坎市互通服務(wù)區(qū)一體化設(shè)計(jì)分析

■連銘恒

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

1 引言

福建省龍巖市永定區(qū)坎市鎮(zhèn)的“莆永高速公路新增坎市互通工程”（項(xiàng)目所屬公路現(xiàn)名 “政永高速”，本文取用項(xiàng)目文件名稱“莆永高速”），在已營(yíng)運(yùn)的坎市服務(wù)區(qū)位置增設(shè)一處落地互通。 項(xiàng)目的建設(shè)有利于滿足文秀產(chǎn)業(yè)園區(qū)、坎市周邊村鎮(zhèn)居民快速進(jìn)出高速公路的需求。 項(xiàng)目工程可行性研究報(bào)告、初步設(shè)計(jì)（前階段）均已在2019 年批復(fù)，并于同年10 月以國(guó)內(nèi)公開(kāi)招投標(biāo)的方式確定了設(shè)計(jì)施工總承包。

本項(xiàng)目有3 個(gè)較為鮮明的特點(diǎn)：（1）一體化設(shè)計(jì)。 項(xiàng)目在既有服務(wù)區(qū)位置新增落地互通，該互通服務(wù)區(qū)一體化的建設(shè)有別于常見(jiàn)的單體互通、單個(gè)服務(wù)區(qū)，不能簡(jiǎn)單理解為“一處互通+一處服務(wù)區(qū)”，需按“一處互通服務(wù)區(qū)”來(lái)考慮；（2）部分工程包干制。 項(xiàng)目是采用部分工程中標(biāo)價(jià)包干的模式進(jìn)行EPC 發(fā)包，考慮到設(shè)計(jì)階段、地調(diào)地勘深度及設(shè)計(jì)精度、深度的不同，必然會(huì)有不可預(yù)見(jiàn)的變化，因此項(xiàng)目的施工圖設(shè)計(jì)要在前階段的大框架下、用地指標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)效益最大化；（3）設(shè)計(jì)施工高效配合。 該項(xiàng)目于2019 年11 月開(kāi)始施工圖設(shè)計(jì)工作，限時(shí)3 個(gè)月，計(jì)劃于2021 年春節(jié)前通車營(yíng)運(yùn)，實(shí)際建設(shè)工期僅12 個(gè)月左右，這無(wú)疑對(duì)項(xiàng)目總承包部有了更高的要求， 施工圖的設(shè)計(jì)優(yōu)化更需考慮實(shí)際施工的高效便捷。 互通服務(wù)區(qū)一體化設(shè)計(jì)的理念在該項(xiàng)目中的重要性越發(fā)凸顯， 直接影響工程建設(shè)的成敗及公路運(yùn)營(yíng)管理的合理性與安全性。 筆者結(jié)合莆永高速公路新增坎市互通工程的特點(diǎn)， 介紹該項(xiàng)目基于互通服務(wù)區(qū)一體化設(shè)計(jì)的方案優(yōu)化。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目背景與地理位置

莆永高速公路龍門樞紐互通至永定段已于2012 年1 月1 日建成通車，龍巖市永定區(qū)坎市鎮(zhèn)僅設(shè)置了坎市服務(wù)區(qū)。 隨著連接坎市鎮(zhèn)及湖雷鎮(zhèn)的坎湖路（二級(jí)、60 km/h）的建成，坎市鎮(zhèn)、文秀產(chǎn)業(yè)園區(qū)有就近接入高速公路的迫切需求。 因此新增坎市互通并改造既有坎市服務(wù)區(qū)，將打開(kāi)坎市鎮(zhèn)、文秀產(chǎn)業(yè)園區(qū)高速公路上下出入口，大大改善坎市鎮(zhèn)及其周邊地區(qū)的交通出行條件。

新增的坎市落地互通設(shè)置于永定區(qū)坎市鎮(zhèn)文館村境內(nèi)的坎市服務(wù)區(qū)，坎市鎮(zhèn)西南方。 本項(xiàng)目交叉中心樁號(hào)K210+656.951， 往北距高陂互通約8 km，距離紅坊樞紐互通約18 km； 往南距離上北互通約13 km。 區(qū)域內(nèi)主要道路有：莆永高速公路、坎湖路。項(xiàng)目地理位置見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目地理位置圖

