晉陽高速公路改擴建工程起點立交方案設(shè)計

籍曉靖

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司,山西 太原 030012)

近年來隨著晉陽高速沿線社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和周邊路網(wǎng)的不斷完善,北留、周村及主線交通流量增長很快,2018年交通量已達47 657 pcu/d,由交通量預(yù)測結(jié)果來看,未來仍將保持較高的增長速度。高速服務(wù)水平逐年降低,部分路段擁堵嚴(yán)重,通行能力差,事故頻發(fā),安全性差。目前的道路標(biāo)準(zhǔn)難以滿足交通量、社會經(jīng)濟發(fā)展、道路服務(wù)水平、交通安全等方面的需求,實施改擴建工程刻不容緩,改擴建時機正當(dāng)其時。而作為晉陽高速公路改擴建工程起點,與晉濟高速及規(guī)劃晉城東南環(huán)高速相接的互通立交方案的合理性顯得尤為重要,根據(jù)互通式交叉的預(yù)測交通量及其在路網(wǎng)中的作用,并充分考慮地形、地物、地質(zhì)、經(jīng)濟等因素[1],通過對各互通方案的研究比選,確定最優(yōu)方案,使互通立交達到快捷、安全、舒適的目的。

1 項目概況

晉陽高速公路是山西省公路建設(shè)重點工程,是繼太舊高速公路之后的第二條高速公路,晉陽高速公路東起晉城市西南牛匠村,經(jīng)澤州、陽城兩縣,以及周村、北留、潤城、八甲口、鳳城鎮(zhèn)五鎮(zhèn),西止于陽濟公路叉口處。

擬建澤州南樞紐互通立交為晉陽高速公路改擴建工程起點,與晉濟高速公路及規(guī)劃晉城市東南環(huán)高速公路連通,項目的實施將進一步完善晉城市公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu),建成后將大大緩解市內(nèi)交通壓力,為城市間、省際間提供快速、直達、安全、經(jīng)濟、舒適的運輸通道,促進晉城市的經(jīng)濟發(fā)展,而且對優(yōu)化晉城市及山西省公路網(wǎng)布局,改善行車條件,促進晉城市乃至整個山西省的經(jīng)濟發(fā)展和旅游事業(yè)的發(fā)展,都將起到巨大的推動作用。

2 建設(shè)條件

2.1 地形地貌

擬建互通位于山西省南部晉城市境內(nèi),地處太行山南段西側(cè)。項目區(qū)地形復(fù)雜,主要為基巖山區(qū),區(qū)域內(nèi)海拔一般在500 m以上,因地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及差異風(fēng)化剝蝕等因素影響,區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育,地形切割較為破碎。項目區(qū)為黃土覆蓋基巖中低山區(qū),出露地層主要為奧陶系灰?guī)r、二疊系和石炭系的砂泥巖、頁巖、煤層等及第四系黃土等,表層黃土厚度不大,一般厚約3～10 m,局部厚約1～2 m。該區(qū)植被整體較為發(fā)育,主要為灌木叢和草本植物,坡腳分布有少許農(nóng)作物。

2.2 水文

項目區(qū)地表水主要為長河,長河屬于沁河水系,發(fā)源于晉城市郊區(qū)下村鄉(xiāng)武神山南麓,由北向南流經(jīng)晉城郊區(qū)注入沁河。境內(nèi)長度為58.15 km,流域面積317 km2,河道平均縱坡8.88‰,多年平均流量為0.463 m3/s。地下水主要為碎屑巖類裂隙水,含水層巖性為二疊系、石炭系的砂巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、節(jié)理裂隙發(fā)育的泥頁巖,大部分以層間裂隙水形式存在,除由大氣降水補給外,在溝谷中還接受河水的滲透補給,徑流受構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙的發(fā)育控制,一般垂直滲入下伏不同地層內(nèi),采煤排水及人工開采是其主要排泄方式。

2.3 氣候

項目區(qū)總體為太行山脈的組成部分,總的氣候特點是四季分明,春季干旱多風(fēng),夏季炎熱,秋季涼爽多雨,冬季寒冷,降水稀少。多年平均氣溫11.7 ℃,無霜期一般為120～195 d。多年平均風(fēng)速2.0 m/s,最大凍結(jié)深度41 cm。多年平均降水量為616.3 mm。

3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 周邊路網(wǎng)

