曾 鹏
(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)
伴随着公路建设的迅速发展，路网之间的交通转换需求催生了大量的互通立交。互通立交的设计不但要满足交通量的增长，还要保证行车安全，为驾驶员提供舒适的行车环境，努力促成人造工程与周边环境的统一和谐。尤其是城区的互通立交还有其复杂特性，选型过程中极易发生临近路网协调难度大、紧靠敏感地块、新增城区规划等情况，从而造成原有方案落地困难[1-8]。
本文以西宁至互助一级公路扩能改造工程中的韵家口互通立交为例，充分考虑初设方案的不足及施设阶段面临的新问题，从工程实际出发，依据现有地形地物，把握主要限制条件，合理选择互通立交优化方案。
西宁至互助一级公路扩能改造工程起点位于韵家口互通立交匝道与互助路的交叉口，向北沿既有一级公路原位扩建至董家寨村，后向东沿山坡新建，经大庄、黑泉止于加定至海晏公路，设置威远互通立交连接(实现西互高速与加海高速公路的交通转换)。项目建设对加强西宁对周边县市的辐射功能，完善国家高速公路网、促进沿线资源开发和经济发展、促进地方旅游业发展、响应国家一带一路发展战略等诸多方面具有非常重要的意义。
现状西互一级公路起点接G6京藏高速韵家口互通下道口与互助路、明杏路构成的平面交叉，形成交通转换极其复杂的五路交叉，交通组织由红绿灯控制，交通通行能力有限。随着区域经济的快速发展，该处平面交叉高峰时段拥堵状况日益加剧，目前已成为制约西宁以东交通路网顺畅的重要梗塞点。韵家口互通现状如图1所示。
图1 韵家口互通现状周边控制要素示意Fig.1 Diagram of surrounding control elements of Yunjiakou interchange
韵家口互通是西宁至互助一级公路扩能改造工程中的控制工程，由于其特殊的限制条件及功能需求，韵家口互通方案已成为本次扩能改造工程的重点与难点，具体限制条件如下：
1) 无重新选址的条件
由于项目建设需最大限度实现现有高速公路、城市道路不断道，充分利用现有工程，且起点部位需实现高速公路与高速公路、高速公路与地方城市道路之间的有效衔接，节点位置确定、唯一，无法采用简单新建的方式，只能在韵家口互通现状的基础上进行互通改造。
2) 互通改造建设不能中断交通
互通为G6京藏高速(西宁城区段)、西互高速公路及城东区主干路重要交通节点，承担交通量大，社会关注度高，互通改造建设不能中断交通。
3) 互通改造受控条件多、周边敏感点多，互通选型困难大
主要体现在：
(1) 交叉兰青铁路和兰新高铁：项目K0+520处与兰青铁路交叉；
K1+222处与兰新高铁铁路桥交叉；
由于兰新高铁与兰青铁路的存在，对路线布设及改扩建方案确定产生较大制约。施设阶段根据项目组前期与业主及相关单位的沟通结果，在兰青铁路上方新建跨线桥将对铁路运营安全造成较大影响，协调难度大，因此维持兰青铁路跨线桥现状不动将是韵家口互通方案成立的关键。
(2) 军产地、监狱、小区等敏感地块限制：项目两侧分布有铁路安置小区、建新监狱、泮子山小区、军产地等敏感地块，涉及的单位协调难度较大，将对项目路线产生较大限制。
(3) 沿线城镇规划及现状交通需求：路线主要位于西宁市城东区，纵向穿过绿色产业园区。项目在考虑现有城镇发展的同时，还要兼顾远期规划，为城镇的未来发展留有空间，使得韵家口互通需要兼顾市政与公路互通双重特点。
韵家口互通初设方案如图2所示。
图2 韵家口互通初设方案Fig.2 Preliminary design scheme of Yunjiakou interchange
韵家口初设方案于K0+000至K2+660段设置路基宽度为16.75 m分离式路基下穿兰青铁路后上跨兰新高铁；
