赵坎子枢纽互通式立交设计方案比选

赵坎子枢纽互通式立交设计方案比选摘要:鲅鱼圈疏港高速赵坎子立交方案选取受制约因素很多,通过对各个制约因素的研究,提出了三个设计方案,从多个角度对这三个方案进行了比较,提出了推荐方案,以期对类似工程有所帮助。

关键词:互通立交制约因素设计方案方案比选随着我国基础设施的快速建设,我国的公路、铁路里程不断增长,新建的公路与现有的公路、铁路的交叉也越来越多,并相互影响。

本文介绍了一座高速公路的枢纽互通的方案布设,涵盖了与公路、铁路交叉的各个方面,对类似工程具有一定的指导意义。

赵坎子枢纽互通式立交位于鲅鱼圈港区疏港高速公路起点,是疏港高速连接沈海高速的枢纽互通,其设计方案受多个重要因素制约,对鲅鱼圈港区疏港高速公路项目具有重大的影响。

疏港高速设计速度为80 km/h,路基宽度为24.5 m;沈海高速设计速度为120 km/h,路基宽度为42 m;立交匝道设计速度采用40 km/h。

1 制约立交方案选取的主要因素(1)沈海高速(G15):立交区沈海高速平面、纵断指标较高,路基填土高度约3.0 m。

鉴于沈海高速在辽宁乃至国家公路网中的重要意义,一般不对其进行平面、纵断调整。

(2)哈大铁路客运专线(哈大客专):高速铁路,设计速度350 km/h,位于沈海高速西侧65 m处,与沈海高速基本并行。

立交区哈大客专为鲅鱼圈特大桥,该桥上部结构为跨径32.7 m的简支箱梁,梁底距现状地面净高约11.5 m,下部结构为混凝土实体墩、承台、嵌岩群桩基础。

目前铁路部门原则上不允许高速公路上跨高速铁路。

(3)沙鲅铁路、鞍钢铁路:两铁路线并行,位于哈大客专西侧450 m 处,与哈大客专路线走向基本一致。

此处沙鲅铁路路基填土高度约9.0 m,鞍钢铁路路基填土高度约4.6 m。

(4)新鞍钢路:位于疏港高速北侧270 m,与疏港高速基本平行,上跨沈海高速,孔径为20+25+25+20 m;新鞍钢路在沈海高速西侧下穿哈大客专及沙鲅铁路,在沈海高速公路东侧230 m处与国道黑大线(G202)平交。

立交区附近新鞍钢路填土高度约12 m。

(5)国道黑大线(G202):位于沈海高速东侧200 m,路线走向与沈海高速基本平行,路基填方高度为3～10 m。

(6)赵坎子村:位于疏港高速、沈海高速、新鞍钢路和沙鲅铁路之间,主要影响为征地动迁。

(7)金城管业有限公司:位于沈海高速东侧、新鞍钢路与G202平交口处西南侧,动迁费用约3000万元。

(8)范屯互通的布设:范屯互通立交位于疏港高速K1+249处,与赵坎子互通相距较近,可能设计为复合立交,两个互通设计方案相互影响。

(9)交通量:根据交通量预测结果,沈阳-鲅鱼圈港区往返方向交通量非常大,为主交通流方向。

(见图1)。

(10)其他因素:根据地质钻孔资料显示,立交区内地下水位较高(1.2～2.8 m),路基挖方段落需采取措施防止地下水对工程产生不利影响。

2 三个方案的提出互通立交的设计方案受制约的因素较多,必须综合考虑,对影响方案选取的各种因素进行分析,找出主要因素和次要因素,逐步解决。

在赵坎子互通立交中,沈海高速、哈大客专及沙鲅铁路这三个因素对设计方案影响最大,疏港高速与之交叉时采用上跨还是下穿方式对立交的设计方案有着决定性的影响,是主要因素(见图2)。

简单分析如下:(1)疏港高速下穿哈大客专。

哈大客专是设计时速为350 km/h的高速铁路,目前为运营状态,平均10～20 min即有一辆动车通过。

如果采取疏港高速公路上跨哈大客专的方案,则必须采用桥梁转体施工方案,在哈大客专东、西两侧分别设置转体桥墩,施工难度非常大;另外,由于上跨哈大客专,本立交范围内大部分主线及立交匝道纵断将非常高,需要设置大量的高架桥。

经初步的比选即放弃了疏港高速上跨哈大客专的方案,明确地采用了下穿方案。

(2)疏港高速下穿沈海高速。

疏港高速下穿哈大客专以后,将与沈海高速交叉。

如果采用下穿沈海高速的方案,则由于沈海高速设计高程控制,疏港高速必须采用低纵断方案;同时由于纵断原因,疏港高速无法上跨沙鲅铁路,必须采用下穿沙鲅铁路的方案,这就是本互通提出的方案一(见图3)。

(3)疏港高速上跨沈海高速。

疏港高速下穿哈大客专以后,如果采用上跨沈海高速方案,则路线必须在穿过哈大客专以后沿哈大客专和沈海高速之间的狭长地带向南、北两个方向展线,以抬高纵断跨过沈海高速。

如果分别向南、北方向展线,主交通流方向会产生绕行;如果只向北方展线,则主交通流方向不会产生绕行。

疏港高速与沙鲅铁路交叉时采用下穿或上跨方案均可。

下穿沙鲅铁路+向南、北方向展线,即本互通提出的方案二(见图4);上跨沙鲅铁路+向北方展线即本互通提出的方案三(见图5)。

3 三个方案优缺点比较:赵坎子立交提出的三个方案比选论证如下:(1)方案一(T型互通立交,下穿哈大客专、下穿沈海高速、下穿沙鲅铁路、各交通流方向均不绕行)。

采用低纵断方案,疏港高速下穿鞍钢、沙鲅铁路,A、B、C、D四条匝道均下穿哈大客专,A、B两条匝道下穿沈海高速,A、C两条匝道下穿新鞍钢路。

方案一优点:①平面线形指标较好,匝道最小平曲线半径为120.8 m,立交平面符合人们对一般T型枢纽互通的认识。

②匝道长度较短,各交通流方向车辆均不绕行。

方案一缺点:①该方案与范屯立交净距较短,需设计为复合立交,主线两侧增设辅助车道,增加工程量。

②主线下穿沙鲅、鞍钢铁路处顶推框构桥施工难度大,工程造价高。

③U型槽设置段落较长,施工难度大、造价较高且存在安全隐患。

本方案采用全下穿的低纵断方案,主线及匝道设计标高多处位于地下水位以下,设计中考虑采用混凝土U型槽方案来隔断地下水,以防止地下水对路面结构产生破坏。

主线及匝道段设置U型槽共计1533.7 m。

U型槽施工难度较大,施工期间必须采用井点降水、不间断抽水等措施处理地下水,这些措施还很有可能对哈大客专、沙鲅铁路、沈海高速等既有设施造成影响,存在很大的安全隐患。

④U型槽段落需要设置较强的排水设施。

U型槽段落路面雨水无法排出,需在主线及匝道处分别设置4处雨水泵站,将雨水强排出U型槽,工程投资及后期管理维护成本将大量增加。

⑤与哈大客专交叉次数最多,相互影响最大。

方案一与哈大客专交叉4次,均为匝道下穿。

其中在A、B匝道下穿哈大客专处,U型槽底面挖深达8.2 m和11.0 m,U型槽侧壁距哈大客专桥墩承台净距仅2.9 m和2.5 m,必须采用顶推施工U型槽的方案,以降低施工对哈大客专的影响。

⑥本方案施工对沈海高速公路及新鞍钢路的通行影响较大。

A、B匝道下穿沈海高速时设置现浇框构桥,施工工期较长,对沈海高速影响较大。

A匝道下穿新鞍钢路处设置现浇框构桥,需封闭新鞍钢路交通,对地方交通影响较大。

⑦本方案工程造价最高。

(2)方案二(T型互通立交、下穿哈大客专、上跨沈海高速、下穿沙鲅铁路、主交通流方向绕行):疏港高速下穿鞍钢铁路和沙鲅铁路,A、C两条立交匝道下穿哈大客专,A、B两条匝道上跨沈海高速,C、E两条匝道下穿新鞍钢路。