晉城市現(xiàn)狀高速路網(wǎng)主要為晉城西北環(huán)高速、晉陽高速公路、長晉高速公路,三者共同形成一個環(huán)城高速,隨著晉城市的發(fā)展,規(guī)劃機場、高鐵站、工業(yè)園區(qū)等都位于晉城市東部,即長晉高速東面,現(xiàn)有的環(huán)線已不能適應(yīng)未來晉城區(qū)域發(fā)展的需要。因此,晉城市啟動?xùn)|南環(huán)高速公路線位規(guī)劃及晉陽高速公路改擴建研究,與既有的晉城西北環(huán)高速公路共同形成晉城區(qū)域高速公路完整環(huán)線,構(gòu)筑晉城區(qū)域高速公路閉合路網(wǎng)。擬建互通作為晉陽高速公路改擴建起點,與晉濟高速及規(guī)劃晉城東南環(huán)高速的銜接,對整個路網(wǎng)意義重大。晉城市區(qū)域高速路網(wǎng)及擬建互通位置如圖1所示。

圖1 區(qū)域周邊路網(wǎng)

3.2 設(shè)計速度

擬建互通立交為與晉濟高速公路及規(guī)劃晉城東南環(huán)高速銜接的樞紐互通立交,位于冶頭村村南沖溝附近。被交路晉濟高速公路采用設(shè)計時速為80 km/h的雙向四車道高速公路,路基寬度24.5 m,互通區(qū)晉濟高速部分路段為分離式路基。規(guī)劃晉城東南環(huán)高速公路設(shè)計時速為80 km/h,雙向四車道,路基寬度25.5 m。

由于主線和被交路的設(shè)計車速均為80 km/h,因此,擬建屬?；ネㄖ髁髟训赖脑O(shè)計速度采用60 km/h,其余匝道采用40～50 km/h。

3.3 轉(zhuǎn)向交通量

根據(jù)交通量預(yù)測,擬建樞紐互通2043年預(yù)測轉(zhuǎn)換交通量濟源市-東南環(huán)方向為23 149 pcu/d,濟源市-晉陽高速方向為13 200 pcu/d,晉城市-東南環(huán)方向為2 104 pcu/d,晉城市-晉陽高速方向為2 964 pcu/d。結(jié)合該立交交通量分布,該互通方向轉(zhuǎn)向交通量方向明確,比例明顯,根據(jù)交通量選擇立交形式為同向內(nèi)環(huán)的苜蓿葉形較為合理[2]。

4 澤州南樞紐互通方案設(shè)計

通過對該互通立交布設(shè)的地形條件、交通量大小等情況,提出了主線上跨的同向內(nèi)環(huán)的苜蓿葉方案、對角象限內(nèi)環(huán)的方案、主線下穿的方案進行研究對比。

4.1 方案一

(1)方案設(shè)計。

由于該段被交路晉濟高速為挖方,因此采用主線上跨晉濟高速的方式,兩個同向內(nèi)環(huán)之間設(shè)置集散車道以降低交織影響。結(jié)合交通量分布情況,在濟源市與東南環(huán)之間的轉(zhuǎn)向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設(shè)計區(qū)間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設(shè)計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬25.5 m。

匝道設(shè)計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡3.742%,匝道總長5994 m。互通布設(shè)形式如圖2所示。

圖2 澤州南樞紐方案一

根據(jù)要求,澤州南樞紐為分期實施互通,其中與晉濟高速之間的交通轉(zhuǎn)換為一期工程,與規(guī)劃晉城東南環(huán)高速之間的轉(zhuǎn)換為二期工程。

(2)方案特點。

優(yōu)點:①互通立交形式符合各轉(zhuǎn)向交通量需求,布局緊湊,主要交通流行車順適,能夠?qū)崿F(xiàn)主交通流(濟源與晉城東南環(huán)方向、濟源與晉陽高速方向)快速轉(zhuǎn)換。②結(jié)合既有晉濟高速填挖方情況,采用經(jīng)濟合理的主線上跨方案,占地少,工程量小。③匝道平、縱指標(biāo)較優(yōu),行車安全性及服務(wù)水平高。

缺點:兩次交通流方向設(shè)置同向內(nèi)環(huán)匝道,為消除交織影響,需設(shè)置集散車道。

4.2 方案二

(1)方案設(shè)計。

方案一雖然與交通量匹配,但是需要設(shè)置集散車道,因此提出取消集散車道的對角雙環(huán)方案。結(jié)合交通量分布情況,在西南和東北象限設(shè)置內(nèi)環(huán)匝道,在濟源市與東南環(huán)之間的轉(zhuǎn)向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設(shè)計區(qū)間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設(shè)計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬25.5 m。

匝道設(shè)計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.30%,匝道總長5 994 m?；ネú荚O(shè)形式如圖3所示。

