山区高速公路地形困难路段出入口立交方案研究

1 工程概况

张家川互通式立交位于张家川县城西南部，韩家峡沟口南侧，南河西侧，距离县城约6.4km。立交所处位置地形狭窄，立交布设位置南河沟道宽约180m，设计流量Q1%=667m3/s，且顺沟道设置有国道G566；韩家峡沟道宽约只90m，设计流量Q1%=89m3/s；南河南岸为花岗岩石质高山，山体陡峭，山高约110m，山顶为上河遗址，设置上河隧道穿越山体；立交布置的地形条件极为困难，控制因素多。张家川互通式立交与二级路国道G566相衔接，实现张家川县及周边车辆进出高速公路，主要解决地方车辆出入该高速公路的需要。根据地形及交通量预测，匝道设计速度均按 40km/h，高速公路的设计速度为80km/h，路基宽度为25.5m。被交路国道G566，二级公路，设计速度60km/h，路基宽度12m。

2 主要影响因素

2.1 安全性

根据现行 《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21-2014）中相应规定：隧道出口端与前方主线出口的间距宜满足设置全部指路标志的需要，当地形条件限制时，间距可适当减少；主线设计速度80km/h的单向双车道高速公路，隧道与前方主线出口的之间的最小净距不宜小于300m[1]。

张家川立交距离上河隧道间距较小，立交与隧道的净距是影响立交安全性的主要因素。若明挖取消隧道，深挖路堑边坡的稳定性是影响公路安全的主要因素[2]。

2.2 经济性[3]

设置隧道时，为满足主线出口与隧道出口间距，匝道绕行距离较长，工程量有所增加；主线出口与隧道出口不能满足净距要求时，隧道需采用3车道大断面来设置较长的辅助车道，极大增加工程投资较大；采用明挖时，开挖石方、边坡防护工程量巨大。

2.3 环境影响[4]

取消上河隧道，山体最大挖方约96m，挖方长度约330m，对自然环境破坏较大，同时需对山顶上河遗址进行整体挖掘保护，对文物影响较大。

3 立交方案设计

综合考虑安全性、经济性和环境影响，布设了三个立交方案，以全面综合考虑各种影响因素，最终确定最优的立交布置方案。

3.1 变异A型单喇叭+隧道方案

为满足主线出口与隧道出口净距需求，避免车辆出隧道后下高速可能存在短距离变换车道、在受明适应影响的洞口路段变换车道或错过出口等不利情况和安全隐患。将天水至庄浪方向减速出口匝道D向主线小桩号调整，主线出口与隧道洞口净距305m，匝道D下穿主线后与匝道C相接，匝道设置为双车道单出入口匝道，上河隧道左线为两车道常规断面，如图1所示。

图1 变异A型单喇叭+隧道方案

3.2 常规A型单喇叭+隧道方案

为解决变异A型单喇叭立交匝道绕行较远的问题，采用常规A型单喇叭立交布设，隧道出口与主线出口相接，左线隧道采用3车道大断面以设置辅助车道来减小隧道出口与主线出口相接带来的安全隐患，如图2所示。

图2 常规A型单喇叭+隧道方案

3.3 常规A型单喇叭+明线方案

为解决变异A型单喇叭立交匝道绕行较远的问题，采用常规A型单喇叭立交布设。为解决立交主线出口与隧道出口相接的问题，采用深挖路堑的方式取消隧道。山体最大挖方约96m，挖方长度约330m，对自然环境破坏较大，同时需对山顶上河遗址进行整体挖掘保护，对文物影响较大，如图3所示。

图3 常规A型单喇叭+明线方案

3.4 方案比选[5-6]见表1

方案一：变异A型单喇叭+隧道方案

优点：采用匝道绕行的方式，满足了立交出口与隧道出口的净距要求，行车安全性较高；上河隧道采用常规的2车道断面，隧道工程量较小；采用隧道方案穿越山体，土方工程量小、占地规模小，环境影响小，对上河遗址无影响；尽可能地利用有限的空间，避免了对两侧山体较大的开挖。缺点：采用变异A型单喇叭，天水至庄浪方向减速出口匝道D绕行较远，需绕行约1km，绕行距离较远；较方案三需设置短隧道一座，隧道规模有所增加。

方案二：常规A型单喇叭+隧道方案

优点：立交布设最为紧凑，占地面积最小；天水至庄浪方向减速出口匝道D无需绕行，下立交顺畅；采用隧道方案穿越山体，土方工程量小、占地规模小，环境影响小，对上河遗址无影响；缺点：受地形条件限制，立交距上河隧道距离近，主线出口匝道D与上河隧道出口净距不满足300m要求，下高速车辆需在隧道口附近完成车道变换，由于隧道内对出口的辨识不利，且隧道口驾驶员需要适应光线的明暗变化，易错过出口、发生交通事故，存在安全隐患；上河隧道左线需采用三车道大断面，工程规模增加较大，工程造价最高。

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