1概述
城郊高速主要在城市城郊或接近城市规划区的高速公路，可以是城际高速、也可以是环城高速、绕城(过境)高速，或是高速网中的一段，但附加了城市快速通道的功能和特点。一般高速的设计指导思想:安全、高速、经济、舒适、便捷。城市高速的设计指导思想:安全、环保、集约、顺畅、经济。经济性往往是最后考虑因素。项目功能定位的确定，就根本上决定了技术指标、总体方案的选择。
随着珠三角城郊新建高速公路的增加，高速公路之间相交的十字型枢纽互通立交成为一种最为常见的枢纽互通立交型式，做好十字型枢纽立交的方案研究，对于最大限度实现珠三角城郊新建高速公路的安全、环保、集约、顺畅、经济等要求具有重大、积极的意义，同时，方案研究和比选的结论也可作为类似项目的借鉴和参考。
2十字交叉枢纽立交方案
互通式立交有接近200种形式，选择立交形式时，必须综合考虑设计交通量、地形、用地、造价及周边道路情况。
城市城郊的高速公路立交，线形要求指标比市政立交高，满足设置立交条件更为严格，方案应因地制宜，尽量采取以下原则设计:
1、立交形式尽量简单，避免刻意追求新颖奇特。
2、立交密集情况下，尽量减少立交形式或减少进出口匝道形式。例如单出口、单入口，右转直连式等。
3、交通标志要协调统一、连贯性。
《公路立体交叉设计细则》[JTG/T D21一2014]中所列举的十字交叉枢纽立交主要有以下几种：
1. 当四岔交叉各转弯交通量均大于或等于1500 pcu/h时，宜采用左转弯匝道均为内转弯半直连式的直连式互通式立体交叉(图1)
2. 当四岔交叉各左转弯交通量大小相当，且小于1500pcu/h时，可采用左转弯匝道均为外转弯半直连式的涡轮形(图2)
图1 直连式互通式立体交叉 图2涡轮形互通式立体交叉
3. 当四岔交叉各转弯交通量均小于单车道设计通行能力时，可采用4条左转弯匝道均为环形的完全首蓓叶形(图3 a~b)。当交叉公路为高速公路应设置集散道将两环形匝道之间的交织区与交叉公路直行车道相隔离。
图3 完全苜蓿叶形互通式立体交叉
4.当四岔交叉各转弯交通量相差较大时，可根据各转弯交通量大小，分别选用不同的匝道形式，构成不同形式的变形苜蓿叶形。(图4 a~f)
图4 变形苜蓿叶形互通式立体交叉
3珠三角城郊十字交叉枢纽立交适用性
珠三角城郊新建的高速公路相互交叉的十字枢纽一般周边控制因素较少，较少因征拆问题导致某个象限无法布设匝道而设置变异的枢纽方案，一般也较少因与其他互通、收费站、服务区、隧道口等节点的净距不足而设置复合型互通方案。故本文暂不论述各种特殊条件下的各种变异、复合型互通方案，仅针对以上规范所列的几种典型十字交叉枢纽方案。
互通式立体交叉方案布设首先考虑的因素是转向交通量，珠三角城郊新建的高速公路相互交叉的十字枢纽的第二个特点是互通转向交通量一般是一至两个方向的交通量较大，局部地区或离城市较远的十字枢纽互通甚至四个方向转向交通量均较小，极少有四个方向交通量均较大的十字枢纽互通。
根据这个特点，图1的直连式方案因其匝道桥梁规模较大、纵坡较陡、匝道长度及用地均最大（立面上有3~4层），为避免浪费，本着经济适用的原则，基本不推荐采用。
图2的涡轮方案，因其匝道桥梁规模、立交规模及用地相对直连式较小（立面上只有2层），在无特别受限及某方向转向交通量特别小的情况下，优先考虑推荐采用。
图3的完全苜蓿叶形方案，优点是可由部分苜蓿叶立交经分期修建而成，仅需一座跨越构筑物，造价较低。但因设置了四条线形较差、通行能力低下的环形匝道，无法适应珠三角城郊交通量的增长，很难实现交通流的快速疏解，且左转弯车辆绕行距离较长，占地较大。
最重要的是，若不设集散道，上、下线左转匝道出入口之间存在交织运行，有较大的安全隐患，还存在掉头逃费的问题。若采用与主线相分隔的集散车道将各出入口串联起来，则会导致互通立交占地及工程规模更大的问题。最后，因正线上为双重出口，其中左转匝道出口在跨越构筑物之后，使标志设置复杂，交通组织也较混乱，行车易误行。
