复杂条件下城市快速路与高速公路立交方案研究

2024-01-27马向南

中国新技术新产品 2023年24期

马向南殷威

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010）

随着汽车保有量增加，城市交通拥堵问题愈加严重，为缓解交通拥堵，建设城市快速路成为趋势，城市快速路与高速公路交叉处应建设枢纽型互通，钱城分析城市快速路兼高速公路建设复合式枢纽立交思路[1]。张田探讨城市建设区在高速公路等因素限制条件下，经立交优化四方案比选确定合适立交形式[2]。宋宇衡以机场高架快速路与高速公路互通节点改造方案为例，阐述利用现有高速公路资源改造提升，实现高速公路与快速路间“客货分离”、“高快一体“的安全、高效的用途[3]。李巧珍等以广州高速公路与城市道路衔接为例，剖析现有的问题，综合考虑道路网车流分布和结构形态，提出衔接优化方案[4]。苑红强分析了中心城区对外交通与高速公路衔接的关键问题，解决城市对外交通问题[5]。国内设计师分享城市快速路与高速公路交叉建设立交的经验，可以给项目提供参考。

该项目是城市中心城区北部片区进入高速公路缓堵保畅的新通道，现在北部片区进入高速公路主要通道为项目西侧城市主干路，交通承载量较大，严重拥堵，随着出行和交通量大幅增长，导致城市内部交通与对外交通重叠，西侧互通式立交无法满足需求。

根据城市综合交通体系规划及控制性详细规划，城市快速路与高速公路规划为枢纽型全互通立交，“高快”结合，与规划统一；改善区域交通重要节点，结合城市路网交通模型，分别对高速公路在城市快速路新增或不新增收费出入口两种情况进行预测，结果表明，新增收费出入口可更好地适应交通量变化。

1 条件及上位规划

1.1 建设条件

市政道路A采用高架一跨跨越高速公路（高速公路横断面宽为35m，单幅车行道宽为15.25m，土路肩宽为0.75m，中央分隔带宽为3m），主跨跨径为50m，并分别跨越城市主干路B南北辅道后落地；在高速公路两侧布置城市主干路B南北辅道，城市主干路B辅道与高速公路间绿带宽约50m，城市主干路B与市政道路A已建全苜蓿叶型立交，该项目距东侧立交中心约2.5km，距西侧立交中心约4.0km。非机动车及行人可通过距离市政道路A东侧约70m的慢行系统天桥，跨越高速公路南北两侧，总宽约为12m，该慢行天桥采用两跨跨越高速公路，跨径均为25m。建设条件如图1所示。

图1 建设条件简图

1.2 上位规划

1.2.1 用地规划

城市快速路—高速公路立交节点规划立交用地空间布置为星型状，立交用地范围与规划城市快速路—高速公路立交用地范围基本重合，该立交设置应充分考虑与全苜蓿叶立交相互关系，立交周边主要以居住、绿化及商业用地为主。

1.2.2 道路路网及控制性详细规划

根据城市综合交通体系规划，该市政道路A等级为城市快速路，是区域中远距离、快速通过性交通的重要通道，在与高速公路交叉处规划布置为枢纽型立交。根据《道路控制性详细规划》，在高速公路新增规划出入口布置互通立交，该节点主要交通流向为南北方向直行，各方向转向交通量相差不大，根据直行交通量规模，该立交直行方向车道数应控制在双向六车道，因此维持苜蓿叶立交形式不变，同时为满足城市快速路与高速公路的衔接转换需求，须在原立交基础上增加城市快速路与高速公路的转向匝道，为立交在结构上不冲突，规划建议可在原立交基础上设置1个环形立交和4个右转定向匝道，在高速公路两侧防护绿地中设置收费口。

1.3 功能定位

高速公路功能定位：该市重要环线高速公路，屏蔽过境交通，缓解城区交通压力，与通往城市主城区的各条高等级公路形成互通立交，构建立体公路网络。

城市快速路功能定位：联系高速公路两侧南北向快速通道；区域内部与高速公路交通互相转换的重要通道。

枢纽立交功能定位：城市快速路与高速公路交叉点；该市北部片区与高速公路直接联系的快速转换节点，按照相交道路等级，应布置为枢纽全互通立交。

2 立交方案设计

2.1 主要技术标准

2.1.1 主线城市快速路技术标准

市政道路A跨越高速公路，因此在市政道路A两侧设置主线城市快速路，分两幅跨越高速公路，单幅桥宽度为13m（0.5m防撞护栏+0.5m路缘带+2m×3.75m机动车道+3.5m+0.5m路缘带+0.5m防撞护栏），主线城市快速路左、右幅主线速度设计为80km/h，技术标准见表1。

表1 主线城市快速路技术标准一览表

由于高速公路中央分隔带宽仅为3m，若布设桥墩则会破坏原交通安全设施，桥墩施工会严重影响交通，因此建议一跨上跨高速公路通过。主线城市快速路桥墩布置与市政道路A跨高速公路桥墩位置一致，为使桥墩布置不过于凌乱，主线城市快速路桥主跨设置为50m，使主线城市快速路左幅跨线桥墩、市政道路A跨线桥墩和主线城市快速路右幅跨线桥桥墩对应，能增加高速公路车辆行车视距，保障行车安全。

由于50m跨径较大，如果采用等高梁，较高的梁高就会使结构显得笨重和压抑，还会与相邻跨的桥梁在交界墩处形成错台，严重影响桥梁美观，因此，上部结构选择采用三跨变高度连续钢箱梁，结构轻盈，同时也能满足桥下通行净空要求。

