基于沙田枢纽立交设计探讨

基于沙田枢纽立交设计探讨

王振湘

关键词：枢纽立交；立交设计；探讨

一、沙田枢纽立交概况

本立交由莞番高速项目和虎门二桥项目共同实施，与已通车的广深沿江高速“十”字型衔接，其功能是完成两条高速之间的车流量转换，向西顺接虎门二桥终点。主线范围为K11+426.618～K13+831.618，设A、B、C、D、E、F、G、H匝道，并在广深沿江高速两侧设置集散车道。

二、设计标准

沙田枢纽立交的设计遵从《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）与《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）的要求。

设计速度：主线按照设计速度为100Km/h的高速公路标准设计；被交路广深沿江高速主线按设计速度100Km/h的高速公路标准设计；立交设计时，考虑出入口行车安全及通行能力的需要，虎门二桥及莞番主线出入口的加减速车道按120km/h的标准控制设计。对于各匝道及集散车道设计速度的确定，除了考虑通行能力的要求外，还结合了运行速度的设计理念，在充分保证车辆行驶安全的前提下，满足立交的建设规模、平纵面指标、超高设计、结构物设置等各方面要求；涡轮型立交部分各匝道及集散车道设计速度均为60km/h。

路基宽度：虎门二桥及莞番主线在沙田立交起点至A匝道出口前、D匝道入口后采用双向八车道高速公路标准，整体式路基宽度为41m；A匝道出口后、D匝道入口前至沙田立交终点采用双向六车道高速公路标准，整体式路基宽度为33.5m。被交路广深沿江高速已建成通车，主线采用双向八车道，整体式路基宽度为41m。

桥梁宽度：主线桥梁按上下行方向分离设置，各匝道桥原则上与路基同宽。

设计荷载：公路--I级

设计洪水频率：特大桥1/300，大、中、小桥、涵洞及路基1/100。

地震动峰值加速度系数：根据《虎门二桥工程场地地震安全性评价报告》，50年超期概率10%的基岩地震动峰值加速度为0.08g

三、设计要点

（一）线形

1、平面布置

沙田枢纽立交采用半苜蓿叶+涡轮形枢纽的复合立交方案。由于沿江高速与虎门二桥相接部分，两高速公路主线交叉角度接近90度，因此采用了最适合于此主线交叉角度的涡轮形枢纽方案；由于涡轮形枢纽部分与半苜蓿叶部分距离过近，为保证匝道相邻出入口间交织运行的安全，在沿江高速两侧都设置了集散车道，将沿江高速主线上进出此两处立交的交通流全部引入集散车道，在集散车道上完成车流交织，避免对主线的直行车流产生影响。

虎门二桥及莞番主线在沙田枢纽立交范围内标准横断面存在八车道过渡到六车道的过程。横断面变化分界桩号具体如下：

主线左幅：从沙田立交设计起点K11+426.618至K11+925.851段为标准半幅四车道横断面；K12+662.565至沙田立交设计终点K13+831.618为标准半幅三车道横断面；K11+925.851至K12+662.565段为匝道出入口及车道渐变段范围；本项目实施起点为K12+941.618。

主线右幅：从沙田立交设计起点K11+426.618至K12+052段为标准半幅四车道横断面；K12+424.327至沙田立交设计终点K13+831.618为标准半幅三车道横断面；K12+052至K12+424.327段为匝道出入口及车道渐变段范围。

考虑到本路段技术标准较高，平纵面指标较好，且交通量比较大，虎门二桥及莞番主线加减速车道长度按120km/h设计速度设置，A匝道出口双车道减速车道长度不小于225m，A匝道出口双车道从内侧车道的分流点开始，通过设置渐变段减少虎门二桥及莞番主线的一条外侧车道，车道减少段的渐变率不大于1/50；D匝道入口双车道加速车道长度不小于400m（含渐变段长度180m），渐变为标准半幅四车道断面；C匝道入口单车道加速车道长度250.562m；G匝道入口单车道入口的双车道匝道加速车道长度240m；E匝道出口单车道减速车道长度不小于145m，H匝道入口单车道加速车道长度230m。

沙田枢纽立交实施时，需要在被交路广深沿江高速（设计速度100km/h）设置加减速车道、辅助车道以及渐变段。A匝道双车道入口加速车道长度不小于350m，辅助车道长度350m，渐变段长度不小于160m；D匝道双车道出口减速车道长度不小于190m，辅助车道长度250，渐变段长度不小于90m；集散车道为单车道入口的双车道匝道，加速车道长度不小于210m，渐变段不小于80m；G匝道出口减速车道长度不小于125m，渐变段不小于90m。

