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山区某高速公路互通立交方案设计 孙彦卓 中交综合规划设计院有限公司 摘 要：结合重庆万州至湖北利川高速公路(重庆段)龙驹互通立交施工图方案设计，从功能、方案提出、方案比选介绍互通立交方案确定流程和方法。通过技术指标与交通量适应性评价、典型路段(如交织路段、出入口影响区)通行能力与交通量的适应性评价及服务水平评价等手段来确保互通立交方案在功能、可实施性、造价等方面综合达到最优。 关键词：立交设计;方案比选;迂回式;B型变异单喇叭形; 1 工程概况龙驹互通连接潭漳侠风景名胜区，主要解决国道、县道车辆上下高速公路的需求。2034年远景转向交通量分别为6 237 pcu/d和3 033 pcu/d, 主要交通流为响滩镇往返万州方向，见图1。互通主线设计速度为80 km/h, 匝道设计速度为35 km/h。
图1 龙驹互通转向交通量及换算 2 工程难点及设计方案2.1本互通立交方案设计难点(1)受地形条件限制及交叉点之前隧道和之后主线收费站的设置限制[1],互通立交位置相对比较固定，且主线走位较高，位于山腰，仅能充分利用局部微地形勉强布置互通立交方案。 (2)互通立交距离隧道进出口较近[1]。根据以上限制条件，设计能够较好地满足互通功能要求的方案是设计的重点和难点。 2.2设计方案施工图阶段设计，首先对初设方案进行深入研究、调查、分析，摸清地形、地质、规划、用地、拆迁、构造物间距等全部控制因素，在此基础上判断方案合理性，进行细部优化设计或针对初设方案弊端提出新的优化方案。 2.2.1方案1该方案为初设方案，见图2,匝道布置简单明了，较好利用了有限的地形条件，工程规模也比较合理，但存在以下主要问题。
图2 方案1:龙驹互通迂回式 (1)辅助车道与主线形成的交织区距离隧道口较近，出口与隧道洞门间距仅159.652 m, 入口与隧道洞门间距196.313 m, 且U匝道回头部位上跨主线位置紧邻隧道洞门，存在较大的安全隐患[2]。 (2)主线左右两侧交织区和U匝道的设置，严重影响了主线的功能与行车安全。 (3)响滩镇与万州之间往返两个主流转向交通方向绕行距离过长。 2.2.2方案2基于解决上述问题的思路出发，提出施工图优化比较方案，见图3,即B型变异单喇叭形方案。该方案优化了进出口与隧道间距，提高了行车安全性。避免了辅助车道与主线的交织，提高了主线的服务水平，降低了安全风险，并大量缩减了绕行距离。
图3 方案2:龙驹互通B型变异单喇叭形 该方案因地形条件所限使匝道展线受限严重，存在一处76.3 m深挖边坡。根据地质钻探资料，该段地质条件较好且其他干扰因素较少，采用“分级放坡+锚杆框架梁防护”方案进行处治，可确保工程安全。 3 方案比选因方案1主要问题为交织区及交织区出入口对主线服务水平、安全隐患及主转向交通绕行的影响，易形成本项目主线的交通瓶颈路段或事故多发路段，方案2取消了交织区，以期较好地解决上述问题。故本次方案比选以互通区典型路段的交通功能、服务水平作为主要比选指标，并结合技术指标、经济指标、施工难度、交通发展可持续性进行综合比选。 3.1典型路段(交织路段、出入口影响区)通行能力与交通量的适应性及服务水平评价现仅针对可能出现问题的段落或具有代表性的位置进行评价，包括方案1的交织路段和方案2中取消交织段后主线左侧的进、出口[2]。 3.1.1方案1交织路段的评价方案1主线左右两侧均存在交织段，交织段长度及交通组成相当，现仅对主线左侧A-U匝道间辅助车道与主线形成的交织区进行服务水平及通行能力评价。 (1)交织区交通运行参数，见图4。
图4 交织区结构形式及主要参数 D—B流量=2 728辆/h, D—A流量=237辆/h, C—B流量=487辆/h, C—A流量=237辆/h;高速公路设计速度80 km/h;交织段长度L=274.904 m。交织区内总车道数N=3。 (2)计算交通流率：交织段内总的交织流率Qw=QCB+QDA=487+237=724 pcu/h。 交织段内总的非交织流率Qnw=QDB+QCA=2 728+237=2 965 pcu/h。 总的交织流率Q=Qw+Qnw=724+2 965=3 689 pcu/h。 流率比QR=Qw/Q=724/3 689=0.196。 交织比R=Qw2/Qw=237/724=0.327。 (3)确定交织区构型：由于D→A和C→B的交通流均需变换1次车道，则该交织区为A型交织区。 (4)确定交织区运行状态：①计算交织强度系数Ww和Wnw见式(1)。 Wi=a(1+QR)b(QN)c(3.28L)d (1)Wi=a(1+QR)b(QΝ)c(3.28L)d (1) 式中：Wi为交织强度系数；QR为流率比；Q为交织区总流率，pcu/h; N为交织区总车道数；L为交织区长度，m; a,b,c,d为标定的常数。 