趙坎子樞紐互通式立交設(shè)計(jì)方案比選

1、趙坎子樞紐互通式立交設(shè)計(jì)方案比選摘要:鲅魚圈疏港高速趙坎子立交方案選取受制約因素很多，通過對(duì)各個(gè)制約因素的研究，提出了三個(gè)設(shè)計(jì)方案，從多個(gè)角度對(duì)這三個(gè)方案進(jìn)行了比較，提出了推薦方案，以期對(duì)類似工程有所幫助。關(guān)鍵詞:互通立交制約因素設(shè)計(jì)方案方案比選隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，我國的公路、鐵路里程不斷增長(zhǎng)，新建的公路與現(xiàn)有的公路、鐵路的交叉也越來越多，并相互影響。本文介紹了一座高速公路的樞紐互通的方案布設(shè)，涵蓋了與公路、鐵路交叉的各個(gè)方面，對(duì)類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。趙坎子樞紐互通式立交位于鲅魚圈港區(qū)疏港高速公路起點(diǎn)，是疏港高速連接沈海高速的樞紐互通，其設(shè)計(jì)方案受多個(gè)重要因素制約，對(duì)鲅魚圈港區(qū)疏

2、港高速公路項(xiàng)目具有重大的影響。疏港高速設(shè)計(jì)速度為80km/h,路基寬度為24.5m;沈海高速設(shè)計(jì)速度為120km/h,路基寬度為42m;立交匝道設(shè)計(jì)速度采用40km/h。1制約立交方案選取的主要因素沈海咼速(G15):立交區(qū)沈海咼速平面、縱斷指標(biāo)較咼，路基填土高度約3.0m。鑒于沈海高速在遼寧乃至國家公路網(wǎng)中的重要意義，一般不對(duì)其進(jìn)行平面、縱斷調(diào)整。哈大鐵路客運(yùn)專線(哈大客專):高速鐵路，設(shè)計(jì)速度350km/h,位于沈海高速西側(cè)65m處，與沈海高速基本并行。立交區(qū)哈大客專為鲅魚圈特大橋，該橋上部結(jié)構(gòu)為跨徑32.7m的簡(jiǎn)支箱梁，梁底距現(xiàn)狀地面凈高約11.5m,下部結(jié)構(gòu)為混凝土實(shí)體墩、承臺(tái)、嵌巖群

3、樁基礎(chǔ)。目前鐵路部門原則上不允許高速公路上跨高速鐵路。沙鲅鐵路、鞍鋼鐵路：兩鐵路線并行，位于哈大客專西側(cè)450m處，與哈大客專路線走向基本一致。此處沙鲅鐵路路基填土高度約9.0m,鞍鋼鐵路路基填土高度約4.6m。新鞍鋼路:位于疏港咼速北側(cè)270m,與疏港咼速基本平行，上跨沈海高速,孔徑為20+25+25+20m;新鞍鋼路在沈海高速西側(cè)下穿哈大客專及沙鲅鐵路，在沈海高速公路東側(cè)230m處與國道黑大線(G202)平交。立交區(qū)附近新鞍鋼路填土高度約12m。國道黑大線(G202):位于沈海高速東側(cè)200m,路線走向與沈海咼速基本平行，路基填方咼度為310m。趙坎子村:位于疏港高速、沈海高速、新鞍鋼路和

4、沙鲅鐵路之間，主要影響為征地動(dòng)遷。金城管業(yè)有限公司：位于沈海高速東側(cè)、新鞍鋼路與G202平交口處西南側(cè)，動(dòng)遷費(fèi)用約3000萬元。范屯互通的布設(shè)：范屯互通立交位于疏港高速K1+249處，與趙坎子互通相距較近，可能設(shè)計(jì)為復(fù)合立交，兩個(gè)互通設(shè)計(jì)方案相互影響。交通量：根據(jù)交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，沈陽-鲅魚圈港區(qū)往返方向交通量非常大，為主交通流方向。(見圖1)。其他因素：根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示，立交區(qū)內(nèi)地下水位較高(1.22.8m),路基挖方段落需采取措施防止地下水對(duì)工程產(chǎn)生不利影響。2三個(gè)方案的提出互通立交的設(shè)計(jì)方案受制約的因素較多，必須綜合考慮，對(duì)影響方案選取的各種因素進(jìn)行分析，找出主要因素和次要因素，逐步解

