五環(huán)路京沈互通式立交的型式比較與設(shè)計(jì)
2010-11-01 
一、概述

  在北京市城市總體規(guī)劃中,五環(huán)路位于北京市市區(qū)邊緣,距市中心10-15公里,其走向是沿市區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)之間的環(huán)形隔離帶,它主要連接北苑、望京、東壩、定福莊、垡頭、南苑、豐臺(tái)、石景山、西苑、清河10個(gè)邊緣集團(tuán)及奧運(yùn)場館、科學(xué)城。路線全長約98公里。

  根據(jù)北京市城市總體規(guī)劃(1991年至2010年),北京市五環(huán)路是一條截流、疏導(dǎo)市區(qū)過境交通和連接市區(qū)邊緣集團(tuán)的全封閉、全立交的高速公路環(huán)。五環(huán)路雖然定性為公路,但由于其所處城市邊緣地區(qū),沿線又多為建成區(qū)、風(fēng)景區(qū),相交的城市道路、鐵路、河道以及市政管線眾多,因此其兼有城市道路特征。

  五環(huán)三期的起點(diǎn)位于朝陽區(qū)首都機(jī)場高速公路東側(cè),并接五環(huán)路一期工程首都機(jī)場高速公路立交,終點(diǎn)在京津塘高速公路與現(xiàn)況五環(huán)路相接處,路線全長23.0公里。

  京沈互通立交位于朝陽區(qū)王四營鄉(xiāng),是五環(huán)三期中較為復(fù)雜的立交之一。相交道路為京沈高速公路,它的路基寬為34.5米,三上三下六條車道加連續(xù)停車帶。根據(jù)相交道路的性質(zhì),五環(huán)路在此設(shè)置互通式立交。

  二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與原則

  1.標(biāo)準(zhǔn)

  主線計(jì)算行車速度——10okm/h;

  匝道設(shè)計(jì)行車速度——40km/h;

  匝道最大縱坡— 4%。

  主線橫斷面、路基技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

  車道數(shù)—— 2×3條;

  單條車道寬度——3.75m;

  中央分隔帶寬度——3m;

  左側(cè)路緣帶寬度——0.75m;

  連續(xù)停車帶(連續(xù))——3.25m;

  土路肩寬度——0.75m;

  路基寬度——35m;

  紅線寬度—— 80m。

  變速車道各項(xiàng)指標(biāo):

  加速車道—— 單車道180m;

  減速車道—— 單車道90m;

  駛?cè)虢?mdash;— 1/40(1°26`);

  駛出角—— 1/25(2°17`);

  漸變段長度——60m。

  2.設(shè)計(jì)原則

  由于兩條相交道路均為高速公路,同時(shí)根據(jù)立交周圍的用地情況,立交設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則。

  (1)由于五環(huán)是環(huán)路,所以五環(huán)向外的方向盡量采用定向匝道,以便發(fā)揮五環(huán)路交通向外輻射的作用,而由五環(huán)路向內(nèi)的匝道指標(biāo)取值則可以相對(duì)低些。

  (2)京沈路在朝陽區(qū)范圍內(nèi)都有較完善的輔路系統(tǒng),因此在修建京沈立交后,也應(yīng)該按需恢復(fù)其輔路系統(tǒng),方便地方交通和居民出行。

  (3)京沈立交的周圍有許多民居和公司、企業(yè),應(yīng)盡量避免占用大量土地和房屋。

  (4)京沈路兩側(cè)輔路下埋設(shè)了大量地下管線,設(shè)計(jì)與施工過程中應(yīng)給予重視,盡可能避開管線。

  三、方案設(shè)計(jì)

  目前在五環(huán)路上跨京沈高速路處已建成一座通道橋,該橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu),凈寬21米,凈高3.2米,主要用于行人穿行京沈路及車輛調(diào)頭。五環(huán)路的中線即在現(xiàn)況通道橋的中線,立交北側(cè)為王四營鄉(xiāng)道口村,五環(huán)路所經(jīng)路段有大量民居。立交沿京沈高速公路兩側(cè)分布著許多商家店面和企事業(yè)單位,包括盛華駕校、盛華機(jī)動(dòng)車檢測廠、盛華加油站、愛看國際有限公司、北京世紀(jì)服飾有限公司等若干家大單位。另外在通道橋西側(cè)300米、東側(cè)400米處各有一座人行天橋.在通道橋附近有較大面積的綠化,而且絕大部分為直徑10厘米以下的楊樹。