圖3 澤州南樞紐方案二

(2)方案特點。

優(yōu)點:將同向內(nèi)環(huán)匝道改為對角雙環(huán)方案,沒有交織影響,無需設(shè)置集散車道。

缺點:①濟源至?xí)x陽高速方向作為第二大交通流,只能通過內(nèi)環(huán)匝道進行轉(zhuǎn)換,線形指標(biāo)低,不利于交通轉(zhuǎn)換,易造成擁堵。②主線與被交路均有較大縱坡,因此晉陽高速至?xí)x城市的C匝道設(shè)置半定向匝道較為困難,在較為緊湊的平面情況下,縱坡達到4.30%。較方案一,線形指標(biāo)差,行車安全性及服務(wù)水平低。

4.3 方案三

(1)方案設(shè)計。

方案一雖然與交通量匹配,但是需要設(shè)置集散車道,方案二雖然取消了集散車道,但是內(nèi)環(huán)匝道的設(shè)置與主流交通量不匹配。考慮到項目主流交通量較大,對主流方向(濟源市與東南環(huán))的匝道進行研究,提出主流方向內(nèi)交叉的立交形式,使最大主流交通量方向快速轉(zhuǎn)換。

結(jié)合交通量分布情況,在西南和東北象限設(shè)置內(nèi)環(huán)匝道,在濟源市與東南環(huán)之間的轉(zhuǎn)向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設(shè)計區(qū)間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設(shè)計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬25.5 m。

匝道設(shè)計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.50%,匝道總長6 081 m?；ネú荚O(shè)形式如圖4所示。

圖4 澤州南樞紐方案三

(2)方案特點。

優(yōu)點:將項目最大主交通流方向設(shè)置為內(nèi)交叉立交形式,線形指標(biāo)高,行車順適,能夠?qū)崿F(xiàn)主交通流快速轉(zhuǎn)換。

缺點:①由于主線與被交路均有較大縱坡,晉陽高速至?xí)x城市的C匝道設(shè)置半定向匝道較為困難,在較為緊湊的平面情況下,縱坡達到4.50%,線形指標(biāo)差,行車安全性及服務(wù)水平低。②需要將第二大的交通量設(shè)置為內(nèi)環(huán)匝道,不利于交通轉(zhuǎn)換,易造成擁堵。③由于采用內(nèi)交叉方案,A匝道入口向南推移,晉濟高速南側(cè)大橋(橋長300 m)需要加寬改造,未能充分利用既有道路資源,工程規(guī)模大。

4.4 方案四

(1)方案設(shè)計。

采用主線下穿晉濟高速的方式,兩個同向內(nèi)環(huán)之間設(shè)置集散車道以降低交織影響。結(jié)合交通量分布情況,在濟源市與東南環(huán)之間的轉(zhuǎn)向匝道采用雙車道出入口的方式,其余出入口采用單車道。

主線設(shè)計區(qū)間K-1+160～K0+730,長1 570 m,主線最小平曲線半徑1 100 m,最大縱坡2.8%,采用設(shè)計車速80 km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬25.5 m。

匝道設(shè)計車速為40～60 km/h,寬度為9 m和10.5 m。匝道最小平曲線半徑60 m,最大縱坡4.594%,匝道總長6 170 m?；ネú荚O(shè)形式如圖5所示。

圖5 澤州南樞紐方案四

(2)方案特點。

優(yōu)點:互通立交形式布設(shè)與各轉(zhuǎn)向交通量相匹配,能夠?qū)崿F(xiàn)交通流快速轉(zhuǎn)換。

缺點:①采用主線下穿晉濟高速公路方案,造成多數(shù)匝道及主線位于深挖方區(qū)域,最大挖方深度22 m,互通區(qū)景觀不佳、排水困難,土方工程及防護工程量大,造價高。②由于主線及匝道下穿晉濟高速,因此對晉濟高速的通行運營有較大影響。③由于主線與被交路均有較大縱坡,因此內(nèi)環(huán)匝道H縱坡較大,縱坡達到4.594%,線形指標(biāo)差,對于行車不利。

4.5 主要工程規(guī)模對比

各方案的主要工程規(guī)模見表1。

表1 澤州南樞紐式立交方案比較表

綜上所述,澤州南樞紐轉(zhuǎn)向交通量方向明確,比例明顯,方案一與交通量匹配性較好,更能滿足該處轉(zhuǎn)向交通的需求,雖然設(shè)置集散車道,但其工程規(guī)模與其他方案相比相對較小,且對晉濟高速公路的改造及運營通行影響最小。故澤州南樞紐推薦主線上跨的同向內(nèi)環(huán)的部分苜蓿葉樞紐互通方案。

5 結(jié) 語

澤州南樞紐互通根據(jù)各匝道預(yù)測轉(zhuǎn)向交通量,結(jié)合周邊路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃,布設(shè)四個互通方案進行比選研究,使互通立交形式及線位布設(shè)符合交通量分布特點,滿足出行需求,同時盡量減少對既有晉濟高速公路的影響,降低工程規(guī)模,最終合理確定互通立交方案。