静兴高速公路静乐枢纽方案比选

王 伟

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

静乐丰润至兴县黑峪口高速公路是山西省高速公路网规划调整方案“三纵十二横十二环”第五横重要组成部分，也是陕煤、蒙煤东运的一条大动脉。项目起点位于静乐县丰润镇，静乐枢纽是静兴高速公路与已建成通车的太佳高速公路实现交通流转换的枢纽互通，由于该互通与静兴高速公路主线汾河大桥相接，且受地形条件及其他控制因素的限制，互通的方案选择是工可阶段重要研究内容之一。

1 互通布设条件

1.1 地形地貌

本互通区位于汾河东岸，总体地形东高西低，高程在1 151～1 278 m之间，最大高差127 m，属山间河谷区地貌，地层岩性主要为：第四系全新统砂砾石、不同粒级的砂土、黏土。

1.2 水文

互通区域内主要为汾河，属黄河水系，流向自北向南，河道总高差1 302 m，平均纵坡1.12%，干流直线长度412.7 km，河道弯曲系数1.68。按河流特征，汾河可分为上、中、下游三段，互通区为汾河上游段，流向由北向南。流域面积1 148 km2，年径流量0.72亿m3，推荐线方案以桥梁形式跨越汾河。

1.3 气象

项目区属暖温带大陆季风性气候，一年四季分明，冬季漫长寒冷少雪，夏季短暂炎热多雨，年平均气温8.7℃，最高气温32.5℃，最低-21.7℃，冻土最深59 cm。多年平均降水量459 mm，最大年降水量745 mm，最小年降水量242.5 mm（1972年），年最大降水量集中在7—8月，年均降水量天数为60 d。

1.4 其他制约因素

被交路太佳高速公路由南向北沿汾河东侧山体修建，山体边坡陡峭，地形复杂；同时作为省级重点保护文物的静居寺石窟在山体坡脚下；另外汾河东、西两侧分别为在建的静静铁路和省道215（宁白线），使汾河大桥的桥高和桥型受到影响，从而对互通方案受到制约。

2 技术标准

2.1 交通量预测

根据本项目工可交通量预测结果，静乐枢纽互通2039年预测交通量如图1所示，单位为年平均日交通量（pcu/d），括号内为设计小时交通量（pcu/h）。

图1 2039年静乐枢纽预测交通量

2.2 技术标准

静兴高速公路主线设计速度采用80 km/h，路基宽度为25.5 m。太佳高速公路设计速度为80 km/h，路基宽度为24.5 m，太佳高速公路百草沟大桥为6孔35 m预应力混凝土箱梁桥。

根据交通量预测，本枢纽互通匝道设计速度采用40～60 km/h。匝道横断面类型采用单向双车道匝道（Ⅱ型），单车道出入口，路基宽度采用10.5 m。

3 互通方案研究

3.1 互通选址

根据本项目工可对路线总体方案的研究，路线起点枢纽互通位置共选择3处。方案A起点位于静乐县丰润镇东约2 km处；方案B位于静乐县丰润镇及李家会之间；方案C位于岚县郭家庄东北处。方案A对应主线长度较方案B长1.5 km，且汾河大桥长度更长，造价更高；方案C使主交通流方向（太原方向）的车辆行驶里程增长约13 km，绕行里程较长，燃油费用高，根据山西省高速公路网规划调整方案，方案B更加符合山西省高速公路网规划的位置，且短捷顺直，线形较优，因此选择方案B作为静兴高速公路的起点，即互通位置选在丰润镇及李家会之间。

图2 互通位置方案图

丰润镇以北是太佳高速公路丰润互通，李家会村以南是国家级汾河湿地公园，因此静乐枢纽的位置设在丰润镇与李家会村之间。丰润互通终点桩号为TK71+815，李家会村处的桩号为TK74+000，中间长度2 185 m，为避免与丰润互通复合，本枢纽位置应尽量向南，以满足两互通间的最小净距650 m[1]；同时根据地形条件充分利用太佳高速公路现有桥梁下穿，以降低工程规模和施工难度。经研究，在此路段范围内只有百草沟大桥满足要求，因此本互通的布设位置为太佳高速公路百草沟大桥处。

3.2 互通布设方案

根据路线走向，两条高速公路为三岔交叉，互通型式应采用喇叭型或三岔T型，结合地形条件、制约因素、交通量预测及路线走向，单喇叭互通的环形匝道不利于交通流的快速转换，因此本互通布设3个T型方案进行比选。

表1 静乐枢纽方案设置一览表

3.2.1 方案一

方案一为梨形方案，C匝道上跨太佳高速公路后接太佳高速公路，B匝道分别下穿C匝道与太佳高速公路后接入主线。其中A匝道（太原至兴县方向）与D匝道（兴县至佳县方向）为定向匝道，B匝道（佳县至兴县方向）与C匝道（兴县至太原方向）为半定向匝道，A、C、D匝道设计速度采用60 km/h，B匝道预测交通量最小，设计速度采用40 km/h。互通范围内匝道圆曲线最小半径80 m（B匝道），最大纵坡3.81%（C匝道），主线汾河大桥纵坡1.5%。方案平面图见图3。