  由于京沈路在五環(huán)路中線處現(xiàn)況存有一通道,但凈寬和凈高均不能滿足由此通過的五環(huán)主線的要求,因此,在滿足我們根據(jù)實(shí)際情況制定的幾項(xiàng)原則的前提下,如何與京沈高速路相交、五環(huán)主線的穿越方式和各匝道的布設(shè),就成為該立交亟待解決的問題。我們經(jīng)過實(shí)地調(diào)查、方案比較及優(yōu)缺點(diǎn)論證,最后設(shè)計(jì)了四種兩路相交的立交型式,并根據(jù)主線和被交道路的跨越、穿越形式,對(duì)匝道進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)。

  1.方案一。五環(huán)路下穿,京沈路上跨,簡稱“抬高京沈”(見圖1)
方案一:“抬高京沈”

 
  本方案主要是加高現(xiàn)有京沈路的路基(最高處加高了3米左右),使其上跨五環(huán)的凈空達(dá)到5米,五環(huán)路從下面穿過。

  這一方案能夠有效地保持在該處的南北向交通,只需再做通道即可。京沈路上現(xiàn)有的兩處天橋,由于京沈路的抬高需要拆除。京沈路改建范圍較大,約1.6公里,因?yàn)樾枰匦陆ㄐ聵?,所以斷路施工的時(shí)間較長。另外,由于京沈路的輔路需穿過五環(huán)主線,五環(huán)路在京沈路的兩側(cè)需設(shè)兩處凸型豎曲線,以保證輔路下穿,使五環(huán)路存在高填方路段。

  此方案由于路基加高必須占用現(xiàn)況輔路,而且需要先修輔路,以利于施工導(dǎo)流。

  2.方案二。五環(huán)路上跨,京沈路下穿,簡稱“削平京沈”(見圖2)

  方案二:“削平京沈”
 
  此方案是對(duì)京沈路進(jìn)行完全的改造,取消京沈路現(xiàn)狀的通道橋,使京沈路基本與現(xiàn)狀的輔路持平,再將五環(huán)路上跨。其涉及削平處理的京沈路全長約1.6公里。

  雖然京沈路變動(dòng)的范圍較大,但因不需在京沈路上再建橋,因此京沈路斷路施工的時(shí)間較短,對(duì)京沈路的交通影響較小。實(shí)際上五環(huán)路跨京沈路只需一處有豎曲線,便會(huì)使五環(huán)線形更加順暢,這樣有利于立交主線和匝道橋梁的布設(shè),同時(shí)使京沈路輔路的布設(shè)變得容易,但是原在該處通過京沈路的南北向機(jī)動(dòng)車須繞行東西原有的通道,距離在1.2公里左右。

  由于京沈路削平的工作面可能影響到現(xiàn)狀輔路,所以需要先修好輔路系統(tǒng),處理方法同方案一。

  3.方案三。五環(huán)路下挖,京沈路基本不變,簡稱“五環(huán)下挖”(見圖3)。
方案三:“五環(huán)下挖”


  本方案現(xiàn)況京沈路的路基保持不變,需將舊橋拆除后擴(kuò)孔,五環(huán)路下穿,五環(huán)路最深處要挖方2米多,挖方范圍為400米左右。

  這一方案對(duì)京沈路影響最小,只在橋區(qū)范圍內(nèi)對(duì)京沈路做改動(dòng)。由于京沈路的現(xiàn)況高程不利于匝道布設(shè),所以立交型式的選擇余地較小,同時(shí)輔路系統(tǒng)的布設(shè)只能沿兩側(cè)繞行,其中一側(cè)需上跨五環(huán)路,另一側(cè)則繞行較遠(yuǎn)。因整個(gè)五環(huán)主線在橋區(qū)范圍內(nèi)都低于地面線,需要設(shè)置一處泵站,由于京沈立交處于北京東側(cè),屬排洪防澇的重點(diǎn)區(qū)域,這一方案難以滿足防洪要求。在施工組織方面,由于京沈路現(xiàn)況輔路保有較好,可以在前期承擔(dān)疏導(dǎo)交通的任務(wù)。

  4.方案四。五環(huán)路上跨,京沈路不變,簡稱“五環(huán)上跨”(見圖4)。
方案四:“五環(huán)上跨”

  本方案是維持京沈路現(xiàn)況道路不變,在五環(huán)主線上做較長的橋梁,上跨京沈路。其對(duì)京沈主路的交通影響最小,輔路系統(tǒng)的布設(shè)沿京沈兩側(cè)繞行,南北向的交通仍可利用現(xiàn)有通道。由于京沈路的現(xiàn)況高程較高,橋梁的長度和寬度都會(huì)增加,所以此方案的造價(jià)較高。又因?yàn)榫┥蚵返默F(xiàn)況高程不利于匝道布設(shè),因此立交的型式選擇余地較小。

  5.方案比選

  由于京沈路現(xiàn)狀通道過窄,同時(shí)凈空不夠,使得五環(huán)路在現(xiàn)狀條件下,無論上跨或下穿京沈路都比較困難,經(jīng)過方案比較并報(bào)請(qǐng)有關(guān)部門批準(zhǔn),決定采用方案二,即“削平京沈”。要拆除京沈高速現(xiàn)有通道,考慮道路排水及管線布置,將京沈路改為與其輔路高度基本持平,使五環(huán)主線和匝道全部上跨京沈高速公路,以解決五環(huán)路和京沈高速公路的相交的出入問題。由于五環(huán)路上跨,京沈路的輔路系統(tǒng)也可以很方便地穿過五環(huán)。京沈路的高程降低,跨線橋也降低了高程,由此減少了占地。本立交共設(shè)8條匝道,為體現(xiàn)五環(huán)路的外向功能,五環(huán)路出京方向的匝道和部分進(jìn)京的匝道,均應(yīng)設(shè)計(jì)成線形標(biāo)準(zhǔn)較高的定向匝道,而由五環(huán)路向北京市內(nèi)行駛的一條匝道則應(yīng)采用環(huán)形匝道。

京沈立交方案工程數(shù)量及造價(jià)比較

  四、施工圖設(shè)計(jì)中技術(shù)難點(diǎn)的處理

  選定了“削平京沈”作為施工圖的型式,在具體的立交設(shè)計(jì)中遇到以下幾方面的問題需要著重考慮:

  1.地下現(xiàn)有管線的處理

  沿京沈路兩側(cè)分布著包括雨水、污水、煤氣、電信、電力、乙烯等多條地下管線,這對(duì)立交線形的布設(shè)及橋梁樁位的布設(shè)有了許多限制,在滿足立交線位和交通需求的同時(shí),我們對(duì)各種地下管線加以保護(hù),并在設(shè)計(jì)中采取如下措施:

  (1)通過對(duì)管線的預(yù)埋位置、長度、埋深做了詳細(xì)調(diào)查后,根據(jù)管線的位置,調(diào)整了匝道線形及匝道橋的橋梁跨徑,或調(diào)整承臺(tái)尺寸,使其樁位可以盡量躲開管線。

  (2)部分必須遷移的管線放在京沈輔路廢棄的邊溝里,這樣,既保護(hù)了這些管線,又沒有額外占用土地。

  (3)乙烯管線穿過五環(huán)主線及兩側(cè)匝道處,修建一座2.4米高、4.4米寬的過路箱涵,在保護(hù)乙烯管道的同時(shí),也便于維護(hù)人員人內(nèi)檢修。

  (4)北側(cè)輔路附近有“三氣”(乙炔、氧氣、氮?dú)?的排氣立管,還有“三氣”負(fù)極檢測樁。為方便“三氣”的排氣和檢測,避免立管和樁的移動(dòng),在確定了排氣管和檢測樁的詳細(xì)位置后,重新調(diào)整了輔路線形,使其繞過了立管和樁。

  2.避免二次征地

  (1)由于京沈立交的占地線是初步設(shè)計(jì)時(shí)確定的占地線,但在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)立交型式做了調(diào)整,因此立交部分位置的占地線就不能夠滿足需要了,為避免二次征地,我們在一條匝道的外側(cè)做了土工格柵加筋土擋墻,用該匝道原放坡的位置做輔路及外側(cè)排水邊溝,以滿足占地線的要求。

  (2)為了保留京沈西側(cè)現(xiàn)有天橋,我們根據(jù)京沈路的實(shí)際情況,利用現(xiàn)狀的連續(xù)停車帶再做適當(dāng)加寬,以做為出入京沈路匝道的加減速車道,這樣既保留了現(xiàn)有天橋,又避免了對(duì)京沈路兩側(cè)建筑的大量拆遷。

  3.橋梁的布置

  立交橋梁由三部分組成,第一部分是主線跨線橋,五環(huán)路上跨京沈路,與京沈高速公路斜交,斜交角度為87.7度。本橋?yàn)殡p幅,西側(cè)為22孔25米預(yù)應(yīng)力砼T梁橋,東側(cè)為9孔25米預(yù)應(yīng)力砼T梁橋接2×25米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁接11孔25米預(yù)應(yīng)力砼T梁橋,橋全長557米,下部為肋板式橋臺(tái)接鉆孔灌注樁,橋墩為柱式橋墩接鉆孔灌注樁。

  第二部分是匝道橋,共四座,分別為E、F、G、H匝道橋,均為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋。其中E匝道橋的布孔為4×32+3×30+3×30,橋全長315米。F匝道橋的布孔為3×32+4×32,橋全長231米。G匝道橋的布孔為3×30+3×30+3×30,橋全長277米。這三座橋的橋臺(tái)下部均為肋板式橋臺(tái)接鉆孔灌注樁。橋墩為獨(dú)柱式橋墩接鉆孔灌注樁,共用墩為雙柱式橋墩接鉆孔灌注樁。H匝道橋?yàn)橐宦?lián)2×25預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋,橋全長53.5米。橋臺(tái)下部為肋板式橋臺(tái)接鉆孔灌注樁,橋墩、共用墩均為雙柱式橋墩接鉆孔灌注樁。

