山區(qū)復(fù)雜地形條件下互通式立體交叉選型影響因素分析

張 利

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

互通式立體交叉作為道路的重要組成部分，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“互通”，即通過合理的匝道布設(shè)結(jié)合跨線構(gòu)造物實(shí)現(xiàn)相交道路各方向的交通轉(zhuǎn)換。而日益增長的交通需求對互通式立體交叉的轉(zhuǎn)向通行能力、運(yùn)行安全性以及環(huán)形適應(yīng)性等提出了更高的要求，因此需要對互通式立體交叉的布設(shè)型式進(jìn)行深入研究，布設(shè)合理方案以滿足現(xiàn)代交通安全、舒適、高效、美觀、經(jīng)濟(jì)的要求。互通式立體交叉布設(shè)型式受多種因素的共同影響，如交通量及交通組成、地形地貌等，不同的影響因素在不同環(huán)境條件下產(chǎn)生的影響程度不同，本文對幾種重要的影響因素在工程建設(shè)項(xiàng)目中對互通式立體交叉布設(shè)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

1 交通量及交通組成

交通量、交通組成是互通式立體交叉布設(shè)過程中需要考慮的重要影響因素。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D20—2017 要求[1]，在項(xiàng)目規(guī)劃和工程可行性研究階段，互通式立體交叉方案設(shè)計(jì)采用項(xiàng)目建成后第20年的預(yù)測交通量；在設(shè)計(jì)階段，互通式立體交叉設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)年限連續(xù)8 760 個(gè)小時(shí)交通量按從大到小順序排列，第30 位的小時(shí)交通量，對于旅游道路等交通量季節(jié)性變化大的道路，根據(jù)其功能及當(dāng)?shù)匦r(shí)交通量的變化特征采用20～40 位之間經(jīng)濟(jì)合理時(shí)位的小時(shí)交通量[2]。

一般互通式立體交叉中常用的A 型單喇叭和B型單喇叭型式，選用時(shí)應(yīng)著重考慮交通量及交通組成這一重要影響因素。本文以某山嶺區(qū)國道改建工程中，兩條一級公路的立體交叉互通立交方案選型為例，表1 中所示為交通量預(yù)測結(jié)果，圖1 所示為交通量分布圖。

表1 項(xiàng)目服務(wù)期末交通量預(yù)測結(jié)果 pcu/d

圖1 交通量分布圖

根據(jù)交通量分布圖（圖2、圖3）可以看出由陜西方向右轉(zhuǎn)去往河南方向（E 匝道）和河南方向左轉(zhuǎn)去往陜西方向（C 匝道+A 匝道）為主要交通流方向；由內(nèi)蒙方向右轉(zhuǎn)去往陜西方向（D 匝道）和陜西方向左轉(zhuǎn)去往內(nèi)蒙方向（B 匝道）為次要交通流方向。根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，該互通交通組成中重型貨運(yùn)車輛占據(jù)比例約85%，中小型客車比例約15%，且由陜西方向右轉(zhuǎn)去往河南方向（E 匝道）為貨運(yùn)車輛重載方向，由河南方向左轉(zhuǎn)去往陜西方向（C 匝道+A匝道）為貨運(yùn)車輛空載方向。根據(jù)這一交通量分布情況，互通式立體交叉布設(shè)了圖2 和圖3 型式的互通立體交叉。

圖2 方案一交通量分布圖

圖3 方案二交通量分布圖

兩種方案的不同在于主要交通流方向中重載車輛的右轉(zhuǎn)（E 匝道）和次要交通流中次要交通流左轉(zhuǎn)（B 匝道）采用了不同的布設(shè)方式。圖2 所示方案對于主流交通流是有利的，在主流交通流中，重載車輛通過E 匝道完成轉(zhuǎn)向后直接匯入主線，空載車輛通過C 匝道和A 匝道完成轉(zhuǎn)向；圖3 所示方案中主要交通流中空載方向與方案1 是相同的，但是主要交通流中重載方向需要通過A 匝道和E 匝道完成交通轉(zhuǎn)換，車輛繞行距離遠(yuǎn)，需要兩次跨越主線，對重載車輛影響較大；次要交通流左轉(zhuǎn)方向則是通過回頭匝道完成轉(zhuǎn)向，對過往車輛造成不利影響，不利于提高互通總體服務(wù)水平。

服務(wù)水平作為衡量一定交通量運(yùn)行條件下為駕乘者提供服務(wù)質(zhì)量的一種指標(biāo)，與行車速度、行駛時(shí)間、駕駛自由度、交通延誤程度及舒適性和方便程度等因素有關(guān)[2]，而交通量及交通組成對以上因素產(chǎn)生直接影響，因此還應(yīng)考慮交通量及交通組成對服務(wù)水平的影響，保證互通式立體交叉匝道、分流區(qū)、合流區(qū)、交織區(qū)和集散道的設(shè)計(jì)服務(wù)水平不低于規(guī)范要求的4 級。