假定本交织区非约束运行，式(1)的计算常数为：a=0.15,b=2.2,c=0.97,d=0.80,则交织强度系数为Ww=0.955;计算非交织强度计算常数为a=0.003 5,b=4.0,c=1.3,d=0.75,代入上式，则非交织强度系数为Wnw=0.452。 ②计算交织、非交织车辆运行速度Vw、Vnw见式(2)。 Vi=Vmin+Vmax−Vmin1+Wi (2)Vi=Vmin+Vmax-Vmin1+Wi (2) 式中：Vi为运行车辆的平均车速，km/h;Vmin为交织区内可能的最小车速，km/h;Vmax为交织区内可能的最大车速，km/h;Wi为交织强度系数。 根据以往研究成果，最小车速一般取24 km/h,最大车速取设计速度加8 km/h。由此，交织与非交织速度为： Vi=24+88−241+WiVi=24+88-241+Wi 经计算：Vw=56.731 km/h; Vnw=68.068 km/h。 ③确定运行状态见式(3)。 Nw=1.21(N)Q0.571RL0.234/V0.438ww0.438 (3) 非约束运行条件下Nwmax=1.4。经计算，Nw=0.881<Nwmax,证明假定成立。 (5)计算交织区状况评价指标：①交织区速度见式(4)。 V=Q(QwVw)+(QnwVnw)=3689(72456.731)+(296568.068) (4)V=Q(QwVw)+(QnwVnw)=3689(72456.731)+(296568.068) (4) 经计算，V=65.5 km/h。 ②交织段车流密度见式(5)。 K=(QN)V=(36893)65.5 (5)Κ=(QΝ)V=(36893)65.5 (5) 经计算，K=18.8 pcu/(km·ln)。 (6)确定服务水平：C级服务水平的临界最大密度为17 pcu/(km·ln),D级服务水平的临界最大密度为22 pcu/(km·ln),因此该交织区为D级服务水平。 (7)交织区通行能力评价：A型交织区，交织区车道数3条、D级服务水平条件下的最大服务交通量为4 740 pcu/h>3 689 pcu/h,通行能力满足D级服务水平要求。 3.1.2方案2出入口路段的评价方案2主线两侧的进、出口设计交通量一致，同时为便于与方案1交织路段的服务水平和通行能力进行对比，所以仅以对主线左侧的进、出口进行评价。 (1)出口匝道分流影响区的评价。①出口匝道分流影响区通行能力分析。 分流进入匝道之前450 m范围内无进口匝道， 所以按孤立匝道进行分析计算，见图5。
图5 分流影响区结构形式及主要参数 (a)根据工可交通量，可知QF=2 728 pcu/h; QR=237 pcu/h。因本高速公路单向断面为双车道，所以Q12=QF=2 728 pcu/h; QFO=QF-QR=2 491 pcu/h。 (b)经计算，出口匝道通行能力CR=1 825 pcu/h, 上、下游高速公路在C级服务水平下、车道数为2条时的最大服务交通量为3 150 pcu/h, 本项目主线单向车道数为2条，所以CF=CFO=C12=3 150 pcu/h。 (c)由上述结果可知，QR<CR,QF<CF,QFO<CFO,Q12<C12,可以判断该处交通流在C级服务水平下处于稳定状态。 ②出口匝道分流影响区服务水平评价。 (a)计算分流影响区的车流密度见式(6)。 KR=2.642+0.005 3 Q12-0.018 3 LD (6) 式中：LD为减速车道总长度。 经计算，KR=13.4 pcu/km/ln。 (b)C级服务水平下限的密度区间为12～17 pcu/km/ln, 则该分流影响区的车道密度处于C级服务水平。 ③结论：驶出匝道分流影响区域服务水平为C级；通行能力满足C级服务水平要求。 (2)进口匝道合流影响区的评价。与出口匝道分流影响区的评价采用同样方法，可得出如下结论：驶入匝道合流影响区域服务水平为C级；通行能力满足C级服务水平要求。 3.2设计方案比较(表1)表1 龙驹互通各方案比较
经综合比较，方案2虽造价较高，但互通立交一旦建成既为永久性建筑，事后改造成本更为可观。所以本着提高互通功能，满足合理的基本交通需求，并考虑运营期车辆出行成本及减少排碳、利于环保、提高安全性能的角度出发，最终确定方案2为推荐方案。 4 结语山区高速公路互通立交设计控制因素多，地形地质条件复杂，精细化、精准化的设计对工程规模和建设运营安全影响很大。就互通立交而言，每一个互通立交都相当于一个独立的项目，需综合考虑外部控制因素与内部各专业设计的相互影响，最终确定综合合理的互通立交方案。 参考文献[1] JTG/T D21-2014 公路立体交叉设计细则[S]. [2] 美国交通研究委员会.道路通行能力手册(HCM2000中译本)[M].北京：人民交通出版社，2007.  |
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