奉节东枢纽互通立交改建方案设计

奉节东枢纽互通立交改建方案设计

1第三，奉节东枢纽互通安莱高速公路乾隆至建始段（以下简称“乾隆高速公路”）是国家高速公路网6g911康莱峰连接线的中后期。它也是重庆高速公路网“三公十二联线”中的“一台”南安线的南端。项目位于三峡库区腹地重庆市奉节、巫山县，呈南北走向，起于G6911巫溪至奉节高速公路（简称“奉溪高速公路”）孙家崖隧道南出口，跨G42沪蓉高速公路设奉节东枢纽互通后，经夔门、永乐、大溪、庙宇，止于巫山县红椿乡飞播林场附近渝鄂界。全线采用设计速度80km/h，路基宽度25.5m，重庆境内路线全长48.752km。拟改建奉节东枢纽互通即为奉建高速公路起点与奉溪高速公路终点主线贯通后与G42沪蓉高速公路形成十字交叉而设置的四路枢纽。奉溪高速公路已于2013年建成通车，与G42沪蓉高速公路设置了双U形现状奉节东互通，现状奉节东互通承担了枢纽（至奉溪高速公路巫溪方向）兼下地（设匝道收费站至奉节方向）的功能。奉建高速公路与奉溪高速公路主线贯通后，改造现状奉节东互通为全枢纽四路互通，下地功能则新建的奉建高速公路夔门互通（在奉节东互通南侧2.5km）实现。2互通区地理位置互通区现状影像见图1，主要受控因素如下。(1）场地狭窄：项目起点顺接奉溪高速公路孙家崖隧道后上跨G42沪蓉高速公路，设唐家湾特大桥（主桥为94m+2×176.5m+94mPC连续刚构）跨越长江一级支流梅溪河，南北向孙家崖隧道出口与唐家湾特大桥主桥之间仅有1020m，东西向受G42沪蓉高速公路梅溪河特大桥（825m）、财神梁隧道（4928m）控制，二者之间长度仅870m，且分布有原奉节东互通。改建互通场地狭窄，布设空间非常受限。(2）地质复杂：互通区出露的地层为泥灰岩夹页岩，强风化厚度2.5～4.5m，裂隙较发育，强度低，边坡易垮塌失稳；滑坡（不稳定斜坡）、崩坡堆积体、危岩等不良地质发育，奉溪高速公路施工过程中在孙家崖隧道洞口前设置了长约200m抗滑桩+锚索框架支护右侧挖方边坡，现因匝道拼宽需扩挖既有边坡，工程建设难度大。(3）地物干扰大：除G42沪蓉高速公路、奉溪高速公路的特大桥、特长隧道等结构物之外，改建互通区还分布有原奉节东互通匝道收费站、中石油储油罐、中石油输油管线、金盘小学及既有80m高弃渣场（G42沪蓉高速公路施工时为消化隧道洞渣而设置）等众多地物干扰，为改建互通的布设带来了较大困难。3转向巫溪至宜方向设计加强交通量根据工可交通量预测结果，至预测末年2044年，最大转向巫溪至宜昌方向设计小时交通量为355puc/h（单向），最小转向宜昌至巫山方向设计小时交通量为124puc/h（单向）。互通各转向交通量较小，见图2。4公司制度4.1高速公路枢纽互通方案拟改建奉节东枢纽互通是在原奉节东互通基础上形成，因此改建方案设计应充分分析原奉节东互通的特点，结合运营实际，因地制宜地拟定方案。本次方案布设的原则如下。(1）突出功能为主：改建互通为两条国家高速公路相转换的枢纽互通，方案布设以满足功能为首要前提条件。(2）彻底改造、合理利用：对原互通满足新规范要求、运营状况良好的部分尽量利用，以减少废弃工程；对存在较大安全隐患从运营实际反馈存在较多问题的路段则彻底改造，做到改造与利用并举，消除隐患，提升通行能力与服务水平。(3）合理避让控制地物：互通区地质复杂，地物干扰大，改建互通方案布设在满足功能及规范前提下考虑合理避让，减少施工风险、建设成本及对既有高速公路的运营干扰。4.2下下地区匝道交织不规范，匝道组织方案不完善原奉节东互通于2013年底建成，为奉溪高速公路建设时在G42沪蓉高速公路三路一般互通之上增加高速公路转换功能而形成的三路枢纽+一路互通，采用双U转式互通型式，俗称“哑铃型立交”。双U形匝道在梅溪河特大桥引桥、财神梁隧道进口前主线桥下分别下穿G42沪蓉高速公路主线。现状互通功能较弱，服务水平较差，主要如下。(1）主线侧交织：双U形匝道与G42沪蓉高速公路出入口匝道分别形成了交织路段，分别长360m、460m，每个交织路段承担4个交织流向。交织路段与主线之间虽设置了隔离设施，但与主线出入口未设置足够长的加减速车道，导致车辆强行流入流出主线。(2）绕行严重、导向不清晰：双U转式的互通型式，使得各转向车辆运行轨迹都相当复杂，路径导向不清晰，绕行距离大。以巫溪-重庆方向为例，其需经过奉溪高速公路主线分流-与宜昌方向下地合流-与重庆-巫溪或下地交织-与宜昌-巫溪或下地交织-流入G42主线的复杂轨迹，多次交织多次分合流，服务水平差，通行能力低。(3）与隧道口净距严重不足：G42沪蓉高速公路财神梁隧道洞口（重庆方向）距出口匝道渐变段起点仅30m；宜昌方向入口匝道加速车道渐变段终点距离财神梁隧道入口仅10m。以上均不满足现行《公路立体交叉设计细则》要求；且现状加减速车道均不完整，渐变段长度较短，存在较大的安全隐患问题。