包括图4（e）的变形苜蓿叶方案（对称双环侧仍存在交织或需设集散道），近年来在珠三角城郊两条高速公路相交的枢纽立交设计中己极少使用。
当某些象限受限或三~四个方向转向交通量均较小时，为提高交通运行效率、减小占地、降低工程规模，此时枢纽型方案考虑采用图4的各种变形苜蓿叶形（单环、对角象限双环）。
以下结合中山东部外环高速公路与南沙至中山高速公路交叉的保家枢纽互通立交设计对珠三角城郊的十字交叉枢纽互通方案设计进一步探讨。
4 工程实例
保家枢纽立交位于中山市民众镇，是中山东部外环高速公路与拟建南中高速十字相交的枢纽互通，中山东部外环高速上跨南中高速。
其中东部外环高速公路设计速度为120km/h，双向八车道，路基宽度为42m，南中高速公路设计速度为100km/h，双向六车道，路基宽度为33.5m。
互通立交所在区域地势平坦，河流、水沟纵横，主要的地形地物为鱼塘、果园以及稻田。
保家枢纽立交代表了十字交叉枢纽互通立交中的一种典型型式，即转向交通量较小、周边影响因素较少、主线交角较大的互通立交。
4.1 交通量预测
从交通量预测结果可以看出，中山往返珠海方向的交通为主交通流，南沙往返广州方向的交通次之，其余各转向交通相对较小。
图5 保家枢纽立交交通量图（单位：辆/日）
4.2 地形、地质及地物概况
本立交地处三角洲冲积平原地貌，地势平坦，分布鱼塘，地面标高约-0.16～2.10m，覆盖层主要为第四系素填土、碎石土、淤泥、淤泥质粉质粘土、砂土层、卵砾石层；基底由燕山期花岗斑岩，下元古界混合岩及其风化层组成。工程地质条件属较复杂类型，但未见断裂构造形迹，属稳定地块，适宜拟建互通工程建设。
抗震设防烈度为7 度，地震动峰加速度值为0.10g，未发现可液化饱和砂土，场地土类型为软弱土，建筑场地类别为Ⅲ类。
地下水主要为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水，以大气降水为主要补给方式，以蒸发为排泄途径。地下水位埋深0.8~2.5m，水位高程-1.46~-0.30m。
4.3 保家枢纽互通立交方案设计
由于保家枢纽互通立交方案基本不受交通量限制，也不受地形、地质影响，互通区域房屋较为稀疏，地物也基本没有影响，互通型式可选余地较大，基本上所有可能的十字交叉枢纽立交型式均可选择，但根据前文论述结论，在交通量较小的情况下，没有必要采用工程规模最大的图1半直连式十字交叉型式，同时，考虑到两条相交的高速公路设计速度较高，为避免设置因集散车道而降低车辆运行效率，图3的完全苜蓿叶形及图4（e）对称双环形的变形苜蓿叶形也不予考虑。因此，保家枢纽互通立交型式可从图2涡轮形方案及图4中除对称双环形外的所有变形苜蓿叶形方案中比选。
（1）方案一
方案一采用了上文图4（e）的变形苜蓿叶形（对角象限双环式）立交方案，将交通量相对较小的中山往广州及南沙往珠海两个方向设置为左转环圈匝道。立交方案与地形、交通流向结合良好，布局紧凑、型式优美。
环形匝道E、H设计速度为40km/h，其他匝道均为60km/h；根据交通量和匝道长度，匝道C、E、G、H匝道采用硬路肩为4.5m的10.5m宽单车道断面（根据省厅文件要求预留远期双车道断面，下同），其他匝道均采用单车道出入口的10.5m宽双车道断面；最小圆曲线半径为R＝60m（E、H匝道）。
图6 保家枢纽立交 方案一
本方案的优点布局紧凑、型式优美；与交通量结合较好，主流向的B、F匝道绕行少，通行能力好；占地最少，工程造价最低；
缺点是环形匝道通行能力较低；因主流向的B、F匝道与主线及被交路斜交角度小，导致桥梁规模较大，存在大跨度匝道桥（单跨最大达90m）；因匝道高度设置在最高的第三层，纵坡较大，纵断面指标较低。
（2）方案二
方案二为图4（c）的变形苜蓿叶形（对角象限双环式）立交方案，本方案在方案一基础上将珠海往中山方向的B匝道、广州往南沙港方向的F匝道由内转弯半直连式匝道调整为外转弯半直连式匝道，以降低匝道纵坡，减少匝道长度及桥梁规模。
