互通立交方案选择的研究

互通立交方案选择的研究

荣成乌海高速公路是国家高速公路网规划中18条东西支线的第4条。它从山东省荣成市开始，位于内蒙古乌海市。它与6g京藏高速k1060k相连。通过与海南西部港口的连接，它与海南富图之间的快速道路相连，全长880公里。本项目的建成为我国东部区进入西部区提供了便捷的交通，对进一步促进东西部密切交流、实现经济互补具有十分重要的意义。荣乌高速终点枢纽互通立交位于乌海市海南区二道坎大桥东侧，距蒙宁界主线收费站西侧约1.6km。该互通立交是G18荣乌高速和G6京藏高速交通节点，在区域路网中承担两方面的功能。首先是G18荣乌高速公路与G6京藏高速公路之间的交通转换，其次是两条高速公路与既有地方公路的交通转换功能。因此，在互通方案选择时应兼顾以上两种功能。1互通立交方案比选海南西枢纽互通立交是G18荣乌高速公路网络化的关键节点，互通立交方案直接关系到G18荣乌高速公路乃至整个公路网络的运营效益。该互通立交方案的选择应基于交通量的预测，并结合其在路网中的作用，同时充分考虑互通范围内的地形、地貌、经济和环境保护等因素，使互通立交方案可以满足安全性、实用性、经济性和美观性的标准。因此，海南西互通立交方案选择时应从以下几方面考虑。(1）互通位置和形式的选择应与G18荣乌高速公路和G6京藏高速公路的等级、内蒙古自治区路网布局、海南～乌达城际快速通道建设条件以及转换交通量的分布状况相适应。(2）互通立交应具有线条流畅，整体感强，有利于安全，注重景观设计的特点。(3）互通立交收费站位置选择应与周围的地形地质条件、国家级四合木保护区范围、乌达快速路和运煤专线的布局相适应，便于G6京藏高速公路后期运营管理、维护和远期改扩建。(4）在满足使用功能及保证行车安全方便的前提下，充分利用地形，合理运用技术指标，严格控制工程规模，降低工程造价。2方向、转向交通量根据交通量分析结果，预计到2035年互通区总转向交通量为26803pcu/d；鄂尔多斯～棋盘井方向、鄂尔多斯～银川方向为主要交通量方向，转向交通量分别为8500pcu/d和7514pcu/d；乌海（乌达区）～棋盘井方向、乌海（乌达区）～银川方向是次要交通量流向，转向交通量分别为3278pcu/d和2334pcu/d；通过本枢纽互通立交落地交通量为16401pcu/d，见图1。3主要火炬点方案根据国家高速公路规划，通过对区域路网、工可交通量和G6京藏高速接线条件分析，海南西枢纽互通立交布设存在以下控制因素。(1）海公铁路。该铁路与G6京藏高速交叉桩号约在K1174+972处，除上跨G6京藏高速桥梁采用48m跨径外，其余桥梁均为32m孔径。互通立交部分匝道下穿东乌铁路时，应满足铁路净高要求。(2）高压线。互通范围内存在1条南北方向500kV高压线、3条220kV高压线和1条110kV高压线，立交匝道布设时应避让高压塔，避免对高压塔进行拆移，同时净距和净高应满足安全距离要求。(3）乌达快速路和运煤专线。互通落地匝道与乌达快速路相接处距离运煤专线仅为5～20m，在满足交通量转换前提下，互通落地匝道的拼宽设计应避免对乌达快速路和运煤专线进行改移。(4）国家级四合木保护区。根据环保要求，严禁在国家级四合木保护区范围内设置收费站和管养设施，匝道收费站位置选择时应完全避让。(5)G6京藏高速。G6京藏高速蒙宁主线收费站和二道坎大桥间距为2.3km，海南西枢纽互通立交加减速车道设计时，应减少对二道坎大桥和蒙宁界主线收费站的干扰。(6）远期路网规划。海南西枢纽立交方案设计应符合国家取消高速公路省界收费站远期规划，以及内蒙古自治区“十三五”期间蒙宁界主线收费站向西改移至蒙宁界远期规划，并预留“十四五”期间G6京藏高速“四改8”接线条件。4比较方案的选择根据以上设计原则、交通量预测结果和主要控制因素，海南西枢纽互通立交提出以下两种方案在设计阶段进行比选：变形苜蓿叶方案和复合T型方案。4.1方案制定原则前期海南西枢纽立交设置于既有蒙宁界主线收费站和二道坎大桥之间，采用匝道上跨G6京藏高速公路的变形苜蓿叶互通型式，在东南和西南象限设置了环形匝道，最小半径为R=60m，半定向直连匝道用于其余的左转匝道，与乌达快速路采用平交方式接入。