张桑高速公路武陵源西互通立交方案优化设计

杨 郴

(湖南省张桑高速公路建设开发有限公司，湖南 张家界 427000)

1 工程概况

桑张高速公路起点为桑植县城西北的南岔附近，止于张家界市永定区尹家溪镇岩榨村，途经桑植县洪家关乡、澧源镇、刘家坪乡、瑞塔铺、利福塔镇，永定区桥头乡，教字垭镇、茅溪河管理处，尹家溪镇。全长47.049 km，设计速度为80 km/h，主线标准横断面为双向四车道，路基宽24.5 m。武陵源西互通式立体交叉出口匝道接G353(原省道S228，为设计速度40 km/h、路基宽度8.5 m 的二级公路，是目前桑植县通往张家界市的主要通道)，除联系周边桥头、教字垭、罗水、温塘、中湖等乡镇外，主要可通过G353、S305(拟建为设计速度60 km/h、路基宽度12 m 的二级公路)，通往张家界市武陵源风景区西大门。

2 互通式立体交叉选型的一般原则

互通立体交叉型式的选定［1，2］需要考虑的因素甚多，主要有:技术指标(设计车速、用地范围、征用土地、土石方数量等)、经济指标(投资额)、被交道路性质、通行能力(交通量、交通组成、交通条件等)、地形与地物的影响、收费岛与站房的设置、对环境市容的影响等。主要依据以下原则［3］:

1)型式的选定应为主交通发生源提供最便捷的服务;

2)型式的选定应为交通流提供安全、顺畅的运行条件，应与特征年预测交通量相匹配;

3)型式的选定应考虑被交道路的等级，保持协调的服务水平，使互通及其附近路段交通平稳流畅;

4)型式的选定应有良好的方向识别性，尽量满足一条公路上互通立体交叉出入口型式的一致性;

5)型式的选定应考虑交叉处的地形、地物、地质条件，在互通立体交叉布局合理的前提下尽量降低工程造价。

3 交通量预测

根据交通量预测，2015年及2034年桑植至张家界主交通量、桑植至G353 转向交通量和张家界至G353 转向交通量见图1。近期及远景交通主流方向均为武陵源往返桑植方向。

4 武陵源西互通方案及比选

在方案研究阶段对于本项目的特点和互通叉心位置进行了详细的研究，经分析特点如下:

1)桑张高速主线途经区域多以低山、丘陵为主，地形复杂，地势起伏较大，半填半挖路段较多;又因沟谷密布，水系发达，主线设置桥梁、隧道较多，桥隧比达到40%。

2)沿线各乡镇耕地面积少，其中山谷之间冷浸田较多，良田面积更低，如桥头、教字垭人均水田面积仅 6～7 分左右。

综上所述，本互通既要满足交通流安全、顺畅的运行，又要尽可能降低工程数量，减少征地拆迁数量，叉心位置的选择相对较复杂，沿线可供选择的位置不多。经反复研究，可供选择的叉心位置在中湾口村朝日峪水库至覃家拐段较为合适。该段主线所经地形较为平缓，互通主体工程可设于山上，尽可能少占良田。在设计阶段对该处进行了3 个互通布设方案的必选，分述如下。

4.1 方案一

见图2，方案一主线比较段起讫桩号为K27+180～K32+137.1，该方案互通立交位于中湾口村朝日峪水库附近，互通型式为A 型单喇叭，匝道下穿主线，叉心桩号 K28+399.85，交叉角度105°，匝道设计速度40 km/h，内环匝道半径50 m，最大纵坡4%，L 匝道在覃家拐村与G353 呈T 型交叉，交角73°。互通范围内主线技术指标满足规范要求，竖曲线满足视距要求，互通线形较流畅，范围内通视状况良好，与交通流向适应性较好，有利于主流方向(桑植—教字垭)的车辆上下高速。

图2 方案一互通型式

4.1.1 优点

1)利用地形展线，各匝道高填深挖路段短，填挖数量少;匝道仅在与桑植端主线相接处及跨甘溪河支流设有桥梁，其余均为路基，匝道桥梁长度146 m。

2)匝道与G353 平交处至互通匝道合流端距离为920 m，利于收费岛和站房布设。

3)该互通方案造价较低，初步测算为建安费40 877.69 万元(包括主线4.957 km)。

4.1.2 缺点

1)占用水田7.82 hm2，其中互通匝道及收费岛占用水田约4.88 hm2。

2)该互通占用了朝日峪水库，经调查，该水库水面约为0.8 hm2，汇水面积约为0.13 km2，灌溉下游约6.67 hm2的水田。占用该水库后，若仅靠从甘溪河支流抽水进行灌溉，不能完全满足要求，需在该水库以南约260 m 处新设一处水库，汇水面积约0.17 km2。