通過上述分析，可以看出，交通量及交通組成對互通式立體交叉布設(shè)型式的影響是比較大的，互通式立體交叉布設(shè)的過程中應(yīng)充分考慮交通量及交通組成的影響，即要合理控制規(guī)模，又要滿足通行需求，還要達(dá)到服務(wù)水平要求。

2 地形、地貌

山嶺區(qū)互通式立體交叉的布設(shè)與平原區(qū)不同，山嶺區(qū)因山丘多，開闊地形少，因而互通式立體交叉布設(shè)受地形限制比較大，不同的地形條件對互通的布設(shè)型式產(chǎn)生較大的影響，可以說地形、地貌是山區(qū)互通式立體交叉布設(shè)型式的決定性因素之一。山區(qū)互通式立體交叉布設(shè)型式應(yīng)在滿足功能的前提下拓展思路，不拘泥于套用某種固定的立交型式，根據(jù)地形靈活布置。本文中某國道改建工程位于山嶺重丘區(qū)，互通式立體交叉的布設(shè)嚴(yán)格受限，根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，結(jié)合地形地貌，布設(shè)了方案一、方案二共兩個(gè)方案，其平面如圖4、圖5 所示。

圖4 方案一平面圖

圖5 方案二平面圖

方案一為變異單喇叭型式，受地形條件限制，A匝道及C 匝道存在深挖方邊坡，挖方深度達(dá)到9級，且長度較長。同時(shí)A 匝道與D 匝道匯流鼻后挖方邊坡已至村莊跟前，對村莊影響較大，存在安全隱患。方案二中A 匝道深挖方邊坡長度已明顯減少，且挖方段落距離村莊較遠(yuǎn)，對村莊造成的影響較小。通過兩方案可以看出，該互通布設(shè)受地形條件限制較大，匝道總體線性指標(biāo)較低，方案一中B 匝道和E匝道平面線形指標(biāo)均采用了40 km/h 和60 km/h 對應(yīng)的圓曲線極限值50 m 和120 m，方案二中B 匝道平面圓曲線半徑調(diào)整為65 m 和E 匝道則調(diào)整為150 m，可以滿足規(guī)范要求的一般值，但是B 匝道線形迂回，增加了車輛繞行距離，同時(shí)A 匝道平面圓曲線半徑由方案一的205 m 調(diào)整為160 m[3]，線形指標(biāo)有所降低。

由上述分析可以看出，方案一對主流交通量有利，但是工程規(guī)模較大，對周圍村莊產(chǎn)生較大影響；方案二對主流交通量中的重載交通流產(chǎn)生較大影響，但是工程規(guī)模相對較小，工程造價(jià)較低，方案比選時(shí)應(yīng)結(jié)合其他影響因素綜合考慮。

山區(qū)互通立體交叉的布設(shè)型式受地形地貌限制較大，選擇合理的互通方案，可以有效提高互通式立體交叉的服務(wù)水平，減少安全隱患，降低工程規(guī)模，避免對環(huán)境產(chǎn)生過大影響。

3 集約土地與環(huán)境保護(hù)

山區(qū)地形地勢起伏較大，互通式立體交叉布設(shè)時(shí)，容易出現(xiàn)深挖和高填路基，合理確定互通式立體交叉的型式可以有效減少高填深挖路段，降低工程規(guī)模，節(jié)約土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

由方案一、方案二可以看出，方案二（圖5）深挖方路段變短，對周邊居民產(chǎn)生的影響較小，且占地較方案一（圖4）減少約47 畝，既減少了占地，又減少了對環(huán)境的影響，在不考慮交通量影響的前提下，方案二優(yōu)于方案一。

4 結(jié)語

互通式立體交叉的布設(shè)型式受多重因素的共同影響，而山嶺區(qū)地形條件復(fù)雜，布設(shè)互通式立體交叉的限制條件也更加復(fù)雜，本文中結(jié)合工程實(shí)例介紹了交通量及交通組成、地形地貌、集約土地與環(huán)境保護(hù)3 個(gè)重要影響因素對互通式立體交叉布設(shè)的影響，文中方案二比方案一在工程規(guī)模上有所減少，對環(huán)境影響也相對較小，但是方案二對主流交通量尤其是重載交通流方向產(chǎn)生了較大影響，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)的通行能力及服務(wù)水平，增加了運(yùn)營成本。因此，該國道改建工程初步設(shè)計(jì)階段選用方案一作為推薦方案。在不同的工程建設(shè)中，互通式立體交叉布設(shè)時(shí)側(cè)重考慮的影響因素除了交通量及交通組成外，還有可能是地形地貌、集約土地與環(huán)境保護(hù)等其他影響因素，需根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮。