復雜條件下的樞紐立交改擴建總體設計
——以常州市龍江路—長虹路立交為例

王穎成

(常州市市政工程設計研究院有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引 言

城市大型立交一旦建成，必將成為城市交通體系中重要的節(jié)點，有的立交改造難度也十分的大，既要保證原有交通體系中重要交通流的運營，還要克服各種既有結構物和不利因素的影響，做到多方案比選，優(yōu)中選優(yōu)。常州市龍江路—長虹路立交就是這樣一座制約因素多，改造設計難度極大的立交，設計克服缺失匝道多，空間形態(tài)差，受制約因素多的不利影響，以交通預測為基礎，合理布設匝道及墩柱，并仿真校驗，從而保證了立交的運營順暢。

1 項目背景

2006年，常州市規(guī)劃了由龍江路、龍城大道、青洋路、長虹路、中吳大道構筑而成的“日字形+放射線”結構的城市快速路網，主要服務于常州中心城區(qū)、武進中心城區(qū)、新北區(qū)[1]。龍江路—長虹路立交位于快速路網的西南角。

2008年，龍江路—長虹路立交隨常州高架道路一期工程建成通車，在龍江路—長虹路立交節(jié)點向西，向南均規(guī)劃為主干路，高架主線按接入地面主干路考慮，東北方向采用環(huán)向主線連接，強調了常州和武進中心城區(qū)間的快速聯(lián)系，同時為金壇與常州之間的交通聯(lián)系，設置了西向北的苜蓿葉匝道，其余流向通過菱形匝道及地面道路轉換，因此該立交是一座僅有十字直行和環(huán)線轉向的部分互通B類立交。

隨著武進區(qū)大力發(fā)展西太湖及金壇市的撤市建區(qū)，常州城市空間結構發(fā)生了較大的變化，龍江路南延于2011年建成為高架快速路，長虹西路、金武線也將與本立交同步改造成為地面快速路，龍江路—長虹路立交四個方向全部成為快速路(見圖1)，現(xiàn)狀部分互通匝道的缺失及現(xiàn)有金壇和常州方向的連接匝道交通功能的不足，使其難以承擔樞紐型互通立交的交通功能，成為常州快速路網中的瓶頸，快速路交通不能實現(xiàn)快速轉向，無法滿足常州、武進、金壇交通一體化發(fā)展的需求，本立交改造為樞紐型全互通立交是非常必要和迫切的。

圖1 常州市快速路網(2013年，實線為已建成段)

2 現(xiàn)狀立交存在問題及改擴建限制因素

2.1 現(xiàn)狀立交存在問題

(1)部分互通立交，缺少五條轉向匝道

本立交東北方向為環(huán)向主線，西向北采用環(huán)圈匝道，缺失五個流向的轉向互通匝道：東南方向一對左右轉匝道，西南方向一對左右轉匝道及北向西右轉匝道。

(2)西向北環(huán)圈匝道及西向東、南向北主線分合流段通行能力不足

隨著金壇撤市建區(qū)、長虹西路快速化建成，遠期西向北流量將有較大幅度的增長?，F(xiàn)狀西向北采用環(huán)圈匝道，由西向東主線分離后經環(huán)圈匝道并與南向北主線合流，A段雙車道，需承擔金壇至常州、武進兩個方向流量，預測遠景年服務水平Ⅲ級，接近飽和狀態(tài)；B段單車道，遠景年服務水平Ⅳ級，達到過飽和狀態(tài)；C段雙車道，需承擔金壇至常州、西太湖至常州兩個方向流量，遠景年服務水平Ⅲ級，接近飽和狀態(tài)；現(xiàn)狀主線或匝道服務水平不滿足設計要求，無法承擔遠期交通增長的需求。如果能剝離金壇至常州方向的流量，將大幅改善立交的運行水平。

2.2 改擴建限制因素

立交所處位置現(xiàn)狀條件較為復雜，且建設之初也未有意識預留遠期改造余地，主要限制因素如下。

(1)現(xiàn)狀立交為X異形立交，龍江路、長虹路主線在立交范圍均為分幅橋梁，龍江路北轉長虹路東按雙向六車道主線橋梁布置，造成了立交中心區(qū)域橋墩密集，對新建匝道的選型、穿越、布墩帶來了較大的限制。

