單喇叭形互通式立體交叉改擴(kuò)建方案研究與評(píng)價(jià)

張 利

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

經(jīng)過30余年的發(fā)展，國內(nèi)四通八達(dá)的高速公路網(wǎng)已基本形成。隨著交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的提出，我國高速公路發(fā)展已由追求速度規(guī)模向更加注重質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變，路網(wǎng)優(yōu)化與補(bǔ)充成為當(dāng)前高速公路建設(shè)的主要方向。互通式立體交叉作為高速公路網(wǎng)的重要組成部分，部分已建成的互通式立體交叉需根據(jù)路網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整情況進(jìn)行改擴(kuò)建，選擇合理的改擴(kuò)建方案對(duì)于構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的高速公路網(wǎng)至關(guān)重要。本文對(duì)某建成的三路交叉單喇叭型互通改擴(kuò)建為四路交叉的樞紐式互通立交方案進(jìn)行研究，并建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)不同方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 方案分析

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，我國已建成高速公路中一般互通式立體交叉常用形式中喇叭形互通使用率約為72%，其中單喇叭形互通使用率約為46%，雙喇叭形互通使用率約為26%[1]；由此可見，喇叭形互通尤其是單喇叭形互通是一般互通式立體交叉的主要形式[2]。本文中所用案例為山西省較早修建的青銀、京昆兩條高速公路交叉設(shè)置的A型單喇叭互通式立體交叉，如圖1所示。

圖1 運(yùn)營(yíng)中的A形單喇叭互通式立體交叉

青銀高速公路及京昆高速公路設(shè)計(jì)速度均為120 km/h，采用雙向六車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，路基寬度為28.5 m，兩條高速公路間交通流轉(zhuǎn)換采用了A形單喇叭互通，A匝道上跨主線，考慮到通行能力要求，該方案中除環(huán)形匝道外，其他匝道均采用了雙車道匝道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)[3]。

為進(jìn)一步優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，釋放城市發(fā)展空間，規(guī)劃新建一條縱向高速公路，建設(shè)起點(diǎn)擬與運(yùn)營(yíng)中的A形單喇叭互通相接，根據(jù)新建縱向高速公路線形指標(biāo)和運(yùn)營(yíng)互通現(xiàn)狀，共研究布設(shè)了兩個(gè)互通改擴(kuò)建方案，方案一（圖2所示）和方案二（如圖3所示）。

圖2 A形單喇叭互通改擴(kuò)建方案一

1.1 方案一

方案一采用完全利用原有互通匝道的變異苜蓿葉互通方案，圖中實(shí)線為原有A形單喇叭互通，點(diǎn)劃線為改擴(kuò)建后新增加的6條匝道,其中XHZ和XHY作為新建縱向高速公路主線，設(shè)計(jì)速度采用80 km/h，分離式路基寬度為12.75 m，其他新建匝道設(shè)計(jì)速度均采用60 km/h，單向單車道匝道路基寬度9.0 m，單向雙車道匝道路基寬度為10.5 m。方案一共新建（含加寬）橋梁5 377 m/13座，利用橋梁71.48 m/1座，設(shè)置涵洞14道，通道1道（完全利用），總占地約935畝，其中原有公路用地556畝，新增用地379畝。方案一的優(yōu)點(diǎn)為完全利用原有互通匝道，不改變?cè)型ㄐ辛?xí)慣，建設(shè)過程中幾乎不需要中斷交通，功能完全滿足要求且總體建設(shè)規(guī)模適中。方案一的缺點(diǎn)是用地規(guī)模偏大。

1.2 方案二

方案二采用部分利用原有互通匝道的變異苜蓿葉方案，在保留部分原有互通匝道的前提下，采用縱向主線貫通的方式，增設(shè)6條匝道改造為全互通樞紐，如圖3所示，方案二中D匝道需完全拆除后新建環(huán)形匝道，E匝道部分段落需改建。方案二中完全利用匝道設(shè)計(jì)速度為60 km/h，路基寬度為10.5 m，新建環(huán)形匝道設(shè)計(jì)速度采用50 km/h，其他匝道采用60 km/h，單向單車道匝道路基寬度采用9.0 m，單向雙車道匝道路基寬度采用10.5 m。方案二共設(shè)置新建（含加寬）橋梁3 444.761 m/11座，設(shè)置涵洞15道，通道1道（完全利用）。該樞紐總占地約862畝，其中原有公路用地545畝，新增用地317畝。

圖3 義望互通改擴(kuò)建方案二

方案二的優(yōu)點(diǎn)是縱向主線貫通，行車順暢，用地規(guī)模較小，功能滿足使用需要，規(guī)模適中。缺點(diǎn)是沒有完全利用原有A形單喇叭互通匝道，建設(shè)中需要中斷交通，增設(shè)保通方案，對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生一定的影響。