采用双喇叭+互助路下穿方案，匝道设计速度采用30 km/h～40 km/h，平曲线最小半径为35 m。此方案紧扣项目功能定位、结合转向交通量分布情况，合理选取了匝道设计标注及平纵指标，但在实施落地方面存在以下困难：
1) 互通区主线从互助路中心线直接起坡，平交口路段纵坡为3.8%，不满足《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)10.2.2条第1款规定：主要公路在交叉范围内的纵坡应在0.15%～3%的范围内。
2) 路线下穿兰青铁路、上跨兰新高铁处均需改建和新建施工作业，跨铁路的(运营中的兰新铁路)公路桥实施难度大，且铁路所给窗口期有限(每d仅有2 h的施工作业时间)，在预定施工周期内难以完成项目建设，工程进度和安全难以保障。
3) 韵家口互通改造K0+700～K1+200段，线位紧邻铁路安置小区，现状小区已建成(初设阶段小区处于规划建设阶段)，施工图阶段进一步核查，初设右线将占用安置小区消防通道，且占用后无法还建；
同时线位紧靠小区楼栋(靠近段楼层高8～12层)，噪音环境影响大，早期环境影响已被否定，后增加较多措施及工程费用后得以通过；
且在本阶段调查时发现，消防通道外侧小区由于边坡情况复杂，采用了较多的工程措施对其边坡进行支护，如按初设方案，还存在未知的边坡处治风险。
4) 绿色产业园地块段园区提出最新规划：(1) 电化厂交叉口(王家院子平交口附近)设置互通上下高速要求；
(2) 路线布设兼顾园区两侧互通互联要求；
(3) 项目实施后，尽量不改变现状出行方式要求。
5) 匝道多处交叉，净空及纵坡难以满足要求。作为G6与西互高速连接的螺旋匝道，半径仅仅30 m，桥上纵坡达到4.6%，净空不足5 m；
与地方道路衔接，匝道纵坡达到3.8%；
互通存在较多技术指标无法与功能匹配问题。
结合最新交通量预测结论及路网分析，韵家口互通的改造重点需解决：1) 西互—G6火车站方向、G6入城、城区—G6火车站方向交通组织；
2) 本项目涉及高速与高速间衔接、2条高速落地等多种功能需求；
3) 项目周边控制要素多，其中兰青铁路、铁路安置小区、三绒及大都会小区地块为韵家口互通立交改造中不可触碰的红线。
4.1 设计理念及原则
综合项目功能需求、建设条件的分析，本项目互通布设的理念为：完善功能、有效有序组织交通、尽量提高“高接高”相接服务水平[9-15]。互通布设具体原则如下：
1) 以改建为主：鉴于本互通涉及多条道路交叉，存在高-高衔接及城市落地多种功能需求，设计中应以完善功能为首要需求，实现各个方向的交通组织，以不降低初设批复功能为原则，布设全互通方案。
2) 不中断交通，有效有序组织交通：本项目下地后与市政主干道交叉，受湟西河保护区及周边建筑物控制，与市政路交叉无法布设立交，下道后车辆运行速度受限，因此，互通布设涉及落地匝道，以有序交通为原则，适当选取匝道指标。
3) 尽量提高“高接高”相接服务水平：本互通承载着西宁以东高速路网衔接的重要功能，远期随着G6北扩、加定至海晏等公路的建设，本互通的重要纽带作用将更加凸显，设计中应将“高接高”(尤其为G6—互助方向)顺畅衔接作为重点。
4) 结合地块情况，不占用已建建筑或红线。
4.2 方案的研究情况
施设阶段铁路安置小区已修建完毕，与互通初设阶段搜集的规划资料存在差异，导致初设部分匝道无法实施。为确保项目的可实施性，结合本项目建设标准的论证、最新交通量预测结论，韵家口互通交通量预测如图3所示，施设阶段对互通拟定了以下4个研究方案。
单位：pcu/d图3 韵家口互通2035年交通量预测Fig.3 Traffic volume forecast of Yunjiakou interchange in 2035
1) 方案1：双喇叭方案
