城区互通式立交总体方案设计新思路
李杰 王淼 李佳莉
中国市政工程中南设计研究总院有限公司
摘 要：随着国家经济飞速发展和城市快速扩张，以及私家车快速增加，城市“交通病”日渐严重，为缓解城市交通供需矛盾，近年来政府部门尝试回购城区范围内的高速公路，通过市政化改造后，使其更好地服务城市内部交通。互通式立交改造是高速公路市政化改造的重点和难点，以南光高速公路洲石路立交为实例，充分考虑立交周边环境影响因素，系统地阐述了立交方案优化、深化过程，提出了立交总体方案设计的新思路，对今后城区内互通式立交方案设计有一定的借鉴意义和参考价值。
关键词：高速公路;市政化改造;互通式立交方案设计;
近20年来，随着国家经济飞速发展和城市规模快速扩张，早期在城区外围修建的高速公路，现在已经处在城区范围内，占用了城市快速交通路网系统的快速通道，并分割了城市路网；另外，随着市民生活水平和生活质量的提高，私人购买小汽车步伐加快，私家车拥有量快速增加，城市“交通病”日渐严重；政府交通部门虽然采取措施，大力发展综合公共交通，缓解城市“交通病”问题，但是，交通基础设施的建设总是不能满足城市交通需求的增加。一个城市的快速、大容量交通通道是有限的，特别是国内的一些一线城市，这个问题更为突出。为缓解城市交通需求的供需矛盾，国内一线城市的政府交通部门在大力发展综合公共交通的同时，近年来也尝试回购城区范围内的高速公路，通过快速化改造后，使其更好地服务城市内部交通需求。例如深圳市政府从2014年开始，通过市财政资金相继回购了深圳市市域范围内的梅观高速公路、南光高速公路、龙大高速公路、盐排高速公路、盐坝高速公路等5条高速公路，并投入大量资金对这5条高速公路进行市政化改造，使其更好地服务城市发展对交通的需求，有利于促进沿线社会经济发展和城市交通一体化建设，有利于助力深圳市现代化、国际化创新型城市以及粤港澳大湾区的建设。
与公路立交相比，城市道路立交有其自身的特点，主要有：(1)设计车速较低； (2)交通组成复杂，非机动车与行人交通大量存在； (3)用地紧迫，周围建筑物密集，地下管线成网； (4)路幅较宽，断面形式多样[1]。本文基于深圳南光高速公路市政化改造洲石路互通式立交方案设计实例，在满足未来交通转换功能需求的前提下，充分考虑立交周边环境影响因素，系统地阐述了立交方案优化、深化过程，提出了立交总体方案设计的新思路，对今后城区内互通式立交方案设计有一定的借鉴意义和参考价值。
1 工程背景现状南光高速公路是深圳市规划的“七横十三纵”干线路网体系中的一条纵向高速公路(S33),全长31 km, 见图1,双向六车道，路基宽33.5 m, 设计车速100 km/h, 全线桥梁长度占比约40%。
图1 深圳市干线路网规划示意
南光高速公路市政化改造，其横断面布置近期仍然按照高速公路断面设计，全线设置紧急停靠带(局部被构筑物侵占),双向八车道，结合桥梁拓宽需求以及预留未来双向十车道的交通需求，紧急停靠带宽度采用4.0 m。道路平面和纵断面基本维持现状道路设计参数不变，主要采取两侧拓宽方式改造，局部路段为避免大面积拆迁，采取单侧拓宽方式改造。调整现状立交的出入口3座，改造现状立交3座，新建立交3座，新建平行匝道出入口3对。
现状南光高速公路洲石路立交类似为菱形立交，设置2座出口收费站和2座入口发卡站，南侧一对出入口与料坑大道“T”型平交，北侧一对出入口与洲石路平交。洲石路立交与机荷高速公路立交中心间距只有1.78 km, 相邻立交两匝道出入口交织长度过短，分合流鼻之间的距离只有650 m。因两立交出入口之间交织交通量较大，且早晚高峰交通时段与学校上学、放学叠加，南侧出入口匝道经常产生交通拥堵现象，严重影响主线交通的通行能力。
本次南光高速公路市政化改造拟将洲石路立交改造为全互通式立交。