方案二优点:①主线两侧不需要设置辅助车道,降低了工程造价。

本方案匝道在下穿哈大客专以后才分流,与范屯互通净距离超过1公里,不需要设置辅助车道。

②与哈大客专交叉次数较少,对其影响最小。

本方案仅保留两处桥梁下穿方案,大大降低了公路对哈大客专的影响。

③本方案施工对沈海高速及新鞍钢路影响较小。

A、B匝道上跨沈海高速时设置现浇箱梁,施工对沈海高速通行有一定的影响,但影响较小。

C、E匝道下穿新鞍钢路时从跨线桥边孔通过,对新鞍钢路通行影响较小。

方案二缺点:①平面线形指标较差,匝道最小平曲线半径为80 m,平面布设与人们对一般T型枢纽互通的认识不符。

②主交通流方向车辆绕行距离较长。

本方案匝道长度较长,鲅鱼圈去沈阳方向、大连去鲅鱼圈方向均存在车辆绕行,特别是鲅鱼圈去沈阳方向为主交通流方向,绕行长度1.5 km左右,不甚合理。

③主线下穿沙鲅、鞍钢铁路处顶推框构桥施工,施工难度大,工程造价高。

④存在一处U型槽,施工难度大、造价较高。

本方案采用下穿沙鲅铁路方案,主线及匝道设置U型槽共计549 m。

⑤U型槽段落需要设置较强的排水设施;本方案U型槽需设置1处雨水泵站,工程投资后期管理维护成本将增加。

⑥匝道与哈大客专存在较长的平行段,公路与铁路的运营可能会相互影响。

本方案A、C匝道下穿哈大客专以后即沿哈大客专与沈海高速之间的狭长地带向南、北方向展线,逐渐抬高纵断,公路与铁路的运营可能会相互影响。

（3)方案三(变T型互通立交、下穿哈大客专、上跨沈海高速、上跨沙鲅铁路、次交通流方向绕行):主线上跨鞍钢铁路和沙鲅铁路,A、C、D三条立交匝道下穿哈大客专,A、B两条立交匝道上跨沈海高速,A、B、C三条立交匝道下穿新鞍钢路。

方案三优点:①解决了方案二存在的主交通流方向绕行较长的问题,立交布设符合交通量预测,实用功能较好。

②本方案纵断指标较高。

本方案匝道最大纵坡为 3.7%,小于其他两方案匝道最大纵坡(分别为4.229%和4.0%)。

③与哈大客专交叉次数较少,对其影响较小。

本方案A、C、D三条立交匝道下穿哈大客专,均为桥梁方式下穿,对哈大客专影响较小。

④本方案施工对沈海高速影响较小。

A、B匝道上跨沈海高速时设置现浇箱梁,施工对沈海高速通行有一定的影响,但影响较小。

方案三缺点:①平面线形指标较差,匝道最小平曲线半径为80 m,其平面线形颠覆了人们对一般T型枢纽互通的认识。

②匝道与哈大客专存在较长的平行段,公路与铁路的运营可能会相互影响。

与方案二相比,本方案A、C匝道下穿哈大客专以后即沿哈大客专与沈海高速之间的狭长地带向北方向展线,并逐渐抬高纵断,匝道与哈大客专之间的距离比方案二更小,公路与铁路的相互影响可能更大。

③本方案对新鞍钢路影响较大。

本方案A、C匝道下穿新鞍钢路跨线桥边孔,需将原桥边孔拆除重建,对新鞍钢路的通行影响较大。

④本方案在A、B、C匝道及沈海高速相邻处需设置大量挡墙。

(4)三个方案的主要经济技术指标对比（见表1）。

根据前面对三个方案优缺点的论述,结合上表,方案一劣势非常明显,首先被淘汰。

4 方案二和方案三的深入比较:方案二和方案三的主要区别是方案二为主线下穿沙鲅铁路+匝道向南、北方向分别展线,方案三为主线上跨沙鲅铁路+匝道向北方向展线。

为充分考虑两个方案的优缺点,在比选时将影响方案的不同因素分开考虑,把两个方案拆分为主线下穿、上跨沙鲅铁路的纵断比较和匝道向南、北方向分别展线与匝道向北方向展线的线形比较两个比较。

(1)主线下穿、上跨沙鲅铁路的纵断比较。

主线下穿或上跨沙鲅铁路影响的段落主要是K0+220+K0+840段,方案二的这一段为主线下穿沙鲅铁路,工程量包含500.3万元的路基以及15708.2万元的U型槽、铁路顶推框构桥、排水泵站等,工程造价为16208.5万元。

方案三的对应段落为主线上跨沙鲅铁路,设计为桥梁方案,工程造价为7908.4万元。