2.1.2 匝道技术标准

该立交涉及市政道路及公路，按照城市道路设计规范设计，将城市匝道用于立交匝道部分；公路匝道用于出入收费站及与高速公路接线端，技术标准详见表2。

表2 匝道技术标准一览表

主线城市快速路左、右幅跨线桥墩，与现状市政道路A跨线桥墩位置保持一致，在高速公路中央分隔带范围内不立桥墩，立交匝道跨越高速公路采用钢箱梁一跨上跨高速公路通过。

2.1.3 变速车道技术标准

根据《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21—2014）10.2条及《城市道路交叉口设计规程》（CJJ 152—2010）5.5条，变速车道的规定见表3。

表3 变速车道技术标准一览表

2.2 立交选型方案比较

2.2.1 交通流向定性分析及交通量预测

该节点两主线直行方向为最重要交通流向，转向交通由城市内部交通与高速公路的联系组成，即城市快速路南侧交通与高速公路转换，随着北部区域发展，北侧与高速公路两者联系将愈发紧密。因此，该立交直行方向交通等级最高，南侧与高速公路流向等级次之，北侧与高速公路流量逐步增加，等级与南侧基本一致。

高速公路直行交通量最大，城市快速路直行交通量较大，两直行是最重要的交通流向，各转向交通量基本相同。

2.2.2 立交方案一

为合理利用红线空间，采用紧凑、对称布置的4层半“涡轮型”互通式立交，左转均采用迂回半定向匝道，如图2所示，第一层：高速公路主线，第二层：城市快速路分幅主线，在第一层至第四层间布置各转向匝道。

图2 立交方案一线位简图

立交包括4条左转和4条右转匝道，考虑蓄车、抛锚等因素均采用双车道，车行道净宽为7.5m，匝道合流及汇入主线通过交通渠化按单车道汇入，利用“苜蓿叶型”立交作为地面交通转换层，形成层次分明的“快接快，慢接慢”系统。

2.2.3 立交方案二

立交采用4层“双环+半定向”组合全互通立交，如图3所示，交通量最大的东—南、南—西采用半定向匝道，交通流量较小的北—东、西—北采用环形匝道，受立交层次限制，两环形匝道因为须克服较大高差问题，所以导致匝道进出段长度仅为100m，有一定交织。第一层：高速公路主线；第二层：城市快速路分幅主线；第四层布置东—南、南—西匝道半定向匝道；其余匝道在第二层与第三层间。

图3 立交方案二线位简图

立交包括4条左转和4条右转匝道，除北—东、西—北环形匝道布置为单车道外，考虑蓄车、抛锚等因素，其余匝道均采用双车道，车行道净宽为7.5m，当匝道合流及汇入主线时，通过交通渠化按单车道汇入。利用“苜蓿叶型”立交作为地面交通转换层，形成层次分明的“快接快，慢接慢”系统。

2.2.4 方案综合比选

通过综合对比两个方案的立交综合能力、交通功能、线性标准、立交层次、施工难度、景观效果、环境影响、用地控制和工程造价，该项目推荐采用方案一涡轮型互通式立交方案。比选结果见表4。

表4 城市快速路-高速公路立交方案比选一览表

2.3 收费站位置比选

参考收费站通常的布置类型，结合现有建设条件，该项目收费站考虑采用与高速公路平行布置式（4个收费岛）及与城市快速路共线式（2个收费岛）。

方案一：与高速公路平行布置式，如图4所示，该方案利用高速公路与城市主干路B间的防护绿带布置收费岛，分离布置4座收费岛，分别为两座入口和两座出口岛。

图4 布置方案一：与高速公路平行式

方案二：与城市快速路共线式，如图5所示，利用城市快速路集约布置两座收费岛。

图5 布置方案二：与城市快速路共线式

方案论证：城市快速路在高速公路以南规划红线宽为100m，在高速公路以北规划红线宽仅为60m，周边地块已受规划控制或已开发，无拓展空间，单岛布置宽度通常在80m～120m，红线范围内难以满足收费岛布置需求，无空间布置城市快速路、地面辅道及人非等系统，将收费岛布置在高速公路两侧绿地内可解决高速公路与城市快速路间联系，综合对比两个方案后推荐采用方案一，将收费站布置在高速公路两侧绿地内。方案比选见表5。

表5 收费站位置方案比选一览表

3 立交间净距分析

3.1 与东侧立交净距分析

东侧立交南侧减速车道渐变段起点距市政道路A主线约1920m，北侧加速车道渐变段终点距离市政道路A主线约1850m；根据实际设计匝道及布设收费站后，新建城市快速路—高速公路立交南侧加速车道渐变段终点距离市政道路A约890m，北侧减速车道渐变段起点距离市政道路A约820m。由此可知：东侧立交与新建城市快速路—高速公路立交净距均约为1030m，满足主线设计速度120km/h，单向三车道净距1000m的要求。

3.2 与西侧立交净距分析

西侧立交南侧加速车道渐变段终点距市政道路A约2000m，北侧减速车道渐变段起点距市政道路A约2300m；根据实际设计及收费站布设后，新建城市快速路—高速公路立交南侧加速车道渐变段终点距市政道路A约845m，新建城市快速路—高速公路立交北侧减速车道渐变段起点距市政道路A约1090m。由此可知：西侧立交与城市快速路—高速公路立交南侧净距约为1155m，西侧立交与城市快速路—高速公路立交北侧净距约为1210m，满足主线设计速度120km/h，单向三车道净距1000m的要求。