2立交周边建设条件洲石路节点的四个象限均为土地开发建成区，西北角有一块由洲石路、南光高速公路和洲石玉支线围合的三角形地块，面积约28 098 m2,三角地块内搭建了一些临时构筑物，见图2。东南象限紧邻料坑中学，东北象限紧邻朗升工业区，西南象限紧邻料坑新村，西北象限有康佳通信等工业厂区。
图2 洲石路立交周边建设条件
南光高速公路高架跨越料坑大道、洲石路，其西侧紧邻洲石玉支线。规划洲石玉支线紧邻南光高速公路继续往南延伸(正在设计之中),与洲石路平面交叉。洲石路车行道地下有地铁-深大城际线。
3立交交通量预测分析根据深圳市城市交通规划，南光高速公路为城市快速路，洲石路、洲石玉支线为城市干线性主干道，洲石路与南光高速公路互通立交为一般立交[2]2]。
本一般互通立交2045年远景交通量预测分布见图3。立交节点各转向交通量比较均衡，主要转向交通流为南光高速公路南方向～洲石路西方案及洲石路东方向～南光高速公路南方向，次主要交通流为洲石路东方向～南光高速公路北方向及南光高速公路北方案～洲石路西方向。本互通立交位于南光高速公路-机荷高速公路互通立交北侧约1.8 km。本互通立交的修改完善主要是为了解决洲石路与南光高速公路的交通快速转换以及解决现状立交交通拥堵和立交之间间距过短的问题。
4 立交总体方案设计根据南光高速公路市政化改造交通规划研究报告(政府批复),其市政化改造设计标准：设计车速100 km/h, 路基宽41.5 m, 横断面布置仍然采用高速公路断面(预留未来双向十车道的需求),双向八车道，近期外侧硬路肩局部地段被构筑物侵占。
根据深圳市城市交通规划，洲石路-南光高速公路节点的交通情况为：洲石路与洲石玉支线(紧邻南光高速公路)为地面灯控平交路口，南光高速公路主线高架上跨洲石路，洲石路-南光高速公路互通立交匝道位于第2层和第3层。
图3 洲石路立交远期早晚高峰小时交通量
根据节点处立交的功能定位，结合立交节点的交通量预测分析，以及建设场地限制条件等进行立交的选型设计。南光高速公路立交出入口的设计指标参照相关公路设计规范[3,4]执行，洲石路立交出入口的设计指标参照相关城市道路设计规范[2]执行。
4.1工程规划研究互通立交总体方案工程规划研究阶段，洲石路-南光高速公路互通立交推荐方案为全互通涡轮式立交。其工作重点是互通立交的交通功能需求方面的研究，而对于互通立交的总体方案可实施性缺乏考虑。工程规划研究阶段洲石路-南光高速公路互通立交的总体方案见图4。
图4 工程规划研究洲石路-南光高速公路方案
方案优点：立交设计与交通量预测的转向交通结果基本一致。
方案缺点：拆迁量太大，导致一座学校需整体搬迁；可实施性较差；与南侧的机荷高速公路互通立交的进出口交织长度太短，存在交通拥堵隐患。
4.2工程设计互通立交总体方案(1)方案一：半苜蓿叶 半定向匝道型。方案一设计初期，在满足交通功能需求的前提下，从立交的可实施性、减少拆迁、节约投资等方面考虑，西往南、南往东右转匝道采取迂回方式解决，在洲石路北侧设置集散车道上跨南光高速公路，互通立交总体布置，见图5。
图5 工程设计洲石路-南光高速公路方案一
方案一优点：①满足互通立交的交通功能需求；②节约占地，减少大量拆迁；③互通立交工程建设投资适当增加，但是工程建设总投资将大量减少；④互通立交可实施性改善。
方案一缺点：①节点东北象限仍然需要拆迁大量工业区厂房；②西往南、西往北共用段匝道距离民宅太近，对居民干扰大，施工阻力大；③互通立交匝道影响洲石路两侧工厂车辆出入和居民车辆出入；④南往东、北往东共用段匝道城际地铁南线局部线形重叠，给桥梁基础设计带来困难。