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目采用復(fù)合式B 型單喇叭互通式立交，主線段落全長(zhǎng)約1.36 km，采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度24.5 m。 設(shè)置A、B、C、D、E、G、H、I、J 共9 條匝道， 全長(zhǎng)共計(jì)約4.28 km，根據(jù)地形地貌、用地條件及各方向通行能力，設(shè)置了路基寬度9 m 單向單車道匝道、 寬度12.5 m 單向雙車道匝道、寬度2×8.75 m 雙向分離式匝道3 種形式道路橫斷面，設(shè)計(jì)時(shí)速均為40 km/h。路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為雙輪組單軸100 kN，汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)；設(shè)計(jì)洪水頻率：涵洞、路基1/50[1-4]。

3 一體化設(shè)計(jì)方案優(yōu)化原則

在認(rèn)真研究了前階段的設(shè)計(jì)文件、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研、了解既有服務(wù)區(qū)實(shí)際運(yùn)管經(jīng)驗(yàn)后，本項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)認(rèn)真貫徹了交通運(yùn)輸部關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)思想，以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的設(shè)計(jì)理念，最大限度地保護(hù)基本農(nóng)田、周邊生態(tài)環(huán)境，通過(guò)公路建設(shè)與自然景觀的結(jié)合，有力促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)，制定以下總體設(shè)計(jì)原則，如表1 所示：

表1 一體化設(shè)計(jì)原則

4 前后設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

4.1 前階段設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

前階段設(shè)計(jì)采用主線橋梁上跨交叉的復(fù)合式B 型互通方案， 設(shè)計(jì)主線1.68 km （K209+600～K211+280）；地方左轉(zhuǎn)彎入高速的匝道、高速右轉(zhuǎn)下地方的匝道，均將左、右服務(wù)區(qū)環(huán)包入內(nèi)。

該方案在高速公路范圍內(nèi)涉及橋梁工程4 處：（1）左轉(zhuǎn)彎入高速匝道加速車道、三角段匯流，使上角 大 橋 左 幅ZK209+684 ～ZK209+854 需 拼 寬170 m；（2）2-30 m 互通區(qū)主線橋，上跨地方村道改路、A 匝道及兩側(cè)服務(wù)區(qū)內(nèi)部通道；（3）2-30 m 右服務(wù)區(qū)入高速I 匝道橋；（4）2-30 m 高速入左服務(wù)區(qū)G 匝道橋。

涉及規(guī)模較大拆除改造工程3 處：（1）因左轉(zhuǎn)彎入高速匝道加速車道匯流，ZK209+850～ZK209+952 左側(cè)既有7.5 級(jí)高邊坡需大面積拆除改造，該邊坡第1、2、4 級(jí)均滿布預(yù)應(yīng)力錨索框架，第1～3 級(jí)為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖，第4 級(jí)以上為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖； 前階段此處設(shè)計(jì)中心最大開(kāi)挖深度19.8 m；（2）因A 匝道分流右轉(zhuǎn)彎入高速匝道路線走向，YK210+750～YK211+080 右側(cè)既有6 級(jí)高邊坡需大面積拆除改造， 該邊坡第1 級(jí)中段間隔布設(shè)錨桿框架，第2、3 級(jí)中段滿布預(yù)應(yīng)力錨索框架，第4 級(jí)間隔布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架， 覆蓋層為殘積粘性土； 前階段此處設(shè)計(jì)中心最大開(kāi)挖深度為10.5 m；（3）因A 匝道下穿主線占用原下穿高速村道，需拆除既有1-7×5 m 箱涵1 處。 前階段設(shè)計(jì)平面圖示見(jiàn)圖2。

圖2 前階段設(shè)計(jì)平面圖

4.2 一體化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

一體化設(shè)計(jì)采用主線箱涵上跨交叉的復(fù)合式B 型單喇叭互通方案，設(shè)計(jì)主線1.356 km（YK209+839/ZK209+918.901～K211+195.021）。地方左轉(zhuǎn)彎入高速匝道，貫徹了一體化設(shè)計(jì)理念，改造既有服務(wù)區(qū)，增設(shè)場(chǎng)地貫穿通道替代部分匝道功能，在服務(wù)區(qū)場(chǎng)地內(nèi)完成地方駛?cè)敫咚俚慕煌ㄞD(zhuǎn)變；高速右轉(zhuǎn)下地方匝道，將右服務(wù)區(qū)環(huán)包入內(nèi)。