(2)現(xiàn)有500 kV茅斗線位于長虹路高架主線南側40 m處(東西方向)，本次立交改擴建，新建匝道不但要避開高壓線路，確保高壓鐵塔不遷移，同時也要滿足其凈空要求，并保證施工期間的安全。

(3)本立交在建設之初未對遠期立交新增匝道進行預留，對新建匝道的選線、與主線現(xiàn)有高架橋梁相接處的拼接也帶來較大的困難。

(4)立交改擴建期間主要流向交通不得中斷，否則將影響到高架系統(tǒng)整體運行。

3 立交改擴建設計總體思路

(1)整合立交現(xiàn)有空間資源，完善立交服務功能，將部分互通立交改造為樞紐型全互通立交。

(2)以交通量預測為依據(jù)，確定新建匝道形式，完善立交功能，并對現(xiàn)有主線或匝道進行改善[2]。

(3)充分利用原有菱形匝道進行改造，新建匝道利用菱形匝道端部接入主線，減少主線橋梁拼寬工程量。

(4)拼寬橋梁風格與現(xiàn)有橋梁協(xié)調一致，整體美觀。

(5)避免地面交叉口中心區(qū)域設墩，最低限度影響地面交通組織。

(6)降低施工期間對現(xiàn)狀立交運行的影響，維持環(huán)線方向和直行方向的交通通行。

立交改造不影響500 kV高壓線的正常使用。

4 互通節(jié)點總體設計方案

4.1 新建匝道選型

龍江路—長虹路立交新建匝道中三支為右轉匝道，兩支為左轉匝道，右轉匝道一般采用定向形式，本次選型重點是新建兩支左轉匝道的選型，南向西左轉匝道(SW匝道)和東向南左轉匝道(ES匝道)。根據(jù)設計總體思路及交通量預測情況，提出以下三個方案：雙環(huán)圈、半定向+環(huán)圈、雙半定向三方案中進行比選(見表1)。

表1 新建左轉匝道選型綜合對比表

雙半定向方案雖然征地拆遷費用略高，但在設計速度、線形流暢度、總體交通功能、施工期間和建成后地面交通組織均取得最佳效果[3]，故經技術經濟比選后，確定采用雙半定向方案。

4.2 既有匝道改建

基于雙半定向方案，同時對現(xiàn)有WN匝道進行改建。

西向北左轉匝道(WN匝道)，原環(huán)圈匝道擴建為雙車道匝道，與WE和SN主線合并段為確保服務水平需進行拓寬，但在受現(xiàn)有橋墩限制無法拓寬的情況下，環(huán)圈匝道以外的西向北流量不再由WE主線和SN主線通行，將其與WE主線和SN主線分離，環(huán)圈匝道西側接入流量較小的WS匝道，北側接入東北角現(xiàn)有的上匝道，該匝道在向北走線時，需要經過現(xiàn)狀環(huán)向主線區(qū)域，現(xiàn)狀橋墩密集，設計中在極為困難的情況下，利用現(xiàn)有環(huán)向主線(位于四層)和EW主線(位于二層)層間及密集橋墩之間的有限空間，成功布線，將WN匝道與主線徹底分離，使WN匝道、WE主線、SN主線均滿足設計服務水平要求。

經服務水平分析，并采用VISSIM軟件模擬仿真，立交服務水平滿足Ⅱ1級服務水平，各條匝道服務水平均滿足Ⅱ2級服務水平。

4.3 WN匝道現(xiàn)有環(huán)圈部分擴建方案

現(xiàn)有環(huán)圈匝道匝道部分，半徑60 m，標準斷面0.5 m(防撞墻)+7.0 m車行道+0.5 m(防撞墻)，總寬8.0 m，車道布置為單車道+緊急停車道，未設置加寬?；诹⒔豢傮w方案，環(huán)圈部分需擴建為雙車道匝道，考慮加寬后，環(huán)圈匝道斷面布置為：0.5 m(防撞墻)+9.80 m(機動車道)+0.5 m(防撞墻)=10.80 m。擴建方案分別為拓寬方案及改造方案。