(2)方案二：单苜蓿叶 迂回定向匝道型。在与当地区政府和街道办主管部门一起现场踏勘后，他们要求设计单位在立交方案一的基础上，优化立交方案，尽量不影响东北象限的现状工业区。在满足交通功能需求的前提下，立交方案充分利用东北象限工业区北侧的山坡地和西北象限现状道路围成的三角地。从可实施性、减少拆迁、节约投资等方面考虑，西往南右转匝道采取迂回方式解决，南往东右转、南往西左转采取远迂回方式解决；北往西、北往东、南往西和南往东4个方向的转向交通存在约300 m匝道交织长度；方案二互通立交总体布置见图6。
图6 工程设计洲石路-南光高速公路方案二
方案二优点：①满足互通立交的交通功能需求；②节约占地，减少大量拆迁；③互通立交工程建设投资增加较多，但是减少大量拆迁赔偿费，工程建设总投资反而大量减少，且社会经济效应明显；④互通立交可实施性进一步改善。
方案二缺点：①南往北右转交通绕行约1.0 km, 南往西左转交通绕行约700 m; ②西往南、西往北共用段匝道距离民宅太近，对居民干扰大，施工阻力大；③4个方向转向交通交织段高峰时段交通量较大，通过交通模拟，发现其存在交通慢行拥堵现象；④南往东、北往东共用段匝道距离学校教学楼太近，对学校正常教学有较大影响，另外城际地铁南线局部线形重叠较长，给桥梁基础设计带来困难，且增加工程投资。
(3)方案三：优化的单苜蓿叶 迂回定向匝道型。方案三实际上是在方案二的基础上进行的优化。鉴于洲石路为城市主干道，立交为一般互通立交，为了减少洲石路匝道对居民和学校的干扰，洲石路上下匝道设置在洲石路的道路中心线处，洲石路的地面交通设置在匝道的两侧。洲石路西灯控平交口距离匝道约530 m, 洲石路东灯控平交口距离匝道约1.0 km, 为防止驾驶人员选择行驶方向出错，在匝道前方灯控平交口增设门架指路牌，指路牌设置立交简图和车道导向标线等；在地面增设车道行驶方向文字。另外，为了解决方案二中4个方向交织段可能存在交通慢行拥堵问题，本立交方案将北往东左转交通提前与北往西右转交通分离，北往东左转匝道上跨南往西、南往东匝道，然后在汇流匝道的左侧汇入，解决了交通交织问题，也解决了方案二中4个方向交织段可能存在交通慢行拥堵问题。料坑大道与洲石路现状为灯控平交口，本方案调整为右进右出路口，洲石路南侧的洲石玉支线未建设之前，近期在南光高速公路桥下设置单向两车道，连通洲石路与料坑大道，解决洲石路北侧料坑大道直行交通通过“洲石路-洲石玉支线平交口”左转到料坑大道的需求，料坑大道其他直行方向、左转交通需求，通过两侧灯控平交口绕行回头解决。见图7。
图7 工程设计洲石路-南光高速公路方案三
方案三优点：在方案二总体设计思路的基础上，对互通立交方案做进一步优化和完善，使互通立交方案更具可实施性，投资更省，对居民和学校干扰最小，匝道与城际地铁的冲突也更小。
方案三缺点：①料坑大道-洲石路灯控平交口调整有进有出路口，料坑大道直行、左转交通需要通过附近灯控平交路口绕行解决；②匝道设置的位置与常规的驾驶习惯不一致。
4.3互通立交方案综合比较对3座互通立交方案进行综合比较见表1,推荐采用方案三。
表1 互通立交方案比较
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项目 |
方案一 |
方案二 |
方案三 |
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交通功能 |
交通功能齐全，基本满足未来交通增长需求，2环形匝道存在交织拥挤隐患。 |
交通功能齐全，基本满足未来交通增长需求，4个方向的转向交通交织段存在拥挤隐患。 |
交通功能齐全，满足未来交通增长需求。 |
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立交特点 |
南往东、西往南右转交通采取绕行方式；南往西、东往南左转交通采取环形方式；西往北、北往东左转交通采取定向方式；避免了学校搬迁和料坑新村拆迁；占地较少，立交紧凑。 |