图7 保家枢纽立交 方案二
本方案优点是匝道长度最短；匝道桥梁规模小，无大跨度匝道桥；匝道设置到第二层，纵坡相对于方案一较低，纵断面指标较好。
缺点是占地最大，工程造价相对较高；主交通流珠海往中山方向的B匝道、广州往南沙港方向的F匝道平面指标相对方案一较低，绕行稍远。
（3）方案三
方案三为图4（c）的单环式变形苜蓿叶形立交方案，仅中山往广州方向的匝道采用环圈匝道。
图8 保家枢纽互通立交 方案三
本方案优点是立交形式与交通量相对匹配；征地、拆迁较小。缺点是环形匝道通行能力较低。
（4）方案四
方案四为图4的涡轮立交方案，匝道设计速度均为60km/h，最小圆曲线半径为R＝150m。受小桩号的民众东互通立交间距影响，南沙往广州方向的右转D匝道设置在内侧与H匝道合并，只设置单入口以增大立交净距。
图9 保家枢纽互通立交 方案四
本方案优点是各匝道平纵指标最高，通行能力较大。
缺点是匝道工程规模较大，占地较大，工程造价较高；南沙往广州方向的右转D匝道设置在内侧，不符合行车习惯，容易误行。
（5）方案比选
保家枢纽立交各方案技术经济比较表
从上表可知，四个枢纽方案的造价是方案一＜方案二＜方案三＜方案四。
审查认为，方案一虽然造价最低，但匝道桥工程规模大（匝道桥梁最大跨径达90m），施工难度较大，且立面上有3~4层，行车舒适性及景观性价较差，不宜采用；方案二占地最多，本枢纽区域均为基本农田，用地调整困难，此方案也建议舍弃。方案四的涡轮方案虽然各方向通行能力最高，但造价也最贵。考虑到次流向匝道交通量小，环圈匝道能满足通行能力要求，为避免浪费，最终也弃用涡轮方案，采用了各方面表现均较为均衡、合适的方案三（单环式）。
（6）主线斜角角度小情况下的方案
值得一提的是，中山东部外环高速公路前期选线时有一个阶段的方案是主线与南中高速斜交角度较小（约70度）的线位，此时做出来对角象限双环式方案工相对主线正交时的方案程规模更小，原因是环圈布设在锐角象限时，可有效减少匝道长度，且角度越小，越能减少匝道长度。此时节省的工程造价较多（相对单环式方案可减少约10％~15％），推荐采用。
图9 保家枢纽互通立交 前期方案
7结语
互通式立交代表着公路交通的重要形象，十字型枢纽立交更是道路建设的关键和典型工程。随着珠三角、粤港澳大湾区交通运输行业的快速发展和社会经济的不断进步，如何正确把握互通式立交设计要素，合理选定互通式立交位置，正确选择立交型式，准确应用各项技术指标，对保证互通式立交具有完善的交通功能、较高的服务水平、行车安全舒适、降低工程造价，减少占用土地和拆迁建筑物，提升公路景观效果等至关重要。对珠三角城郊较为普遍、典型的十字交叉枢纽互通立交方案进行研究和探讨，确定可以广泛应用的立交型式，对于类似项目、枢纽节点工程设计具有较大借鉴和参考意义。
参考文献
[1]《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）
[2]《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）
[3]《公路立体交叉设计细则》（JTG/T D21-2014）
[4]广东省交通规划设计研究院股份有限公司.中山东部外环高速公路初步设计，2020.
[5]陈振伟，王军平. 高速公路十字交叉枢纽立交方案探讨[J].公路交通科技(应用技术版))，2017，（11）：36-37.
[6] 朱宗余.半苜蓿叶形互通式立交的应用探讨.公路，2007.
作者简介：
姓名：吴佳洪 性别：男 出生日期：1988-06-15学历：本科 毕业学校：华南理工大学
职称：工程师 研究方向：道路工程
邮箱：359704139@qq.com 电话：15017547305
联系地址：广州市天河区兴华路一号301