模化推广应用力度，提高科技创新成果转化率和科技贡献率。

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