南往东、西往南右转匝道采取绕行方式，南转西和南转东方向采取绕行回头方式，与北转东和北转西方向回合交织后，再分流向西、向东，汇合交织段存在交通拥挤现象；避免了学校搬迁和料坑新村、朗升工业区的拆迁；且占地较少，立交紧凑。 |
南往东、西往南右转匝道采取绕行方式，南转西和南转东方向采取绕行回头方式，与北转西方向回合后，再分流向西、向东；北转东交通从合流段内侧与南转东交通合流往东，避免了转向交通的交织而产生的拥挤；避免了学校搬迁和料坑新村、朗升工业区的拆迁；且占地较少，立交紧凑。 |
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用地规模/m2 |
163 739 |
143 046 |
141 091 |
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拆迁/m2 |
厂房43 721,临建2 043 |
临建1 167 |
临建1 167 |
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环境影响 |
对居民、需要干扰大 |
对居民、需要干扰大 |
对居民、需要干扰小 |
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实施难度 |
拆迁、占地大，实施难度大 |
拆迁、占地小，实施难度小 |
拆迁、占地小，实施难度小 |
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工程造价/亿元 |
3.47 |
3.41 |
3.76 |
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总投资/亿元 |
8.71 |
4.18 |
4.51 |
本文基于深圳市某城区互通式立交总体方案设计，提出了与常规互通立交型式不一样的立交方案设计新思路。在城区内新建互通式立交，受到用地、拆迁、地下管网、地铁等居多因素的影响，为获得一个合理的立交总体方案，首先是满足未来交通发展需求，其次是在综合考虑各种自然限制因素情况下，必须反复与立交建设相关方(利益方)进行协调沟通，分析、权衡各方因素。
城区内土地价值高，拆迁安置赔偿费用高，洲石路-南光高速公路互通立交限制因素很多，立交总体方案设计在方案设计过程中，从方案一至方案三，每个立交方案构思均较巧妙。
(1)方案一虽然避让了西南象限、东南象限征地拆迁，但东北象限仍然需要征地拆迁大量厂房，经与各级政府及相关方沟通协商，一致要求立交方案尽量避免东北角厂房拆迁。
(2)方案二是在方案一基础上，结合沟通协商结果，提出的优化方案，方案二避免了东北象限征地拆迁，这个方案虽然得到相关各方认可；但是，通过交通仿真模拟，立交匝道汇合交织段存在交通拥挤现象，南侧匝道桥距离学校、居民房很近，南侧往东匝道桥与地铁重叠较长。
(3)方案三是在方案二的基础上提出的进一步优化方案，解决了方案存在的存在的缺点，最终得到了一个合理的立交方案。城市立交设计必须坚守“以人为本”的设计理念，综合权衡立交功能、经济效益、社会效益及可实施性等因素，方可设计出精品工程，使得人造工程与自然环境、社会环境协调统一。
参考文献[1] 王春玲.城市道路互通立交设计[J].石家庄铁道大学学报：自然科学版，2013,(5):43-46.
[2] CJJ 152-2010 城市道路交叉口设计规程[S].
[3] JTG D20-2017 公路路线设计规范[S].
[4] JTG/T D21-2014 公路立体交叉设计细则[S].
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