在该方案中，G6京藏高速公路在银川方向上的进出匝道延伸到二道坎桥，并且在桥的末端设置一个异型的变宽桥，因而是很难设计和施工的；与乌达快速路采用平交方式接入，与本项目落地交通量不匹配，且安全性差，运营期事故风险高；远期匝道收费站位于国家级四合木保护区范围，不符合国家环保部对该项目的环评要求，见图2。在方案设计阶段，结合前期互通方案、交通量预测结果和主要控制因素，将海南西枢纽互通向东调整，避免棋盘井～银川、银川～棋盘井方向匝道伸入G6京藏高速公路二道坎大桥，减少桥梁异型设计和施工的难度。同时，G6京藏高速银川～棋盘井方向设置集散车道，互通区内只设置一对出入口，各转向交通流在集散道上进行再次分合流和交织运动。集散车道和G6京藏高速公路出入口均按8个车道设计。根据预测，2035年海南西枢纽互通与乌达高速公路之间的转向交通量将达到2334pcu/d。因此，海南西枢纽立交与G6京藏高速公路交叉后，需设置互通落地匝道与乌达快速公路相接。前期为减小海南西枢纽立交工程规模，互通落地匝道终点与乌达快速路采用平交方案。通过对区域路网和交通量分析可知，海南西枢纽互通落地功能是服务乌海市乌达区和海勃湾区。因为海南西枢纽互通立交与G6京藏高速公路现有海南立交之间的距离约为5.5km，乌海市海勃湾区车辆完全经海南互通上下G6京藏高速公路与本项目实现交通转换，而乌海市乌达区车辆是通过互通落地匝道实现本项目和G6京藏高速公路交通转换。因此，在权衡各方面因素的利弊后，本着“以人为本、安全至上”的原则，互通落地匝道与乌达快速路衔接可采用半定向匝道型式，即只设置荣乌高速～乌达区方向的两条匝道，而不采用平交。海南西枢纽互通立交优化后，采用对称双环+半直连部分苜蓿叶互通型式，与乌达快速路交叉部分均采用部分功能半直连T型互通型式，见图3。该方案不仅立交型式美观，而且与乌达快速路衔接顺畅，保通方便，社会影响小，匝道收费站完全避让国家级四合木保护区；但不足之处是互通落地匝道占压四合木保护区面积较大，匝道收费站未与蒙宁界主线收费站远期改移或取消统筹考虑，后期管养费用高。4.2互通区内收费设施方案鉴于变形苜蓿叶方案存在互通落地匝道占压国家级四合木保护区面积较大、匝道收费站未与蒙宁界主线收费站远期改移或取消统筹考虑、后期管养费用高等问题，提出G18荣乌高速公路终点与G6京藏高速公路T型交叉，合并设置落地匝道收费站与G6京藏高速公路蒙宁界主线，最终形成复合T型互通立交方案。调整后互通方案位置不变，仅将原荣乌高速与京藏高速的十字交叉拆分为两个T型交叉。其中，G18荣乌高速和G6京藏高速T型交叉采用全互通方案，互通区内G18荣乌高速采用分离路基，鄂尔多斯～银川方向、棋盘井～鄂尔多斯方向交通流直接从G18荣乌高速左侧分合流，其余左转匝道采用半定向直连匝道，各匝道上跨G6京藏高速跨线桥和加减速车道分合流鼻端均按8车道设计；而G6京藏高速和乌达快速路交叉为部分T型方案，仅设置G18荣乌高速～乌达区方向两条匝道，并将G6京藏高速公路蒙宁界主线收费站拆改与两个匝道收费站整体考虑。现有蒙宁界主线收费站设置4个入口、12个出口。主线收费站移位后，为最大限度利用既有收费设施，在G6京藏高速公路远期“4改8”路基边线的基础上，落地匝道与G6京藏高速公路主线平行布设，并尽可能靠近以减少占地。北侧E匝道设置5个入口，充分利用现有收费设施；南侧G匝道收费站需新建9个出口，京藏高速直行车道上的收费设施予以拆除。主线收费站“宿办区”完全利用，新建上跨京藏高速人行联络道联通南北收费广场，见图4。经综合比选，海南西枢纽立交最终按复合T型方案实施。虽然该互通方案不能为所有方向的交通量落地提供服务，其中G18荣乌高速落地交通量和G6京藏高速银川方向落地交通量经由海南西枢纽互通落地，海南西枢纽互通承担的京藏高速棋盘井方向落地交通量（3278pcu/d）改由海南互通落地并经乌达快速路来往乌达区，但是该方案完全符合G6京藏高速主线收费站改移和远期“4改8”规划，且匝道收费站占压四合木保护区面积最少，落地匝道与乌达快速路相接顺畅，保通方便，社会影响小。5控制因素选择(1）在枢纽互通立交方案设计中，一般地形和地质条件不是方案布设的首要控制因素，应以高速公路网近远期规划、铁路、河道、村庄、厂矿企业、基本农田、环境敏感点等为主要控制因素进行多方案比选。(2）枢纽互通立交作为高速公路主要节点，占地规模较大，设计过程中应坚持环保