2 方案評(píng)價(jià)方法

近年來，國內(nèi)外的專家對(duì)工程方案評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量的研究，提出了多種方案評(píng)價(jià)方法，如灰色關(guān)聯(lián)分析法、層次分析法及模糊綜合評(píng)價(jià)法，部分方法已在工程中得到應(yīng)用，但是仍然存在適應(yīng)性不足等問題，依然有很多問題亟需解決。

方案排隊(duì)法是根據(jù)系統(tǒng)工程學(xué)原理建立的一種解有限個(gè)方案的多目標(biāo)決策方法。將初擬的互通改造方案在各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)下進(jìn)行比較，然后根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)不同方案按優(yōu)先次序進(jìn)行排隊(duì)，從而選出最優(yōu)方案[1]。

方案排隊(duì)法的指標(biāo)對(duì)比僅需要做定性判斷，該方法適用于在初擬各種可能的方案后的比較選擇，比較的方法是利用矩陣列出兩兩方案之間的優(yōu)先關(guān)系[1]。

進(jìn)行方案比較時(shí)，同時(shí)有多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)需要考慮，對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)按式（1）列出關(guān)系矩陣，然后將每個(gè)矩陣的結(jié)果聚合起來，建立新的優(yōu)化關(guān)系矩陣，以得出綜合比較結(jié)果[1]。

式中：m為方案數(shù)；矩陣中的元素rij（i，j=1，2…，m）表示方案xi和方案xj間的優(yōu)先關(guān)系，取值規(guī)定為方案xi優(yōu)于 xj時(shí) rij取 1；方案 xi劣于 xj時(shí) rij取 0；xi與 xj效用相同時(shí)，視為xi優(yōu)于xj和xi劣于xj同時(shí)存在，rij取0。

聚合的方法是先對(duì)選取的每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)值，指標(biāo)越重要，則權(quán)值越大。權(quán)值大小根據(jù)互通式立體交叉的工程特點(diǎn)確定。本文中選取安全、功能、環(huán)境、用地和成本5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中安全從出口一致性、線形連續(xù)性、視距以及車輛交織情況評(píng)價(jià)；功能從通行能力和繞行距離進(jìn)行評(píng)價(jià)；環(huán)境從與地形的適應(yīng)性、避開不良地質(zhì)情況和拆遷情況進(jìn)行評(píng)價(jià)；用地從占地總量和占用基本農(nóng)田數(shù)量進(jìn)行評(píng)價(jià)；成本估算從養(yǎng)護(hù)管理難度進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文中安全、功能、環(huán)境、用地和成本 5個(gè)指標(biāo)賦權(quán)值分別為：0.35、0.30、0.10、0.15、0.10。

λ（xi＞xk）為 n 個(gè)指標(biāo)中，所有 xi＞xk的評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)值之和；

λ（xi＜xk）為 n 個(gè)指標(biāo)中，所有 xi＜xk的評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)值之和；

λ（xi～xk）為 n 個(gè)指標(biāo)中，所有 xi～xk的評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)值之和；

σ為效用等值系數(shù)，反映了決策人對(duì)λ(xi～xk)的重視程度，如σ=0，則認(rèn)為該項(xiàng)可以忽略不計(jì)。

方案的最后排隊(duì)即基于聚合的優(yōu)先關(guān)系矩陣，確定各方案排列次序的依據(jù)為該矩陣求出的位置指示值。對(duì)于方案xi，位置指示值為：

V（xi）=p（xi）-q（xi），

V（xi）值越大，方案xi越排在前面。

3 方案評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)方案排隊(duì)法的基本原理，本文中互通式立體交叉改擴(kuò)建共布設(shè)兩個(gè)方案，因此m=2，該次評(píng)價(jià)共選取安全、功能、環(huán)境、用地和成本5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此n=5。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先關(guān)系矩陣如下：

綜合優(yōu)先關(guān)系指示值 ：Aφ(x1＞x2)=（0.35+0.30+0.10+0.10）/0.30+0.15=1.89，聚合優(yōu)先關(guān)系矩陣中r12取值為1。

方案排序指示值V(x1)=1,V(x2)=-1。

根據(jù)方案排隊(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果，方案一優(yōu)于方案二，最終選擇方案一作為推薦方案。

4 結(jié)語

長(zhǎng)期以來，互通式立體交叉的方案比較以采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)加定性評(píng)價(jià)的方法為主，對(duì)于復(fù)雜項(xiàng)目以及改擴(kuò)建項(xiàng)目難以得出科學(xué)、全面和客觀的評(píng)價(jià)結(jié)論。本文案例作為改擴(kuò)建項(xiàng)目，互通改造方案復(fù)雜，采用方案排隊(duì)法進(jìn)行評(píng)價(jià)初步獲取了較優(yōu)方案，評(píng)價(jià)結(jié)論與一般使用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)加定性評(píng)價(jià)方案結(jié)論一致。本文中所述的方案排隊(duì)法共選取了5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，且5個(gè)指標(biāo)中包含了多個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)，雖然所采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)較全面地囊括了互通方案的影響因素，但評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)值取值還需進(jìn)行深入研究，以便更精準(zhǔn)、全面、合理地對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。