王志儒

摘要 文章結(jié)合萬(wàn)盛至正安高速公路硯石臺(tái)樞紐初步設(shè)計(jì)方案，從功能定位、地形地質(zhì)條件、干擾因素等角度進(jìn)行分析，對(duì)互通方案進(jìn)行了研究比選。同時(shí)，計(jì)算了交織段的通行能力，通過(guò)技術(shù)指標(biāo)與交通量的適應(yīng)性及服務(wù)水平評(píng)價(jià)等，以確?；ネǚ桨冈诠δ苄?、可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合最優(yōu)，為今后類似工程積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 高速公路；樞紐互通；方案比選；交織；通行能力

中圖分類號(hào) U491文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）09-0023-03

0 引言

21世紀(jì)前半葉，我國(guó)山區(qū)高速公路取得了輝煌成就，貴州省甚至呈現(xiàn)出縣縣通高速的盛況。由于高速公路密度的增大，條件較好的公路走廊帶資源都已耗盡，以致目前待建工程的工程地質(zhì)條件、受控因素都非常復(fù)雜，這一問(wèn)題給設(shè)計(jì)階段帶來(lái)了極大考驗(yàn)。山區(qū)高速溝壑縱橫，橋隧等構(gòu)造物較多。結(jié)合互通形式，如何將互通的布設(shè)與橋隧構(gòu)造物相配合，是研究的重點(diǎn)。該文結(jié)合萬(wàn)正高速硯石臺(tái)樞紐互通設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)硯石臺(tái)樞紐進(jìn)行了綜合研究比選，同時(shí)對(duì)交織段的通行能力也進(jìn)行了計(jì)算。

向同一方向行駛的若干車流，在一定距離內(nèi)轉(zhuǎn)換車道，并不經(jīng)其他交通管制措施，便形成交織區(qū)[1]。至今已有很多國(guó)家對(duì)交織區(qū)進(jìn)行了研究，其中美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》[2]出版最早，也最具典型性。

20世紀(jì)80年代交通部聯(lián)合一些大專院校對(duì)通行能力開(kāi)始了相關(guān)研究，同時(shí)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者參考了美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》中的研究手段，并加以吸收總結(jié)，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，對(duì)公路通行能力首次進(jìn)行了較為系統(tǒng)的闡述，對(duì)立交交織區(qū)通行能力展開(kāi)的相關(guān)研究而出版成冊(cè)，為我國(guó)公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理提供了參考。

1 工程概況

萬(wàn)盛至正安高速公路硯石臺(tái)樞紐互通位于萬(wàn)盛經(jīng)開(kāi)區(qū)北側(cè)，與南萬(wàn)高速（萬(wàn)盛－南川）交叉實(shí)現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換。南萬(wàn)高速設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，雙向四車道，路基寬度24.5 m。萬(wàn)正高速設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度為33.5 m和26 m兩種，在樞紐互通內(nèi)路基寬度從33.5 m漸變?yōu)?6 m，由雙向六車道漸變?yōu)殡p向四車道。

項(xiàng)目區(qū)處于四川盆地東緣與云貴高原交接地帶，地層、巖性、構(gòu)造及地貌等均處于兩單元之間的過(guò)渡區(qū)，地形起伏大，最高點(diǎn)高程1 898 m，最低點(diǎn)高程約330 m，最大相對(duì)高差1 568 m，溝谷較發(fā)育，地表河流切割強(qiáng)烈，工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件整體較復(fù)雜。

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果（遠(yuǎn)景2040年，如圖1所示），萬(wàn)盛往返南川（637 pcu/h）、南川往返萬(wàn)盛（404 pcu/h）方向?yàn)橹鹘煌鞣较?，正安往返南川?83 pcu/h）、正安往返萬(wàn)盛（324 pcu/h）方向?yàn)榇谓煌鞣较颉?/p>

2 工程難點(diǎn)及設(shè)計(jì)方案

2.1 樞紐互通布設(shè)原則

形式緊湊，占地少。隨著土地政策的收緊，土地愈來(lái)愈成為限制方案因素之一。

對(duì)既有高速干擾小。施工過(guò)程中難免對(duì)已通車高速存在干擾，應(yīng)盡量減少對(duì)原高速干擾。

盡量減少報(bào)廢工程。報(bào)廢工程一方面會(huì)導(dǎo)致工程投資增大，另一方面會(huì)對(duì)社會(huì)產(chǎn)生不良印象。

2.2 樞紐互通布設(shè)難點(diǎn)