为解决初设方案中安置小区匝道落地困难问题，施设阶段通过对主线调整、对互通第二象限喇叭进行调整等措施，进一步优化初设部分匝道，即在原有喇叭互通的基础上进行改造，利用匝道与西互高速之间空地设置单喇叭互通。
方案优点：解决了安置小区匝道落地问题。
方案缺点：(1) 新增喇叭设置用地受限；
(2) 互通平纵指标较低(I、G、M、H匝道指标不满足规范要求)；
(3) 方案交织严重(A、G、F、E匝道)。
韵家口互通方案1如图4所示。
图4 韵家口互通方案1Fig.4 Scheme Ⅰ of Yunjiakou interchange
2) 方案2：单喇叭+双环+迂回匝道
韵家口互通方案2如图5所示。
图5 韵家口互通方案2Fig.5 Scheme Ⅱ of Yunjiakou interchange
为改善方案1内环匝道指标超规问题，在方案1基础上提出“单喇叭+双环+迂回匝道”方案，即在原有喇叭互通的基础上进行改造，利用匝道与西互高速之间空地新增2个环形匝道。
方案优点：(1) 解决匝道指标超规问题；
(2) 解决西互高速及G6高速接地问题。
方案缺点：(1) 交织距离过短，交织段过多；
(2) 主交通流绕行过长；
(3) 部分主交通流匝道线形指标差(I、H、B匝道)。
3) 方案3：“单喇叭+双环”组合式互通
韵家口互通方案3如图6所示。
图6 韵家口互通施设方案3Fig.6 Scheme Ⅲ of Yunjiakou interworking
利用匝道与西互高速之间空地设置环形匝道，解决西互高速及G6高速接地问题，同时在互通外侧新增上跨匝道(B匝道)将各主要交通流向分为上下2层，各行其道。
方案优点：(1) 全互通功能基本实现，工程规模小；
(2) 完全利用现有韵家口互通，现有G6不断道。
方案缺点：(1) 交织距离短；
(2) G、H、C匝道作为为主流交通流向，线形指标较低，通行能力较弱。
4) 方案4：“单喇叭+环形+半定向匝道”组合式互通
在方案3的基础上，将城东至G6高速西宁方向G匝道优化为半定向匝道，如图7所示。
图7 方案4(施设方案)Fig.7 Scheme Ⅳ of Yunjiakou interchange(Construction scheme)
4.3 推荐方案的选定
综合比较，选择方案4为推荐方案，该方案的主要优点：
1) 充分考虑了周边用地条件，最大限度减少了新增用地。
2) 充分利用既有互通，对现有单喇叭匝道进行了部分利用，同时拆除韵家口高架桥5 m～30 m连续箱梁结构，并于现高架桥进入中跨位置前宽度为18.5 m的桥面两侧新建拼宽现浇箱梁完成匝道渐变合入主线，减少了因施工对G6京藏高速运营的影响，同时避免了对兰新铁路运营安全的影响。
3) 充分考虑了交通流分布及主交通流，全互通功能有显著提高。
4) 匝道灵活布设，借助多种匝道布设方式，充分发挥组合式互通优势特点。
5) 交叉结构物的布置，特别是与铁路交叉时避免了对铁路运营安全的影响。
本文从项目背景、立交设计的各项技术难点和具体功能需求等方面探讨韵家口互通立交的合理选型问题，在对比分析不同互通方案的优缺点及适用情况的基础上提出了最终优化方案。
1) 近城区互通立交设计应从全局考虑且具有一定的前瞻性，应充分考虑周边规划及具体施工的难易程度，避免经过批复的初设方案后期无法落地的情况。
2) 立交选型应从工程实际出发，因地制宜，结合各方面因素，在充分分析与研究各项限定条件的基础上选择合理的型式及规模，既满足地方需求，又能保留互通立交作为转换交通流的功能。
3) 韵家口互通立交改造设计以完善高-高衔接及城市落地功能、有效有序组织交通及尽可能提高相接道路的服务水平为设计理念，巧妙地平衡复杂的建设条件与项目功能定位之间的矛盾，实现人造工程与周边环境的统一协调。
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