劉健鋒 韋姍姍 萬謙 李佳航

作者簡介：劉健鋒（1989—），碩士，工程師，主要從事公路與城市道路勘察設(shè)計工作。

針對山區(qū)復雜地形下高速公路面臨山高谷深、地質(zhì)災害頻發(fā)、公路展線空間嚴重受限的困境，文章剖析了山區(qū)高速公路在樞紐式互通設(shè)計中的設(shè)計要點，將山區(qū)樞紐立交中制約選型的影響因素進行分解，利用多指標決策理論及AHP法確定各影響因素的權(quán)重，應(yīng)用基于專家評判的綜合評分，建立了山區(qū)樞紐立交選型方案的定量化計算模型，提高了山區(qū)樞紐立交選型的科學性與合理性，可為類似立交的建設(shè)提供有益參考。

山區(qū)高速公路；公路路線；樞紐互通式立體交叉；互通設(shè)計

U412.35+2.1A140503

0?引言

隨著“交通強國”重大戰(zhàn)略的推進，我國高速公路網(wǎng)也在不斷地往偏遠山區(qū)延伸。在山區(qū)復雜地形的高速公路互通設(shè)計中，會受到地形、地質(zhì)、基本農(nóng)田、交通需求、生態(tài)環(huán)境等因素的影響，各因素影響程度錯綜復雜，而目前針對山區(qū)樞紐立交選型的研究較少［1-3］，如何對山區(qū)樞紐立交選型的影響要素進行有效識別，科學合理地量化山區(qū)樞紐立交方案的優(yōu)劣，提高山區(qū)樞紐立交選型的科學性迫在眉睫。

1?山區(qū)復雜地形下高速公路樞紐互通設(shè)計要點

1.1?以地質(zhì)勘察為先導，科學論證主線方案

針對偏遠山區(qū)山高谷深、地形復雜多變、地質(zhì)災害頻發(fā)的特點，在確定主線方案時，應(yīng)掌握沿線地形、地質(zhì)、水文等條件，深入剖析地形地質(zhì)條件對工程安全、施工及運營養(yǎng)護的長期影響，科學論證主線方案。

1.2?重視現(xiàn)狀路網(wǎng)調(diào)查，科學預測交通量

樞紐互通是重要的節(jié)點工程，投資巨大，一旦建成將難以改造。設(shè)計階段應(yīng)重視被交現(xiàn)狀道路的調(diào)查或規(guī)劃道路的功能定位，科學預測樞紐互通節(jié)點的遠期交通量及各個轉(zhuǎn)向交通需求，才能合理、客觀地進行樞紐互通方案的布設(shè)。

1.3?加強互通方案的綜合比選

山區(qū)高速公路的地形地質(zhì)條件復雜，樞紐互通的建設(shè)規(guī)模龐大，經(jīng)濟性是互通方案的重要影響因素，不同的互通方案在安全性、經(jīng)濟性、服務(wù)通行能力、環(huán)境保護等方面差異較大，只有加強樞紐互通方案的綜合比選，才能做到優(yōu)中選優(yōu)。

[HT10.5HB]1.4?切實理解規(guī)范指標的內(nèi)涵，兼顧安全性與經(jīng)濟性

規(guī)范對主線道路技術(shù)指標和樞紐互通匝道指標均有詳細的規(guī)定和要求，但山區(qū)互通受地形地質(zhì)等條件的影響，過度追求超高標準的技術(shù)指標會增加額外投資，在具體布設(shè)時，應(yīng)掌握規(guī)范指標的本質(zhì)內(nèi)涵，在保證方案安全可靠的基礎(chǔ)上，兼顧經(jīng)濟性。

1.5?樞紐互通形式不拘一格，科學論證

山區(qū)高速公路由于地形地質(zhì)復雜，展線空間受限，互通型式以非常規(guī)為主。在山區(qū)高速公路布設(shè)樞紐互通時，應(yīng)以實現(xiàn)樞紐互通的交通功能為基礎(chǔ)，以確保建設(shè)及運營的安全可靠、行車安全為核心，全面、科學地論證樞紐互通方案的布設(shè)。

