籍晓靖

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030012)

昔阳至榆次高速公路是山西省高速公路网的重要组成部分,作为新建工程,与已运营的阳泉至左权高速公路交叉需要设立交方案,以满足交通转换需求。由于交叉位置阳泉至左权高速前后分别布设有凤居隧道和大寨服务区,另两条高速高差达27 m,对于立交方案的布设,如何在有限空间内进行展线及协调与隧道及服务区的间距,是拟建互通的主要控制因素。本文根据互通式交叉的预测转向交通量,并充分考虑受限因素,对互通方案进行研究比选,确定推荐方案,使互通立交达到快捷、安全、舒适的高标准要求[1]。

1 项目概况

昔阳(晋冀界)至榆次高速公路是山西省高速公路网的重要组成部分,它西接晋中市榆次区龙城高速公路,东接昔衡高速公路河北段。路线全长125.415 km,采用双向四车道高速公路标准建设,设计速度为100 km/h,路基宽度26 m,沥青混凝土路面。

拟建昔阳枢纽位于项目K30+310处东寨村北侧,距离昔阳县城约9 km,与运营中的阳泉至左权高速公路交叉。本项目上跨阳左高速,因本项目与阳左高速大寨服务区之间距离无法满足最小间距要求,枢纽与阳左高速服务区设计为复合式,设置贯通车道,需双侧加宽运营中阳左高速18～30 m东寨大桥。由于本项目东设闫庄互通,阳左高速北设大寨互通、南设和顺互通共出入高速公路,本枢纽距以上互通分别为7.59 km、11.3 km、24 km,因此枢纽主要服务于阳左高速公路与本项目的交通流转换,不设置出入口。

2 建设条件

2.1 地形地貌

拟建立交位置位于构造侵蚀剥蚀中山区,微地貌主要为山脊、山坡和谷地。山脊走向总体上以南北走向为主,由于风化严重,部分较平缓,属于圆山顶;山坡坡度40°～75°;沟谷多呈“U”字形,沟底宽度20～800 m,纵坡约6‰～18‰。侵蚀剥蚀低中山区地层岩性以二叠系、三叠系砂岩及泥岩、长城系石英砂岩、下元古界变质岩为主,山顶及缓坡覆盖第四系Q3eol风积黄土,沟谷底部为Q4al+pl松散冲洪积物。岩体裂隙较发育,产状平缓,属极软岩～较坚硬岩,呈整体块状和镶嵌块状结构,整体强度较高。

2.2 水文

拟建立交位置含水层为石炭系太原组、山西组灰岩、砂岩,本溪组铝土岩和铝土页岩构成区域隔水层。地下水补给来源有大气降水垂直入渗补给、上覆孔隙水的入渗补给以及地表水的渗漏补给等。富水性不均一,河谷区补径条件好,富水性强,山区、丘陵区相对较差。

2.3 气候

项目区属温带大陆性季风气候,受西伯利亚冷空气和蒙古内陆干燥气候影响,一年四季分明:春季干旱多风,夏季温和,雨量集中,多雷阵雨,秋季天高气爽,多阴雨天,日温差大,无霜期短,冬季少雪干冷,多晴朗天。冻结期始于11月上旬,解冻期为4月上旬,最大冻土深度1.0 m。

3 技术标准

3.1 设计速度

被交路阳左高速公路设计时速为80 km/h,双向四车道高速公路,路基宽度24.5 m。昔阳至榆次高速公路设计时速为100 km/h,双向四车道高速公路,路基宽度26.0 m。根据项目沿线地形、阳左高速及昔榆高速的设计速度及线性指标,拟建昔阳枢纽主流匝道的设计速度采用60 km/h,其余匝道采用40～50 km/h。

3.2 转向交通量

根据交通量预测结果,2043年通过该枢纽转换的交通量为26 156,和顺←→河北转向交通量分别为6 400 pcu/d,阳泉←→河北方向转向交通量分别为6 802 pcu/d,榆次←→阳泉转向交通量分别为7 034 pcu/d,榆次←→和顺方向转向交通量分别为5 920 pcu/d,远景年预测交通量详见图1。

图1 远景年(2043年)预测交通量示意图(单位:pcu/d)