（1）相交高速高差大。南萬(wàn)高速萬(wàn)盛至南川方向以3.9%的坡度和緩坡段間斷設(shè)置，一路爬坡，樞紐互通交叉點(diǎn)南萬(wàn)高速NWK7+755.087（H=490.767 m）=萬(wàn)正高速YK16+584.450（H=593.018 m），交叉點(diǎn)高差102.251 m。

（2）地形條件差，構(gòu)造物多。南萬(wàn)高速布設(shè)于孝子河?xùn)|岸單面斜坡上，地形陡峻，構(gòu)造物多，基本為橋隧相連。南萬(wàn)高速在萬(wàn)盛方向設(shè)有一座老房子隧道（l =123 m），在南川方向設(shè)有一座青山隧道（l =797.7 m），受兩高速高差及隧道口與互通出入口間距的影響，該樞紐互通設(shè)于兩隧道之間。萬(wàn)正高速永勝特大橋（7×40+153+340+153+6×

40）m先后跨越三萬(wàn)南鐵路、南桐礦業(yè)礦區(qū)鐵路和孝子河，再與南萬(wàn)高速交叉，而后跨越萬(wàn)南鐵路（停運(yùn)），設(shè)置老房子隧道，樞紐互通布設(shè)考慮以特大橋邊跨和老房子隧道為控制因素，設(shè)置于永勝特大橋和老房子隧道之間。

（3）地質(zhì)條件復(fù)雜，互通區(qū)下伏采空區(qū)。該處覆蓋層為黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土夾碎石，厚0～3 m，基巖主要有侏羅系、三疊系和志留系地層組成，巖性為泥巖、石英砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、白云巖、灰?guī)r、生物灰?guī)r、泥灰?guī)r、頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖夾煤層，巖性復(fù)雜[3]。場(chǎng)區(qū)分布硯石臺(tái)煤礦、水井灣煤礦和芭蕉灣煤礦（都在2013年關(guān)閉），煤層方向與南萬(wàn)高速平行。

（4）地表水比較豐富，分布著孝子河。地下水主要為基巖裂隙水、基巖巖溶水和采空區(qū)地下水，巖溶輕度發(fā)育。

（5）干擾因素多。萬(wàn)南鐵路位于南萬(wàn)高速右側(cè)30～40 m，與高速并行，較南萬(wàn)高速高3 m。目前已廢棄，但產(chǎn)權(quán)仍在，需考慮避讓。

2.3 方案設(shè)計(jì)

南萬(wàn)高速左側(cè)兩個(gè)象限為深峽谷，受永勝特大橋控制，只能在南萬(wàn)高速右側(cè)兩個(gè)象限布設(shè)匝道。南萬(wàn)高速萬(wàn)盛至南川方向一路爬坡，為減小接線高差，樞紐盡可能地靠近南川方向，同時(shí)受老房子隧道和青山隧道間距的影響，布設(shè)方案時(shí)，保證變速車道出入口與兩隧道口之間的凈距滿足要求。

2.3.1 方案一：T+單喇叭A形

該方案為變異T+A形喇叭的形式（如圖2所示），南萬(wàn)高速半部分采用變異T形，萬(wàn)正高速半部分采用A形喇叭，充分利用了有限的地形進(jìn)行展線，該方案比較緊湊，但該方案主要問(wèn)題為萬(wàn)正－南萬(wàn)高速方向出口匝道與永勝隧道之間的凈距不滿足立交細(xì)則的要求[4]，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在較大的安全隱患。

2.3.2 方案二：雙T形

基于解決方案一所存在問(wèn)題的思路出發(fā)，提出優(yōu)化方案二，如圖3所示。萬(wàn)正高速永勝特大橋邊跨主墩（K16+658）與永勝左幅洞口（K17+636）距離只有978 m，南萬(wàn)高速－正安往返方向匝道采用先合后分的形式，即變異雙T形樞紐互通方案。該方案優(yōu)化了變速車道與隧道之間的凈距問(wèn)題，使得行車安全性得以提高。

3 方案比選

K線方案一和方案二相比指標(biāo)相當(dāng)，方案一與方案二相比匝道長(zhǎng)度增長(zhǎng)192.293 m，匝道橋梁增長(zhǎng)576 m/座，建安費(fèi)增加1 475萬(wàn)元。方案一正安－南萬(wàn)高速方向匝道不滿足公路立體交叉設(shè)計(jì)細(xì)則中互通出口與隧道出口凈距400 m的要求，在隧道內(nèi)提前設(shè)置指示標(biāo)牌，存在較大的安全隱患。所以將方案二作為推薦方案，方案一作為比較方案。方案比較表如表1所示。