2?立交選型的決策指標體系

山區(qū)樞紐立交設(shè)置的影響因素眾多，建立完善的山區(qū)樞紐立交選型決策指標體系，是構(gòu)建山區(qū)樞紐立交選型評價模型的重要基礎(chǔ)，影響山區(qū)樞紐立交選型的因素包括地形地質(zhì)條件、交通量、經(jīng)濟性、通行能力、環(huán)境條件等，這些指標之間相互交錯，通過對眾多指標進行關(guān)聯(lián)性分析，結(jié)合專家及國內(nèi)外相關(guān)的研究成果，山區(qū)樞紐立交選型決策指標分為5類：規(guī)劃指標、設(shè)計指標、運行指標、經(jīng)濟指標、社會影響指標［4］，各個指標細化后可建立山區(qū)樞紐立交選型方案的指標體系，如圖1所示。

3?項目概況

資源南樞紐位于桂林市資源縣中峰鎮(zhèn)良家村西側(cè)，被交道路為G59資源至興安高速公路，資興高速公路設(shè)計時速100 km，路基寬26.0 m，現(xiàn)已建成通車，資源南樞紐的遠景交通量預測結(jié)果如圖2所示。

互通方案的主要限制因素：（1）項目沿線地形地質(zhì)條件復雜，主線橋隧比高達95%，互通的加減速車道受臺盤嶺隧道和資江特大橋限制，布設(shè)形式受到一定的限制。（2）被交道路與該項目的高差巨大（平均高差約84 m），項目沿線受養(yǎng)豬場、終點用地受電廠限制，展線困難。（3）互通位置原地貌地質(zhì)條件差，多覆蓋層和滑坡堆積體，線位方案不宜大挖大填，需規(guī)避滑坡隱患路段。

考慮本互通為樞紐式立體交叉，交通轉(zhuǎn)換需求突出，在綜合考慮安全性、經(jīng)濟性、服務(wù)水平和通行能力的前提下，提出三個方案進行綜合論證。

3.1?方案一（圖3）

方案一綜合了交通量、地形、基本農(nóng)田等因素，不片面追求過高的車速指標，除LK連線及A、B、E匝道采用60 km/h設(shè)計速度外，其余匝道均為50 km/h設(shè)計速度，采用“起點左轉(zhuǎn)彎迂回T形互通+連線+終點外交叉T形互通”的布置形式，其中，B匝道上跨主線，C匝道下穿主線，G、H匝道上跨資興高速公路。

起點T形互通的主線平面最小圓曲線半徑為2 500 m，最大縱坡2.9%，最小凹形豎曲線半徑為12 000 m，無凸型曲線；終點被交高速公路的主線平面最小圓曲線半徑為1 400 m，最大縱坡1.403%，最小凸形豎曲線半徑為40 000 m，無凹型曲線。

LK連線平面最小圓曲線半徑251 m，最大縱坡4.0%。A、B、E匝道平面最小圓曲線半徑120 m，最大縱坡4.0%。C、D、F、G、H匝道平面最小圓曲線半徑80 m，最大縱坡4.0%。LK連線采用對向分隔式雙車道，路基寬度采用21 m，其余單向雙車道路基寬度采用10.5 m。

方案一互通匝道設(shè)置橋梁5 845.90 m/9座。

3.2?方案二（圖4）

方案二采用相對緊湊的道路技術(shù)指標，除LK連線、A匝道采用60 km/h設(shè)計速度外，其余匝道均采用50 km/h設(shè)計速度，結(jié)合交通量、地形、基本農(nóng)田等因素，采用“起點B形喇叭互通+連線+終點外交叉T形互通”的布置形式，其中，LK匝道下穿主線，G、H匝道上跨資興高速公路。

LK連線平面最小圓曲線半徑251 m，最大縱坡4.0%。A匝道平面最小圓曲線半徑190 m，最大縱坡3.95%。B、C、D、E、F、G、H匝道平面最小圓曲線半徑80 m，最大縱坡4.0%。LK連線采用對向分隔式雙車道，路基寬度采用21 m，其余單向雙車道路基寬度采用10.5 m。

方案二設(shè)置匝道橋梁4 665 m/13座，設(shè)置12 m抗滑樁長度約1 020 m。

3.3?方案三（圖5）

方案三采用較高的道路技術(shù)指標，除C、D、F匝道采用50 km/h設(shè)計速度外，LK連線及A、B、E、G、H匝道均采用60 km/h設(shè)計速度，結(jié)合交通量、地形、基本農(nóng)田等因素，采用“起點左轉(zhuǎn)彎迂回T形互通+連線+終點內(nèi)交叉T形互通”的布置形式，其中，B匝道上跨主線，C匝道下穿主線，G、H匝道上跨資興高速公路。

LK連線平面最小圓曲線半徑251 m，最大縱坡4.0%。A、B、E、G、H匝道平面最小圓曲線半徑120 m，最大縱坡4.0%。C、D、F匝道平面最小圓曲線半徑80 m，最大縱坡4.0%。