4 昔阳枢纽方案布设

枢纽主要布线于狭长河谷位置,地形西高东低,最大高差约90 m。地物主要为东寨村民房。该枢纽布设主要受限因素为与阳左高速隧道出口、大寨服务区之间距离,以及与阳左高速间的巨大高差27 m。交叉位置距离北侧阳左高速凤居隧道出口870 m,距离南侧大寨服务区600 m,依据枢纽所处位置处的地形、地物条件,结合现场隧道、服务区等构造物的制约因素,布设了变异双T型和变异十字涡轮型两个方案。

4.1 方案一

昔阳枢纽设置于本项目与阳左高速交叉的位置,昔阳枢纽范围内主线段落为K30+310～K31+695,该段落平曲线最小半径R=1 550 m,纵坡最大值为2.5%,满足《公路路线设计规范》中,对主线设计速度100 km/h时,立交范围主线技术指标的要求。

昔榆高速与阳左高速高差较大,为使纵坡满足规范及运行要求,需要匝道有足够的展线长度;同时,为满足枢纽匝道出口与阳左高速现有凤居隧道出口之间的距离以及枢纽匝道与大寨服务区贯通辅助车道长度要求,枢纽C匝道线位整体南移,A匝道向北移,采用了迂回展线方式。该方案布设后,枢纽C匝道三角渐变段起点距离凤居隧道出口距离为300 m,B匝道入口三角渐变段起点距离凤居隧道入口距离为83 m。枢纽与服务区贯通辅助车道长度分别为802.098 m和870.47 m,上述距离均满足规范要求。枢纽方案布设见图2。

图2 昔阳枢纽方案一布置图

在该方案中,根据交通量和匝道长度确定匝道车道数和路基宽度。A、B、C、E、F采用单向双车道,变速车道采用单车道,路基宽度10.5 m。其中,A、C匝道汇流处至C、E匝道分流处之间路基宽度12.5 m;B、F匝道汇流处至B、D匝道分流处之间路基宽度12.5 m;D匝道采用单向单车道,路基宽度9.0 m。A、B、C、D、E、F有效长度分别为1.041 km、1.681 km、1.546 km、0.42 km、0.495 km、1.108 km。加速车道采用平行式,减速车道采用直接式,变速车道范围内主线纵坡大于2%小于3%,需要进行长度修正。

根据整个互通区各段的平、纵面线形、地形、水文状况等,通过边沟、排水沟、截水沟及涵洞将水排出互通区。该互通与阳左高速主线交叉7次,均为上跨阳左高速公路;各匝道与本项目主线交叉均采用匝道下穿。

4.2 方案二

对拟建枢纽采用十字枢纽常规形式的布设方案进行了研究,方案二与阳左高速交叉采用变异涡轮型交叉形式。

该方案B、G匝道均需采用较小半径(110、140 m)U型曲线迂回展线,C、E、H三条左转匝道高差过大,均需增加设置小半径曲线螺旋展线一周,才能接入对象道路高程。该方案匝道设置紧凑,用地集中;但多条螺旋型匝道行驶体验较差;匝道间相互交叉跨越次数很多,匝道桥跨径复杂,桥梁高度很大,部分桥高超过50 m,需要设置8座钢箱梁匝道桥,匝道桥梁总长度达5 084 m,工程量巨大。

4.3 方案对比

方案一特点:在满足匝道出口与隧道之间最小安全距离及枢纽与服务区贯通辅助车道距离的前提下,选择变异双T型方案,依沿线地形进行了展线,该方案工程量较小、桥梁规模低,土方量较大,占地亩数多。

方案二特点:同样在满足匝道出口与隧道之间最小安全距离及枢纽与服务区贯通辅助车道距离的前提下,选择变异十字涡轮型方案,该方案桥梁工程量巨大,土方工程较小,线性指标相对高,占地集中,占地规模较小。但是多条螺旋型匝道行驶体验较差。

各方案的主要工程规模见表1。

表1 昔阳枢纽立交方案比较表

综上所述,昔阳枢纽布设受阳左高速隧道出口、大寨服务区之间距离的限制,在满足匝道出口与隧道之间最小安全距离及枢纽与服务区贯通辅助车道距离的前提下,综合考虑枢纽工程量及使用体验,推荐方案双T型枢纽方案,即方案一。

5 结 语

昔阳枢纽互通根据各匝道预测转向交通量,在满足匝道出口与隧道之间最小安全距离及枢纽与服务区贯通辅助车道距离的前提下,布设两个互通方案进行比选研究,最后选择工程规模小、行驶体验好的互通方案。本文的比选论证方法对于类似项目的互通立交方案布设有一定的参考和借鉴意义[2]。