4 通行能力分析

方案二的問(wèn)題在于從南萬(wàn)高速至萬(wàn)盛方向和萬(wàn)正方向至南萬(wàn)高速車流存在交織，對(duì)主線服務(wù)水平有一定影響，從而在樞紐內(nèi)部容易造成交通瓶頸路段，最終導(dǎo)致交通事故的發(fā)生，所以對(duì)方案二交織段通行能力進(jìn)行研究。

（1）確定交織區(qū)交通運(yùn)行參數(shù)：已知l =635.125 m，交織段內(nèi)總車道數(shù)N=3，vFF=100 km/h

（2）計(jì)算交通流率：

交織段內(nèi)總的交織流率：Qw=QBC+QAD=412 pcu/h

交織段內(nèi)總的非交織流率：Qnw=QAC+QBD=3 432 pcu/h

總的交通流率：Q=Qw+Qnw=3 844 pcu/h

流量比：QR=Qw/Q=0.11

交織比：R=Qw2/Qw=0.38

（3）確定交織區(qū)構(gòu)型：由于A→D和B→C的交通流都需要1次車道變換，該交織區(qū)構(gòu)型為A型。

（4）確定交織區(qū)運(yùn)行狀態(tài)：

①計(jì)算交織強(qiáng)度系數(shù)Ww和Wnw：A型交織區(qū)在非約束運(yùn)行狀態(tài)下計(jì)算交織強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算常數(shù)為：a=0.15，b=2.2，c=0.97，d=0.80，則交織強(qiáng)度系數(shù)如下：

計(jì)算非交織強(qiáng)度系數(shù)計(jì)算常數(shù)：a=0.003 5，b=4.0，c=1.3，d=0.75，所以，非交織強(qiáng)度系數(shù)如下：

②計(jì)算交織車輛運(yùn)行速度vw和非交織車輛運(yùn)行速度vnw：已知高速公路自由流速度vFF=100 km/h，根據(jù)以往的研究成果，最小車速一般取24 km/h，最大車速取設(shè)計(jì)速度加8 km/h。由此交織車輛平均車速：

79.3 km/h

非交織車輛平均車速：

94.76 km/h

③確定運(yùn)行狀態(tài)：由于所分析的交織區(qū)為A型交織區(qū)，計(jì)算非約束運(yùn)行所需的車道數(shù)Nw：

同時(shí)A型交織區(qū)所能提供的最大交織寬度Nwmax=1.4，而Nw=0.66

（5）計(jì)算交織區(qū)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)：

①計(jì)算交織區(qū)速度：

94.67 km/h

②計(jì)算交織段車流密度：

13.53 pcu/km/車道

（6）確定服務(wù)水平：一級(jí)服務(wù)水平的臨界密度為7.0 pcu/km/車道，二級(jí)服務(wù)水平的臨界最大密度為18.0 pcu/km/車道，因此該交織區(qū)為二級(jí)服務(wù)水平。

（7）確定通行能力：由于該交織區(qū)為A型，3車道，自由流速度為100 km/h，流量比為0.11，QR為0.1時(shí)的通行能力為5 400 pcu/h/車道，QR為0.2時(shí)的通行能力為4 900 pcu/h/車道，按QR=0.18內(nèi)插可得C=5 350 pcu/h。

結(jié)論：交織段服務(wù)水平為二級(jí)，通行能力滿足要求。

5 結(jié)論

由于山區(qū)峽谷高速?gòu)?fù)雜的地形地質(zhì)條件，互通往往不能布置為標(biāo)準(zhǔn)的形式，所以互通的布設(shè)應(yīng)在滿足功能的情況下，發(fā)散思維，不拘泥于固定的布置形式。

互通方案的布置不是一蹴而就的，而是一個(gè)不斷深入、不斷優(yōu)化的過(guò)程，只有將各種受控因素相協(xié)調(diào)，各控制因素相平衡，才能選出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的方案。

高速公路中車流的交織需要一定的距離，如果交織距離過(guò)短，將導(dǎo)致交通流紊亂，當(dāng)紊亂達(dá)到一定程度將會(huì)導(dǎo)致公路堵塞，甚至安全事故的發(fā)生。所以在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)交織段進(jìn)行通行能力計(jì)算，保證足夠的交織距離，使得交織段通行能力滿足要求。

參考文獻(xiàn)

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