  第三部分是通道橋,共四座,橋長為147.2米,分別位于G、F、C、D匝道,是為輔路穿越五環(huán)匝道所設(shè)置的,均與輔路斜交,但斜交角度不等,其上部均為1孔20米預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁,下部為重力式橋臺(tái)接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

  4.臨時(shí)收費(fèi)站

  五環(huán)路施工圖是按不收費(fèi)的高速公路設(shè)計(jì)的,但在施工后期又決定要收費(fèi),因此在沒有收費(fèi)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,增加臨時(shí)收費(fèi)設(shè)施。收費(fèi)系統(tǒng)為計(jì)程式收費(fèi),采用進(jìn)口發(fā)卡出口收費(fèi)的方式。

  在京沈立交范圍內(nèi),根據(jù)主線及匝道的線位位置及縱坡,共增設(shè)5處收費(fèi)站,其中一處建在H匝道出口與京沈路相接處,將京沈路做局部加寬處理,作為收費(fèi)廣場。其它四處因條件和位置所限,需設(shè)在五環(huán)主路上,在充分利用緊急停車帶的情況下,也在局部加寬,均采用兩個(gè)收費(fèi)島和兩條發(fā)卡車道或兩個(gè)收費(fèi)島和兩條收費(fèi)車道,并在主線兩側(cè)做鋼筋混凝土扶臂式路肩擋墻,使之滿足甲方業(yè)主提出的設(shè)計(jì)要求,并不進(jìn)行二次征地。

  5.輔路的布設(shè)

  京沈路原有比較完善的輔路系統(tǒng),方便地方交通和附近居民的出行,在修建了京沈立交后,輔路在立交處被阻斷,為恢復(fù)立交范圍內(nèi)的地方交通,設(shè)4條輔路,其中輔路兩條是為恢復(fù)京沈路現(xiàn)狀輔路而設(shè)置的,另外兩條輔路則為解決道口村居民的出行而設(shè)置的。

  五、施工圖的組織設(shè)計(jì)

  京沈立交是定向全互通式立交,在立交范圍內(nèi)包括五環(huán)主線1300米,匝道全長4401米,輔路全長3633米,改建京沈路1350米,共有土方工程605128立方米,鋪設(shè)路面134810平方米,修建橋梁面積為28176.2平方米,對(duì)京沈路的斷道改建,要求2002年6月25日前完成,因此合理組織安排施工工序,按部就班、有條不紊地進(jìn)行各部分的施工,也是對(duì)我們設(shè)計(jì)、施工部門的一次考驗(yàn)。

  在施工中應(yīng)先修好輔路系統(tǒng),并在京沈路兩端的天橋處與現(xiàn)有的出人口相接,使在京沈路上行駛的車輛在此處導(dǎo)人輔路,沿輔路繞行,再于京沈立交另一側(cè)的出人口重新進(jìn)人未改動(dòng)的京沈路段行駛。將兩條京沈輔路的路基寬度設(shè)置為10.5米,并建議除表面層外,其下各結(jié)構(gòu)層均按全寬10.5米鋪筑至邊坡,以加大來往車輛行駛范圍,待京沈路改造完畢,恢復(fù)交通后,再將輔路的表面層按9米路面鋪設(shè)。在輔路導(dǎo)交通期間,輔路外側(cè)暫不做大邊溝,而挖一條臨時(shí)土溝以供輔路排水。

  六、京沈主路通車后的體會(huì)

  1.在大型全互通式立交橋的設(shè)計(jì)中,立交型式的選擇很重要,必須結(jié)合相交道路的類別、周圍地區(qū)的性質(zhì)、計(jì)算車速、交通量、車輛組成、環(huán)境生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、安全、地形及土地的有效利用等各方面的情況,才能設(shè)計(jì)出交通組織合理、平面布局緊湊、空間利用充分、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的合理方案。

  2.在立交設(shè)計(jì)前,前期調(diào)查不可缺少,特別要詳細(xì)調(diào)查、了解當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌、地物,?duì)地下管線、地下排水設(shè)施等未知地物也要進(jìn)行認(rèn)真的探測,不能因其小而忽略其對(duì)立交設(shè)計(jì)的影響,有時(shí)候,會(huì)因?yàn)檫@些貌似細(xì)小的環(huán)節(jié),影響立交整體線形的確定。

  3.立交設(shè)計(jì)過程中,注意道路、橋梁、排水、管線綜合、拆遷占地等各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào),從設(shè)計(jì)伊始,就要把問題考慮全面,以免留有后患。

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