該階段方案在高速公路范圍內(nèi)涉及箱涵2 處：2-9.2×6.5 m 箱涵（橋），以保證A 匝道下穿主線；1-7.1×5 m 箱涵，保證兩側(cè)服務(wù)區(qū)內(nèi)通道暢通。涉及拆除改造工程1 處：因A 匝道分流右轉(zhuǎn)彎入高速匝道路線走向影響的K210+750～K211+080 右側(cè)6 級(jí)高邊坡，通過(guò)A 匝道整體向服務(wù)區(qū)方向偏移后的線型優(yōu)化，只需對(duì)第1 級(jí)邊坡進(jìn)行拆除改造，同時(shí)A 匝道的偏移，優(yōu)化了前階段下穿主線后匝道對(duì)部分基本農(nóng)田的占用。 方案圖示見(jiàn)圖3。

圖3 一體化設(shè)計(jì)平面圖

4.3 前后設(shè)計(jì)指標(biāo)比對(duì)

前階段設(shè)計(jì)和一體化設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比如表2 所示。

表2 方案各指標(biāo)對(duì)比

5 重要工點(diǎn)優(yōu)化實(shí)踐

5.1 “一體化設(shè)計(jì)”在左服務(wù)區(qū)的應(yīng)用

項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)之初， 設(shè)計(jì)人員會(huì)同建設(shè)業(yè)主、服務(wù)區(qū)運(yùn)營(yíng)管理部門在多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、討論后達(dá)成共識(shí)：“該項(xiàng)目要充分發(fā)揮出互通服務(wù)區(qū)一體化建設(shè)特點(diǎn)，最大程度提升既有服務(wù)區(qū)使用率”。 前階段設(shè)計(jì)中，地方駛?cè)敫咚僮筠D(zhuǎn)往小樁號(hào)方向的車輛，下穿主線到左服務(wù)區(qū)西南側(cè)，后通過(guò)C 匝道從左服務(wù)區(qū)南后方繞行，在K209+934～K209+684（加速車道）完成匯流入主線。 該方案的C 匝道和左服務(wù)區(qū)是完全分離、獨(dú)立的，同時(shí)由于F 匝道（左服務(wù)區(qū)車輛出口進(jìn)高速匝道） 匯入C 匝道的合流鼻端，需與C 匝道和主線合流鼻端有120 m 的最小間距，加之C 匝道需保證250 m 加速車道的硬性指標(biāo)[2]，由此產(chǎn)生了對(duì)既有服務(wù)區(qū)外370 m 范圍的影響，需拆除改造1 處7.5 級(jí)框架錨索高邊坡、 橋梁拼寬改造170 m，示意見(jiàn)圖4。

圖4 前階段左服務(wù)區(qū)平面圖

經(jīng)過(guò)調(diào)整，施工圖采用“一體化設(shè)計(jì)”，在C 匝道下穿高速到達(dá)左服務(wù)區(qū)時(shí)，直接從服務(wù)區(qū)西側(cè)進(jìn)入既有場(chǎng)地，通過(guò)改造服務(wù)區(qū)場(chǎng)地，單獨(dú)分流渠化出一條貫穿通道（承載C 匝道通行功能），導(dǎo)流至高速方向， 改造既有服務(wù)區(qū)駛?cè)敫咚俚腇 出口匝道，供場(chǎng)區(qū)內(nèi)車輛（服務(wù)區(qū)休息車輛和C 匝道車輛）駛?cè)敫咚?，貫穿通道全程按照服?wù)區(qū)場(chǎng)地內(nèi)車輛通行要求行駛；該設(shè)計(jì)將原服務(wù)區(qū)的影響范圍限于既有場(chǎng)地內(nèi)，規(guī)避了高邊坡改造和橋梁拼寬，同時(shí)通過(guò)交安設(shè)施渠化導(dǎo)向，使地方駛?cè)敫咚俚能囕v可以自主選擇是否經(jīng)停服務(wù)區(qū)后再駛?cè)敫咚俟?，最大程度提升了既有服?wù)區(qū)利用率。 施工圖方案是典型的將匝道與服務(wù)區(qū)融合， 項(xiàng)目建成投入使用后，C 匝道與左服務(wù)區(qū)出口交匯段飽和度將有所增加，目標(biāo)年高峰時(shí)段交通量為150 pcu/h， 飽和度為0.21，但仍處于一級(jí)服務(wù)水平，車流暢行無(wú)延誤。 具體示意見(jiàn)圖5。