方案一：拓寬方案

基于現(xiàn)狀匝道拓寬，縱斷面與現(xiàn)狀一致，沒有得到改善，起伏較大，安全性、舒適度不佳(見圖3)。小半徑環(huán)圈橋梁拼接施工難度大，較難控制線型和橫坡的平順性。拼接處存在通長環(huán)形伸縮縫，扭轉變形大，易錯臺、脫開，安全性差且不美觀。方案一工程建安費為755萬元。

圖3 方案一縱斷面圖

方案二：改造方案

拆除現(xiàn)有環(huán)圈匝道上部結構及立柱，保留下部樁基，縱斷面線形極大優(yōu)化，環(huán)圈行車條件、舒適度提升顯著(見圖4)。橋梁不需要拼接及通長設置伸縮縫，行車安全舒適。方案二工程建安費為985萬元。

圖4 方案二縱斷面圖

經上述兩方案綜合比選，在建安費僅增加230萬元的情況下，WN匝道環(huán)圈部分擴建確定采用方案二，保留下部樁基，新建承臺立柱及上部結構。

4.4 高壓線及拆遷情況

本工程范圍的4路高壓桿線：500 kV茅斗5 265線(架空線)、110 kV東滆17 703線(在立交范圍為入地線)、35 kV綠源線(架空線)、10 kV永光線(架空線)。500 kV高壓線滿足14 m凈空要求，35 kV、110 kV高壓線滿足7 m凈空要求，同時500 kV高壓鐵塔和110 kV、35 kV高壓電桿不遷移，立交改擴建對上述三路高沿線均無影響，僅10 kV高壓線遷移。立交總體方案也避免了東南角成片廠房的拆遷，僅民居平方拆遷2處。

4.5 地面道路交通組織

地面道路設計時統(tǒng)籌了新老橋墩的布置，地面道路改造平面服從于高架橋墩。根據(jù)現(xiàn)有及新設橋墩對地面輔道進行優(yōu)化布置，內側輔道基本保留利用，對需繞行至匝道外側的地面輔道進行新建，成功將新建匝道的所有橋墩設置于地面道路的綠化分隔帶中，雖然新設了數(shù)量較多的高架匝道橋墩，但沒有對地面的交通組織產生任何影響，確保了地面的安全順暢。

4.6 橋梁工程拼寬設計

本著協(xié)調美觀的原則，本工程新建高架橋梁采用與已建成高架道路系統(tǒng)保持一致，采用弧形箱梁的斷面型式，標準段為三跨一聯(lián)連續(xù)梁結構。目前國內橋梁工程拼寬的主流方式主要有兩種：一種是上部結構采用植筋、鋼筋綁扎等手段直接拓寬，另一種是拓寬部分結構與現(xiàn)在橋梁結構相互獨立。

根據(jù)計算分析，本工程現(xiàn)狀主線橋梁為無懸臂弧形梁結構，且橫梁及橋面板有大量橫向預應力束，若采用第一種方式直接拓寬，不僅將改變現(xiàn)狀橋梁橫向受力方式及體系，而且構造上非常困難，因此，最終確定采用第二種方式拓寬，即拓寬部分結構與現(xiàn)在橋梁結構相互獨8)。

縱縫的傳統(tǒng)處理方式是通長設置型鋼伸縮縫，其構造簡單，受力明確；但缺點也非常明顯，行車舒適性差，兩側混凝土帶與瀝青路面外觀差異很大，非常不美觀，結構易滲水，損壞以后破拆、維修時間較長。本工程采用無縫伸縮縫，不僅施工快、平整度好，行車舒適，而且外觀與瀝青路面較為接近，運營期養(yǎng)護維修快捷。

5 結 語

在常州市城市空間結構發(fā)生了較大變化、四個方向全面建成快速路的情況下，龍江路—長虹路立交由部分互通B類立交，改擴建為樞紐型全互通A類立交，將常州市高架環(huán)線、龍江路高架南延、長虹西路快速路有機連接成網，全面提升了四個方向快速交通轉換效率，其交通樞紐功能得到根本性提升，徹底消除了常州市快速路網中的瓶頸，改善了常州、金壇、武進及S39高速公路交通轉換的便捷性，使常州、武進、金壇快速交通一體化系統(tǒng)全面完成，較好地引導城市空間合理地拓展，拉開城市發(fā)展的框架。目前，工程已建成通車，總體運行良好，并獲得了江蘇省優(yōu)秀設計一等獎及江蘇省“揚子杯”優(yōu)質工程獎。