方案三互通匝道設(shè)置橋梁6 438.12 m/9座。

三個方案的綜合對比如表1所示。

4?立交選型的多指標決策模型

4.1?模糊綜合評判方法

基于AHP法，山區(qū)樞紐立交選型決策綜合指標集為A，詳見前頁圖1，其中i、j表示準則層、指標層的指標數(shù)，上、下級評價指標的關(guān)系為：Ai={Ai1，Ai2，Ai3，…Aij}，采用標度擴展法構(gòu)造判斷矩陣，比例標度見表2，無須進行一致性檢驗，排序及權(quán)重分布較易獲得，易于操作，可提高決策效率［5］。

對山區(qū)樞紐立交選型決策綜合指標集中的同一級評價指標，根據(jù)指標重要性排序，如A1≥A2≥A3…≥An，分析指標Ai與Ai+1的重要性比值，根據(jù)指標間重要程度的傳遞性推算判斷矩陣中其他指標的值，步驟如下：

由此計算得到山區(qū)樞紐立交選型決策綜合指標集A={A1，A2，…，An}對應(yīng)的權(quán)值向量X=（X1，X2，…Xn），根據(jù)互通設(shè)計成果、地勘、規(guī)劃條件、交通量等資料，由專家組評分，評價指標按百分制給分，得到山區(qū)樞紐立交選型決策綜合指標集的評分向量S=（S1，S2，…，Sn）T，基于此，得出山區(qū)樞紐立交選型決策的綜合評價得分：A=X×S-ni=1（XiSi）。按照以上方法測算各互通方案的綜合評價得分，以作為衡量山區(qū)高速公路樞紐互通方案優(yōu)劣的重要反饋，為山區(qū)高速公路樞紐互通立交選型提供有益參考。

4.2?綜合評價結(jié)論

通過深入剖析三個互通方案在立交選型多指標決策模型的評價指標相對權(quán)重及專家打分情況，如表3所示。由表3可以發(fā)現(xiàn)：

方案一的道路技術(shù)指標適中，服務(wù)通行能力較強，橋梁建設(shè)規(guī)模適中，不存在大填大挖的情況，環(huán)境影響較小，地質(zhì)風險較低、建設(shè)條件相對較好，且經(jīng)濟指標最優(yōu)，故其綜合評價得分最高，為97.27分。

方案二的起點采用B形喇叭互通方案，其緊鄰隧道出口，隧道出口道路縱坡為2.9%，運營安全風險較高。同時，方案二的多處匝道路段存在大填大挖的情況，設(shè)置強支護抗滑樁的路段較多，后期運營的地質(zhì)災害風險相對較高。方案二的綜合評價得分為91.24分。

方案三，其道路技術(shù)指標最高，通行能力和服務(wù)水平最好，但由于橋梁建設(shè)規(guī)模較大，經(jīng)濟性不佳，考慮到資源南樞紐的總體交通量情況，部分匝道適當降低速度指標，采用50 km/h的設(shè)計速度，亦可以很好滿足資源南樞紐的使用需求。方案三的綜合評價得分為96.52分。

綜合考慮本文山區(qū)樞紐立交選型決策的定量化評價結(jié)果，推薦資源南樞紐采用方案一“起點左轉(zhuǎn)彎迂回T形互通+連線+終點外交叉T形互通”的布置形式。

5?結(jié)語

（1）長期以來，我國設(shè)計人員對高速公路的立交選型決策，常采用經(jīng)濟技術(shù)指標結(jié)合定性評價的方式，對于多個較復雜的互通方案比選時，傳統(tǒng)方法往往難以保證評

價結(jié)果的科學性與全面性。本文基于多指標決策理論及AHP法，剖析了山區(qū)樞紐互通的選型影響因素，給出了評價指標相應(yīng)的權(quán)重分配方法，以專家評判結(jié)果為基礎(chǔ)，深入分析各種可行方案的優(yōu)劣性，建立了山區(qū)樞紐立交選型方案的定量化評價模型，為各互通方案的比選提供科學有力支撐。

（2）山區(qū)樞紐立交選型決策是一個復雜的系統(tǒng)問題。在進一步研究中，可從完善評價指標的構(gòu)成體系、深化評價指標的評分標準、指標權(quán)重分配方法等方面入手，對山區(qū)樞紐互通立交選型的定量化評價模型整體架構(gòu)進行補充與優(yōu)化。

參考文獻

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