根据运营公司反馈及现场踏勘，发现较多车辆特别是不熟悉该互通的车辆，极易出现误行、停车观望等情况，存在较大的安全隐患。因此对原奉节东互通在G42沪蓉高速公路主线两侧的交织路段应予以彻底改造消除。4.3匝道方案转换根据以上布设原则与思路，结合现场地形地物及地质条件，共拟定了以下3个方案，进行比选论证。(1）单喇叭形+T形互通方案。本项目前期提出单喇叭形+T形互通方案，主要思路是将原奉节东互通改建成B型单喇叭形与奉建高速公路主线上新建T形互通相连接，至宜昌方向匝道采用迂回式避开既有高填方弃渣场；本方案交通流向较清晰，也解决了G42沪蓉高速公路主线侧交织的问题，见图3。但存在的主要问题是：(1)主流方向绕行距离较长，巫溪至重庆方向增加绕行0.6km、重庆至巫溪方向需增加绕行1.1km;(2)与奉建高速公路夔门互通净距不足450m，需设置辅助车道形成复合式互通，将形成连续3个互通的“立交群”，工程规模大，服务水平不高。基于以上明显劣势，未再做同深度比较。(2）同深度比选方案1：半定向+双U转式方案。为尽可能利用既有互通、减少废弃工程，采用半定向+双U转式互通型式，完全利用原有互通，仅从奉建高速公路主线新建F、I、J、R4条匝道顺接既有匝道，利用G42沪蓉高速公路双U转匝道及其两侧集散车道完成所有的交通转换，见图4。互通范围G42沪蓉高速公路平面位于R=1100m和1200m的S型平曲线上；纵面处于纵坡0.68%、1.6%之间，凸型竖曲线半径R=30000m。本项目主线位于R=760m和710m平曲线上；最大纵坡1.6%，最小凹、凸型竖曲线半径分别为R=10000m和13000m。平纵指标均满足规范要求。方案2共设置主线桥2236m/3座，其中含特大桥1241m/1座，匝道桥782m/2座。(3）同精度比选方案2：半定向+双迂回式。鉴于改建枢纽互通布设空间十分受限，故采用半定向+双迂回式（改造原U转匝道）方案，以压缩建设空间，减少对互通区域周边环境的破坏及干扰，尤其避免对附近储油罐及80m高填渣场的干扰，见图5。为消除G42主线侧交织，匝道与G42主线的出入口采用“先出后入，变交织为交叉”的处理方法，并保证匝道加减速车道长度、出入口与隧道的最小净距满足要求。奉建高速公路起点接奉溪高速公路孙家崖隧道，受孙家崖隧道洞口标高及G42高速公路标高限制，奉建高速公路主线上跨G42主线；而巫溪至奉节方向出口匝道（F匝道）受G42沪蓉高速公路梅溪河特大桥斜拉索的影响，只能下穿G42主线，为克服高差，设置环形匝道进行展线。互通范围G42沪蓉高速公路平面位于R=1100m和1200m的S型平曲线上；纵面处于纵坡0.68%、1.6%之间，凸型竖曲线半径R=30000m。奉建高速公路主线与G42沪蓉高速公路交叉桩号为K0+852.445，交角45°。主线位于R=760m和710m平曲线上；最大纵坡1.6%，最小凹、凸型竖曲线半径分别为R=10000m和13000m。平纵指标均满足规范要求。改建互通建设范围狭小，匝道绕行距离较长，故匝道采用无紧急停车带的单向双车道匝道形式，个别由双车道分流出去的采用单车道形式，由主线分流、汇流均采用单车道出入口形式，受G42沪蓉高速公路财神梁隧道和本项目主线孙家崖隧道影响，隧道出口距离减速车道渐变段起点距离按不小于300m控制，加速车道渐变段终点距离隧道进口距离按不小于80m控制。根据交织的全交织交通量和交通流性质，互通匝道交织段最小长度200m，交织区间的交通流处于稳定流状态，满足通行能力要求。方案2共设置主线桥2236m/3座，其中含特大桥1241m/1座，匝道桥3069m/11座，G42沪蓉高速公路拼宽桥203.9m/4座。方案对比见表1。(4）比选结论。综合以上分析，为着眼长远、提高服务水平；以人为本、消除安全隐患，经全寿命周期费用比较，以方案2为最终推荐方案，最终施工图方案结合主线调整对局部匝道线形进行了微调，见图6。5交织段长度设计(1）采用BIM技术对互通方案进行模拟检查。改建互通方案复杂，匝道之间错综交叉，空间关系采用传统方式难以给人以直观印象。设计过程中采用BIM技术对互通进行模型搭建，对匝道净空、建筑限界、停车视距等指标进行可视化全动态碰撞检查，实时更新调整。(2）布设场地受限的枢纽互通，应尽量避免主线侧存在交织的设计。除非设置完善的集散车道（主线同一侧一般只有一个出口和入口，集散车道与主线出入口应设置足够长度的加减速车道，集散车道上匝道之间连续分合流距离应满足要求，集散车道上交织路段长度应满足要求），否则即使交织段与主线设置隔离，仍无法避免对主线直行车辆的干扰。而在场地受限的条件下，要设置完善的集散车道则非常困难。这一点从原奉节东互通的运营实际来看，非常突出。(3）对于匝道路段，因其运行速度相对于主线而言较低，允许存在交织路段。但应保证足