5、決。在趙坎子互通立交中，沈海高速、哈大客專及沙鲅鐵路這三個(gè)因素對(duì)設(shè)計(jì)方案影響最大，疏港高速與之交叉時(shí)采用上跨還是下穿方式對(duì)立交的設(shè)計(jì)方案有著決定性的影響，是主要因素(見圖2)。簡(jiǎn)單分析如下：(1)疏港高速下穿哈大客專。哈大客專是設(shè)計(jì)時(shí)速為350km/h的高速鐵路，目前為運(yùn)營狀態(tài),平均1020min即有一輛動(dòng)車通過。如果采取疏港高速公路上跨哈大客專的方案，則必須采用橋梁轉(zhuǎn)體施工方案，在哈大客專東、西兩側(cè)分別設(shè)置轉(zhuǎn)體橋墩，施工難度非常大；另外，由于上跨哈大客專，本立交范圍內(nèi)大部分主線及立交匝道縱斷將非常高，需要設(shè)置大量的高架橋。經(jīng)初步的比選即放棄了疏港高速上跨哈大客專的方案，明確地采用了下穿方案。

6、疏港高速下穿沈海高速。疏港高速下穿哈大客專以后，將與沈海高速交叉。如果采用下穿沈海高速的方案，則由于沈海高速設(shè)計(jì)高程控制，疏港高速必須采用低縱斷方案；同時(shí)由于縱斷原因，疏港高速無法上跨沙鲅鐵路，必須采用下穿沙鲅鐵路的方案，這就是本互通提出的方案一(見圖3)。疏港高速上跨沈海高速。疏港高速下穿哈大客專以后，如果采用上跨沈海高速方案，則路線必須在穿過哈大客專以后沿哈大客專和沈海高速之間的狹長(zhǎng)地帶向南、北兩個(gè)方向展線，以抬高縱斷跨過沈海高速。如果分別向南、北方向展線，主交通流方向會(huì)產(chǎn)生繞行；如果只向北方展線，則主交通流方向不會(huì)產(chǎn)生繞行。疏港高速與沙鲅鐵路交叉時(shí)采用下穿或上跨方案均可。下穿沙鲅鐵路+向

7、南、北方向展線，即本互通提出的方案二（見圖4）;上跨沙鲅鐵路+向北方展線即本互通提出的方案三（見圖5）。3三個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較：趙坎子立交提出的三個(gè)方案比選論證如下：（1）方案一（T型互通立交,下穿哈大客專、下穿沈海高速、下穿沙鲅鐵路、各交通流方向均不繞行）。采用低縱斷方案，疏港高速下穿鞍鋼、沙鲅鐵路,A、B、C、D四條匝道均下穿哈大客專,A、B兩條匝道下穿沈海高速,A、C兩條匝道下穿新鞍鋼路。方案一優(yōu)點(diǎn)：平面線形指標(biāo)較好，匝道最小平曲線半徑為120.8m,立交平面符合人們對(duì)一般T型樞紐互通的認(rèn)識(shí)。匝道長(zhǎng)度較短，各交通流方向車輛均不繞行。方案一缺點(diǎn)：該方案與范屯立交凈距較短，需設(shè)計(jì)為復(fù)合立交，主

8、線兩側(cè)增設(shè)輔助車道，增加工程量主線下穿沙鲅、鞍鋼鐵路處頂推框構(gòu)橋施工難度大，工程造價(jià)U型槽設(shè)置段落較長(zhǎng)，施工難度大、造價(jià)較高且存在安全隱患。本方案采用全下穿的低縱斷方案，主線及匝道設(shè)計(jì)標(biāo)高多處位于地下水位以下，設(shè)計(jì)中考慮采用混凝土U型槽方案來隔斷地下水，以防止地下水對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。主線及匝道段設(shè)置U型槽共計(jì)1533.7m。U型槽施工難度較大，施工期間必須采用井點(diǎn)降水、不間斷抽水等措施處理地下水，這些措施還很有可能對(duì)哈大客專、沙鲅鐵路、沈海高速等既有設(shè)施造成影響，存在很大的安全隱患。U型槽段落需要設(shè)置較強(qiáng)的排水設(shè)施。U型槽段落路面雨水無法排出，需在主線及匝道處分別設(shè)置4處雨水泵站,將雨水強(qiáng)排