图3 静乐枢纽方案一平面图

方案一优点C匝道上跨，视野开阔，B匝道紧靠太佳高速公路，挖方量小，A、B匝道与C、D匝道分流鼻均位于省道S215东侧，桥梁布设相对容易。缺点也比较明显，两左转弯匝道平纵指标较低，B匝道最小半径80 m，最大纵坡3.797%；为保证与丰润互通间的最小互通间距及纵坡要求，作为主交通流的C匝道采用迂回型，匝道长度较长，车辆绕行距离较远，平纵指标较低，圆曲线最小半径120 m，最大纵坡3.81%，线型指标与驾驶员期望相差较大，不利于行车安全。

3.2.2 方案二

方案二在方案一基础上进行优化，为迂回T型方案。为提高C匝道平纵指标，同时保证最小互通间距，方案二主线较方案一向南移97 m，B匝道下穿C匝道与太佳高速公路。方案平面图见图4。

方案二主要目的是改善两个左转弯匝道的平面线型，B匝道最小半径从80 m提高至90 m，C匝道最小半径从120 m提高至160 m，纵断面指标与方案一相差不大，设计速度采用值不变。互通范围内匝道圆曲线最小半径90 m（B匝道），最大纵坡3.841%（C匝道），主线汾河大桥纵坡为1.3%。

图4 静乐枢纽方案二平面图

方案二优点是枢纽立交布局紧凑，占地较小，整个枢纽互通平纵面指标较高，主交通流C匝道采用内转弯半直连式汇入太佳高速公路，车辆通行顺畅，驾驶员舒适感较强。缺点是为确保C匝道上跨时满足净空要求，主线汾河桥纵坡调整为1.3%，使汾河桥高度增加。

3.2.3 方案三

方案三为两条左转车道（B、C匝道）全部下穿太佳高速公路百草沟大桥的迂回T型方案，方案平面图见图5。

图5 静乐枢纽方案三平面图

鉴于本枢纽互通桥梁较多，且多为现浇桥，而匝道与汾河大桥直接相接，其纵坡对汾河大桥的规模影响较大，因此方案三需在尽量改善互通平纵面指标的基础上，尽量降低桥梁高度，降低施工难度，减少工程造价。C匝道下穿太佳高速公路，B匝道下穿C匝道和太佳高速公路，使桥梁高度平均减小3.5 m。A、D匝道变化不大，设计速度均为60 km/h，B匝道最小半径提高至100 m，设计速度40 km/h，为满足两个互通最小间距650 m，C匝道最小半径130 m，同时受视距影响，设计速度调整为50 km/h。互通范围内匝道圆曲线最小半径100 m（B匝道），最大纵坡3.65%（B匝道），主线汾河大桥纵坡为2.3%。

方案三优点明显，由于匝道下穿，使互通内的匝道桥与主线汾河大桥桥梁高度降低，工程规模较小，造价较低，平纵面指标适中，主交通流C匝道采用内转弯半直连式汇入太佳高速公路，车辆通行顺畅。

3.3 互通方案比选

上述3个互通方案的技术指标及工程规模对比见表2。

表2 静乐枢纽互通方案技术指标及工程规模对比表

经综合比选分析，3个方案均满足本项目交通流转换要求，同时满足两个互通的最小间距要求，避免了两个互通的复合，降低了工程规模和施工难度。方案一和方案二布局相对紧凑，占地较小，C匝道上跨太佳高速公路，视野较开阔，匝道总长度较短，但由于匝道上跨，使主线纵断随之抬高，导致匝道桥和汾河大桥高度较高，从而造成互通整体规模大，造价高；且互通区地形陡峭，桥梁高度高使现浇桥的施工难度增大。方案三充分利用了太佳高速公路原有桥梁，两条左转匝道全部下穿，降低了桥梁高度，不仅有利于施工，而且有效控制了工程规模，降低了工程造价；同时该方案平纵指标适当，造型美观，行车顺适，因此推荐方案三作为本枢纽方案。

4 结语

通过对山西省静兴高速公路静乐枢纽的方案比选分析，可以总结出以下几点：

a）互通选址应根据项目特点、功能及路网结构，并结合地形、地质、被交路平纵指标、现场实际情况及限制性因素等进行综合考虑。静兴高速公路起点设互通与太佳高速公路连接，根据路网结构和主交通流走向，方案C明显绕行距离更远，方案A路线长度较长，且桥梁规模更大，经综合比选，方案B是更合理的位置。

b）互通方案设计要综合考虑各种因素，不仅是满足功能和技术指标，还有工程造价、运营安全和施工难易度。静乐枢纽方案一与方案二虽然满足要求且布局紧凑，占地较小，但是桥梁高度高，结合互通区内的地形条件，现浇桥施工难度大，工程造价高，匝道桥施工对既有高速公路运营安全影响较大，方案三各方面指标比较均衡，匝道全部下穿既有高速公路桥梁，能最大程度控制桥梁规模，降低工程造价，因此方案三更合理。