本立交虎门二桥及莞番主线在平面上位于R=3000m，Ls=330m的平曲线和直线上；由于广深沿江高速公路已建成通车，其平面线形通过测量数据拟合完成，拟合后广深沿江高速公路主线在平面上位于R=5100m，R=5600m，的平曲线和直线上。

根据地形和交通量预测，并结合立交的建设规模、工程造价、设计速度、超高设计等多方面因素，涡轮型各立交匝道最小半径为150m。

2、纵断面布置

沙田枢纽立交区范围，虎门二桥及莞番主线最大纵坡为1.0%，最小凸曲线半径30000m；广深沿江高速主线最大纵坡为2.0%（根据实测高程拟合），最小凸曲线半径17942.813m。

沙田枢纽立交各新建匝道最大纵坡为3.5%，最小凹曲线半径为1200m，最小凸曲线半径为2000m。

3、横断面设计

虎门二桥及莞番主线：双向八车道整体式路基宽度41m（沙田立交起点至至A匝道出口前、D匝道入口后），其中：中央分隔带宽2.0m，左侧路缘带宽2×0.75m，行车道宽2×（4×3.75）m，硬路肩宽2×3.0m，土路肩宽2×0.75m；双向六车道整体式路基宽度33.5m（A匝道出口后、D匝道入口前至沙田立交终点），其中：中央分隔带宽2.0m，左侧路缘带宽2×0.75m，行车道宽2×（3×3.75）m，硬路肩宽2×3.0m，土路肩宽2×0.75m。

被交路广深沿江高速主线：双向八车道整体式路基宽度41m，其中：中央分隔带宽2.0m，左侧路缘带宽2×0.75m，行车道宽2×（4×3.75）m，硬路肩宽2×3.0m，土路肩宽2×0.75m。

根据预测交通量及匝道长度，B匝道、D匝道、G匝道和F匝道应布置为超车需要的单出、入口的双车道匝道；为简化桥梁的施工、配合桥梁的结构设计的要求，以上各匝道原应布置单车道位置的桥梁结构做成等宽段，单车道出入口通过车道标线的形式实现。

各立交匝道A、B、D、F、G的桥梁断面均采用双车道断面形式，一般段标准横断面宽度为10.5m（右侧硬路肩1.0m），C、E、H匝道均采用单车道断面型式，标准断面宽度为8.5m。

东、西集散车道的断面宽度根据是否有匝道汇入分别两种断面，一种为单车道标准断面8.5m，一种为双车道标准断面10.5m。

4、匝道的超高设计

本立交匝道超高设计时充分考虑了各匝道的设计速度、同匝道不同路段的运行速度、不同车型的行驶特性、平纵线形指标、结构物设计等对匝道超高设计的影响。沙田枢纽立交的匝道超高设计时，充分考虑了以下因素：

①匝道最大超高值的确定：从单纯的行驶力学分析，对于小型车，曲线路段道路超高值越大，一般情况下所能提供的向心力越大，车辆越是可以以较高的速度运行；而对于大型车，运行速度更多的受制于车辆自身动力性能、载重状况、道路纵坡度等因素影响，一般情况下运行速度相对较低，且目前高速公路上的大型车普遍存在超载现象，车辆重心较高，若道路的超高值过大，将增大车辆侧翻的机率。参考我省多个项目的实际经验，沙田枢纽立交匝道的最大超高值取为6.0%。

②横向力系数的确定：横向力系数的大小直接影响乘车人的舒适感，横向力系数越小，对车辆转弯的不舒适感越小，而横向力系数过大，则不舒适感将越强烈。本立交各匝道的横向力系数不宜取值过大，参照《公路工程技术标准（JTGB01-2003）》的相关规定，本立交设计中，其横向力系数一般不大于0.09。

③各匝道的超高渐变均采用线性渐变的方式。

参考文献

1交通部部颁标准《公路工程技术标准》JTGB01-2014。

2交通部部颁标准《公路路线设计规范》JTGD20-2006。

3交通部部颁标准《公路路基设计规范》JTGD30-2004。

4《公路排水设计规范》（JTG/TD33-2012）。

5交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004。

6交通部部颁标准《公路桥梁抗震设计细则》JTG/TB02-01-2008。

7交通部部颁标准《公路项目安全性评价指南》JTG/TB05-2004。