9、出U型槽，工程投資及后期管理維護(hù)成本將大量增加。與哈大客專交叉次數(shù)最多，相互影響最大。方案一與哈大客專交叉4次，均為匝道下穿。其中在A、B匝道下穿哈大客專處,U型槽底面挖深達(dá)8.2m和11.0m,U型槽側(cè)壁距哈大客專橋墩承臺(tái)凈距僅2.9m和2.5m,必須采用頂推施工U型槽的方案，以降低施工對(duì)哈大客專的影響。本方案施工對(duì)沈海高速公路及新鞍鋼路的通行影響較大。A、B匝道下穿沈海高速時(shí)設(shè)置現(xiàn)澆框構(gòu)橋，施工工期較長(zhǎng)，對(duì)沈海高速影響較大。A匝道下穿新鞍鋼路處設(shè)置現(xiàn)澆框構(gòu)橋，需封閉新鞍鋼路交通，對(duì)地方交通影響較大。本方案工程造價(jià)最高。方案二(T型互通立交、下穿哈大客專、上跨沈海高速、下穿沙鲅鐵路、主交通流

10、方向繞行):疏港高速下穿鞍鋼鐵路和沙鲅鐵路,A、C兩條立交匝道下穿哈大客專,A、B兩條匝道上跨沈海高速，C、E兩條匝道下穿新鞍鋼路。方案二優(yōu)點(diǎn)：主線兩側(cè)不需要設(shè)置輔助車道，降低了工程造價(jià)。本方案匝道在下穿哈大客專以后才分流，與范屯互通凈距離超過1公里，不需要設(shè)置輔助車道。與哈大客專交叉次數(shù)較少，對(duì)其影響最小。本方案僅保留兩處橋梁下穿方案，大大降低了公路對(duì)哈大客專的影響。本方案施工對(duì)沈海高速及新鞍鋼路影響較小。A、B匝道上跨沈海高速時(shí)設(shè)置現(xiàn)澆箱梁，施工對(duì)沈海高速通行有一定的影響，但影響較小。C、E匝道下穿新鞍鋼路時(shí)從跨線橋邊孔通過，對(duì)新鞍鋼路通行影響較小。方案二缺點(diǎn)：平面線形指標(biāo)較差，匝道最小平

11、曲線半徑為80m,平面布設(shè)與人們對(duì)一般T型樞紐互通的認(rèn)識(shí)不符。主交通流方向車輛繞行距離較長(zhǎng)。本方案匝道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，鲅魚圈去沈陽方向、大連去鲅魚圈方向均存在車輛繞行，特別是鲅魚圈去沈陽方向?yàn)橹鹘煌鞣较?，繞行長(zhǎng)度5km左右，不甚合理。主線下穿沙鲅、鞍鋼鐵路處頂推框構(gòu)橋施工，施工難度大,工程造價(jià)高。存在一處U型槽，施工難度大、造價(jià)較高。本方案采用下穿沙鲅鐵路方案，主線及匝道設(shè)置U型槽共計(jì)549m。U型槽段落需要設(shè)置較強(qiáng)的排水設(shè)施；本方案U型槽需設(shè)置1處雨水泵站，工程投資后期管理維護(hù)成本將增加匝道與哈大客專存在較長(zhǎng)的平行段，公路與鐵路的運(yùn)營可能會(huì)相互影響。本方案A、C匝道下穿哈大客專以后即沿哈大客專與