圖5 一體化設(shè)計(jì)左服務(wù)區(qū)平面圖

5.2 曲線降速減少行車安全隱患

“一體化設(shè)計(jì)”的實(shí)施，令駛?cè)敫咚僮筠D(zhuǎn)的車輛在左服務(wù)區(qū)西側(cè)入場(chǎng)地后向北側(cè)行駛（平行于高速主線側(cè)）， 若前階段設(shè)計(jì)的西北側(cè)G 匝道入口位置不調(diào)整，則會(huì)產(chǎn)生車輛交織；同時(shí)，前階段連續(xù)下坡的G 匝道（單車道R-2000）在抵達(dá)左服務(wù)區(qū)場(chǎng)地前200 m 處， 通過(guò)113 m 的緩和曲線右分流出R-55的B 匝道，轉(zhuǎn)彎駛出高速。 根據(jù)福建省內(nèi)多地市營(yíng)運(yùn)高速公路事故調(diào)查分析，由高指標(biāo)線型快速轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭笜?biāo)線型的路段事故較為頻發(fā)，加之G 匝道為連續(xù)下坡，在R-2000 的高指標(biāo)路段，駕駛員較易快速行駛，在短距離內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)镽-55 的行駛狀態(tài)時(shí)，就容易因?yàn)檐囁龠^(guò)快、 變化不及時(shí)而產(chǎn)生安全事故，示意見(jiàn)圖6。

圖6 前階段B 匝道彎出高速平面示意圖

因此，施工圖階段提出對(duì)左服務(wù)區(qū)G 匝道的車輛入口位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)行徑B 匝道轉(zhuǎn)彎駛出高速的車輛提前干預(yù)并通過(guò)設(shè)置曲線降速的優(yōu)化方案：在主線K211+115 處 （前階段減速車道起點(diǎn)為K211+001）分流出B 匝道（雙車道），通過(guò)50 m 的緩和曲線轉(zhuǎn)換R-1000 至R-300 用于降速，之后右分流出R-70 的G 匝道，從左服務(wù)區(qū)西南側(cè)駛?cè)敕?wù)區(qū)， 與C 匝道左轉(zhuǎn)彎駛?cè)敫咚佘囕v完全分離，不產(chǎn)生交織； 駛出高速車輛通過(guò)R-300 轉(zhuǎn)R-500 轉(zhuǎn)R-55 的線型變化轉(zhuǎn)彎駛出高速，示意見(jiàn)圖7。

圖7 一體化設(shè)計(jì)B 匝道曲線降速細(xì)部平面圖

5.3 減少開(kāi)挖改造，綠色環(huán)保

“一體化設(shè)計(jì)”在左服務(wù)區(qū)的優(yōu)化實(shí)施，取消了ZK209+850～ZK209+952 左側(cè)既有高邊坡開(kāi)挖和橋梁拼寬， 而高速主線的右側(cè)得益于A 匝道往右服務(wù)區(qū)方向的偏移， 地方右轉(zhuǎn)駛?cè)敫咚俚腅 匝道也有足夠的轉(zhuǎn)彎空間，減少了對(duì)K210+750～K211+080 右側(cè)既有6 級(jí)高邊坡的改造， 由前階段最大開(kāi)挖深度10.5 m 的6 級(jí)全開(kāi)挖， 優(yōu)化至最大開(kāi)挖深度6 m，采用1∶0.5～1 變坡率滿鋪預(yù)應(yīng)力錨索框架和1∶1.0 半擋墻的防護(hù)處理，將改造范圍限于首級(jí)邊坡內(nèi)(圖8～9)。