4.2 方案二

见图3，方案二主线起讫桩号为 K27+180～K32+139.07，该方案互通立交位于覃家拐村附近，区内G353 省道与甘溪河支流之间为农田，河流西侧山丘分布较多，高差较大，且覃家拐村至教字垭镇分布有较多民房。互通型式为A 型单喇叭，匝道下穿主线，叉心桩号K29+641.2，交叉角度67°，匝道设计速度40 km/h，内环匝道半径50 m，最大纵坡5%，L 匝道在覃家拐村与G353 呈T 型交叉，交角70°。互通范围内主线技术指标满足规范要求，竖曲线满足视距要求，互通线形较流畅，范围内通视状况良好。

图3 方案二互通型式

4.2.1 优点

1)避开了朝日峪水库，占用水田少3 hm2。

2)L 匝道建设里程较方案一短468 m。

4.2.2 缺点

1)出口匝道从与G353 相接处至匝道合流端仅390 m，收费岛布设比较紧凑，且收费岛东侧为居民密集区，西侧为甘溪河支流，若收费站房、养护工区、管理工区合建，征地拆迁数量较大，且需要改河约470 m，改移G353 公路1.1 km，改移机耕道820 m，对近百户居民的出行会产生一定的影响。

2)由于出口匝道与G353 相接处标高H =292 m，与最低处相差约22 m，收费岛平均填高为16 m左右，导致匝道桥梁、土石方等数量均较大。

3)由于L 匝道走向与主要车流相反，导致桑植－教字垭方向车辆运行里程长约0.6 km，且与G353 平交处主流方向欠顺畅。

4)互通设于此处，主线平、纵面进行了调整后，主线的土石方会增加18.3 万m3。

5)该互通方案造价较高，初步测算建安费为44 079.03 万元(包括主线4.959 km)。

4.3 方案三

见图4，方案三互通立交位于中湾口村的朝日峪水库附近，互通型式为A 型单喇叭，匝道下穿主线，叉心桩号K28+460，交叉角度70°，匝道设计速度40 km/h，内环匝道半径50 m，最大纵坡4.5%(C匝道)，L 匝道在李三坪村与 G353 呈 T 型交叉，交角90°。互通范围内主线技术指标满足规范要求，竖曲线满足视距要求，互通线形较流畅，范围内通视状况良好。

4.3.1 优点

1)合理利用地形展线，各匝道高填深挖路段短，填挖数量少;匝道仅在与桑植端主线相接处及跨甘溪河支流设有桥梁，其余均为路基，匝道桥梁长度126 m。

2)匝道与G353 平交处至互通匝道合流端距离为590 m，利于收费岛和站房布设。

3)互通匝道基本避开了朝日峪水库，对下游水田的灌溉基本没有多少影响。

4)互通主匝道较方案一短280 m。

4.3.2 缺点

1)管理区约2.67 hm2用地全部为较好的水田。

2)与G353 平交口离教字垭较远，主流方向的车辆绕城距离较长。

4.4 互通立交方案比选

针对各方案优缺点的分析，从征用土地、拆迁建筑物、土石方数量、工程规模及建安费等方面，对各方案进行比较［4，5］，见表1。

互通方案二可以解决方案一占用水田、水库等问题，土石方、防护排水、路面、涵洞通道等数量也均略少于方案一，但匝道桥梁增长较多，总体造价较方案一高3 201.34 万元，加之收费站站房难以布设，并对该区域内居民出行存在一定的影响;互通方案三主匝道较短，桥梁少，总体造价较低，但收费站占用良田较多，出口接G353 往武陵源方向主要车流绕行距离长。经综合分析比较，推荐方案一作为武陵源西互通的推荐方案。

图4 方案三互通型式

表1 武陵源西互通主要技术经济指标比较表

5 结语

互通式立交选型时，应从工程实际出发，因地制宜，对该地区的交通条件、社会条件、自然条件等进行广泛、深入细致地调查和勘测。根据被交道路的特点、各方向交通量组成和大小以及立交范围内地形、地物分布等情况，在充分分析与研究基础上进行合理布置匝道，组织好各方向交通，使车辆快速顺畅通过。

互通式立交方案的确定应正确使用各要素指标，从环境适应性、安全性、技术特征、交通适应性和经济效益等因素进行综合比选，最终确定“安全、环保、舒适、和谐”的互通方案。武陵源西互通立交方案通过交通量的论证分析，从满足服务水平、功能要求、工程规模、征地拆迁等多方面比选，得出了较为经济合理的 A 型单喇叭推荐方案，节约造价达3 201.34 万元，达到了预期目的。

［1］JTG D20—2006，公路路线设计规范［S］.

［2］高速公路丛书编委会.高速公路立交工程［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］刘智春.武汉市岳家嘴互通式立交选型与设计［J］.交通科技，2009(3):97 －99.

［4］李 刚.互通立交形式的比较和选择原则［J］.黑龙江科技信息，2008(14):196 －221.

［5］卢秀娟.弓鱼互通设计方案比选［J］.华东公路，2008(4):15 －17.