12、沈海高速之間的狹長(zhǎng)地帶向南、北方向展線，逐漸抬高縱斷，公路與鐵路的運(yùn)營可能會(huì)相互影響。（3）方案三（變T型互通立交、下穿哈大客專、上跨沈海高速、上跨沙鲅鐵路、次交通流方向繞行）:主線上跨鞍鋼鐵路和沙鲅鐵路,A、C、D三條立交匝道下穿哈大客專,A、B兩條立交匝道上跨沈海高速,A、B、C三條立交匝道下穿新鞍鋼路。方案三優(yōu)點(diǎn)：解決了方案二存在的主交通流方向繞行較長(zhǎng)的問題，立交布設(shè)符合交通量預(yù)測(cè)，實(shí)用功能較好。本方案縱斷指標(biāo)較高。本方案匝道最大縱坡為3.7%,小于其他兩方案匝道最大縱坡（分別為4.229%和4.0%）。與哈大客專交叉次數(shù)較少，對(duì)其影響較小。本方案A、C、D三條立交匝道下穿哈大客專，均為

13、橋梁方式下穿對(duì)哈大客專影響較小本方案施工對(duì)沈海高速影響較小。A、B匝道上跨沈海高速時(shí)設(shè)置現(xiàn)澆箱梁，施工對(duì)沈海高速通行有一定的影響，但影響較小。方案三缺點(diǎn)：平面線形指標(biāo)較差，匝道最小平曲線半徑為80m,其平面線形顛覆了人們對(duì)一般T型樞紐互通的認(rèn)識(shí)。匝道與哈大客專存在較長(zhǎng)的平行段，公路與鐵路的運(yùn)營可能會(huì)相互影響。與方案二相比，本方案A、C匝道下穿哈大客專以后即沿哈大客專與沈海高速之間的狹長(zhǎng)地帶向北方向展線，并逐漸抬高縱斷,匝道與哈大客專之間的距離比方案二更小，公路與鐵路的相互影響可能更大。本方案對(duì)新鞍鋼路影響較大。本方案A、C匝道下穿新鞍鋼路跨線橋邊孔，需將原橋邊孔拆除重建，對(duì)新鞍鋼路的通行影響較

14、大。本方案在A、B、C匝道及沈海高速相鄰處需設(shè)置大量擋墻。三個(gè)方案的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比(見表1)根據(jù)前面對(duì)三個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)的論述，結(jié)合上表，方案一劣勢(shì)非常明顯,首先被淘汰。4方案二和方案三的深入比較：方案二和方案三的主要區(qū)別是方案二為主線下穿沙鲅鐵路+匝道向南、北方向分別展線，方案三為主線上跨沙鲅鐵路+匝道向北方向展線。為充分考慮兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，在比選時(shí)將影響方案的不同因素分開考慮，把兩個(gè)方案拆分為主線下穿、上跨沙鲅鐵路的縱斷比較和匝道向南、北方向分別展線與匝道向北方向展線的線形比較兩個(gè)比較。(1)主線下穿、上跨沙鲅鐵路的縱斷比較。主線下穿或上跨沙鲅鐵路影響的段落主要是K0+220+K0+8

15、40段,方案二的這一段為主線下穿沙鲅鐵路，工程量包含500.3萬元的路基以及15708.2萬元的U型槽、鐵路頂推框構(gòu)橋、排水泵站等，工程造價(jià)為16208.5萬元。方案三的對(duì)應(yīng)段落為主線上跨沙鲅鐵路，設(shè)計(jì)為橋梁方案，工程造價(jià)為7908.4萬元。結(jié)合前文論述的鐵路頂推框構(gòu)橋的優(yōu)缺點(diǎn)，可以得出結(jié)論：采用主線上跨沙鲅鐵路具有明顯的優(yōu)勢(shì)。(2)匝道向南、北方向分別展線與匝道向北方向展線的線形比較。方案二立交建安費(fèi)為26998.1萬元，扣除縱斷比較段的16208.5萬元以后，剩下的線形部分造價(jià)為10789.6萬元。方案三立交建安費(fèi)為19339.7萬元，扣除縱斷比較段的7908.4萬元以后，剩下的線形部分造價(jià)為11431.3萬元?？梢?線形比較方面，方案二便宜641.7萬元,如方案二也采用主線上跨,則其最終工程造價(jià)為18698.0萬元。綜合上述分析，方案二采用的匝道向