圖8 ZK209+850～ZK209+952 左側(cè)既有高邊坡橫斷面

圖9 K210+750～K211+080 右側(cè)既有高邊坡橫斷面

5.4 消除不可控因素

項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)儆趧兾g丘陵夾沖洪積盆地地貌，根據(jù)鉆探及地調(diào)成果顯示，欲設(shè)置主線橋段落范圍內(nèi)分布可溶巖，發(fā)育有溶洞，埋藏深度不均，且溶蝕較為復(fù)雜，已知深度范圍17～45 m，洞高范圍2～18 m，充填物為軟塑-可塑含礫粉質(zhì)粘土，地表層有厚約1.6～12 m 的壓實(shí)土， 其下較厚的硬塑含礫粉質(zhì)粘土厚度5～34 m。 前階段設(shè)計(jì)的主線橋共28根樁，單根長(zhǎng)度40 m。 由于項(xiàng)目實(shí)際施工期限僅12個(gè)月，樁基施工過(guò)程中漏漿、塌孔等常見(jiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)的處理將無(wú)法預(yù)控，故綜合考慮后，采用了2-9.2×6.5 m 箱涵+ 1-7.1×5 m 服務(wù)區(qū)內(nèi)通道箱涵， 替代了原有主線橋的功能，同時(shí)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)及換填碎石保證箱涵承載力，消除了因樁基施工產(chǎn)生的不可控因素(圖10～11)。

圖10 箱涵地質(zhì)橫剖面圖

圖11 箱涵地基處理示意

5.5 預(yù)留擴(kuò)容場(chǎng)地，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)

近年來(lái)，福建省不斷升級(jí)改造服務(wù)區(qū)、停車區(qū)，服務(wù)品質(zhì)大幅提高。 伴隨著交通量的逐年遞增，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，存在服務(wù)區(qū)擴(kuò)容的趨勢(shì)。 “一體化設(shè)計(jì)”也考慮到了這一因素，故左服務(wù)區(qū)并未設(shè)計(jì)匝道環(huán)包場(chǎng)地， 區(qū)南側(cè)的開(kāi)闊地帶可供將來(lái)場(chǎng)地?cái)U(kuò)容；右服務(wù)區(qū)通過(guò)J 匝道囊括夾角地，在消化棄土的同時(shí)預(yù)留了后期擴(kuò)容場(chǎng)地，示意見(jiàn)圖12。

圖12 服務(wù)區(qū)二期擴(kuò)容預(yù)留平面示意

5.6 優(yōu)化前后情況對(duì)比

優(yōu)化前后方案對(duì)比如表3 所示。

表3 方案總體對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目在各參建單位的共同努力下，最終按一體化設(shè)計(jì)實(shí)施完成，歷時(shí)12 個(gè)月，于2021 年2 月1 日建成通車，目前運(yùn)營(yíng)狀況良好(圖13)。 項(xiàng)目充分發(fā)揮互通服務(wù)區(qū)一體化共建特點(diǎn)，秉承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的理念，具有因地制宜、緊湊合理、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)優(yōu)化線型，利用服務(wù)區(qū)貫穿通道等方式，盡可能在現(xiàn)有平整場(chǎng)地完成高速公路與地方道路的上下交通，減少、避免高邊坡開(kāi)挖及橋梁拼寬；基于一體化共建而調(diào)整服務(wù)區(qū)車輛入口方位，同時(shí)設(shè)計(jì)曲線降速，提升行車安全性；采用箱涵替代新建橋梁的方案規(guī)避巖溶發(fā)育區(qū)樁基施工風(fēng)險(xiǎn)，將施工不可控因素降至最低；充分預(yù)留服務(wù)區(qū)場(chǎng)地后期擴(kuò)容空間，并合理消化棄土；在減少總征地面積的同時(shí)，有效降低總造價(jià)。 筆者認(rèn)為，目前行業(yè)內(nèi)既有服務(wù)區(qū)位置新增落地互通的共建案例較少，尚處于探索階段，不存在絕對(duì)最優(yōu)方案，更多的是在符合現(xiàn)有立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則及相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上， 制定出更適合項(xiàng)目實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方案；本項(xiàng)目的順利實(shí)施可為類似的互通服務(wù)區(qū)共建項(xiàng)目提供借鑒和參考。

圖13 坎市互通航拍圖