山區復雜地形下樞紐式互通立交方案的綜合比選方法

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計工作。

針對山區復雜地形下高速公路面臨山高谷深、地質災害頻發、公路展線空間嚴重受限的困境，文章剖析了山區高速公路在樞紐式互通設計中的設計要點，將山區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重，應用基于專家評判的綜合評分，建立了山區樞紐立交選型方案的定量化計算模型，提高了山區樞紐立交選型的科學性與合理性，可為類似立交的建設提供有益參考。

山區高速公路；公路路線；樞紐互通式立體交叉；互通設計

U412.35+2.1A140503

0?引言

隨著“交通強國”重大戰略的推進，我國高速公路網也在不斷地往偏遠山區延伸。在山區復雜地形的高速公路互通設計中，會受到地形、地質、基本農田、交通需求、生態環境等因素的影響，各因素影響程度錯綜復雜，而目前針對山區樞紐立交選型的研究較少［1-3］，如何對山區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樞紐立交方案的優劣，提高山區樞紐立交選型的科學性迫在眉睫。

1?山區復雜地形下高速公路樞紐互通設計要點

1.1?以地質勘察為先導，科學論證主線方案

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

1.2?重視現狀路網調查，科學預測交通量

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

1.3?加強互通方案的綜合比選

山區高速公路的地形地質條件復雜，樞紐互通的建設規模龐大，經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、經濟性、服務通行能力、環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，才能做到優中選優。

[HT10.5HB]1.4?切實理解規范指標的內涵，兼顧安全性與經濟性

規范對主線道路技術指標和樞紐互通匝道指標均有詳細的規定和要求，但山區互通受地形地質等條件的影響，過度追求超高標準的技術指標會增加額外投資，在具體布設時，應掌握規范指標的本質內涵，在保證方案安全可靠的基礎上，兼顧經濟性。

1.5?樞紐互通形式不拘一格，科學論證

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

2?立交選型的決策指標體系

山區樞紐立交設置的影響因素眾多，建立完善的山區樞紐立交選型決策指標體系，是構建山區樞紐立交選型評價模型的重要基礎，影響山區樞紐立交選型的因素包括地形地質條件、交通量、經濟性、通行能力、環境條件等，這些指標之間相互交錯，通過對眾多指標進行關聯性分析，結合專家及國內外相關的研究成果，山區樞紐立交選型決策指標分為5類：規劃指標、設計指標、運行指標、經濟指標、社會影響指標［4］，各個指標細化后可建立山區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良家村西側，被交道路為G59資源至興安高速公路，資興高速公路設計時速100 km，路基寬26.0 m，現已建成通車，資源南樞紐的遠景交通量預測結果如圖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，需規避滑坡隱患路段。

考慮本互通為樞紐式立體交叉，交通轉換需求突出，在綜合考慮安全性、經濟性、服務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設計速度外，其余匝道均為50 km/h設計速度，采用“起點左轉彎迂回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指標，除LK連線、A匝道采用60 km/h設計速度外，其余匝道均采用50 km/h設計速度，結合交通量、地形、基本農田等因素，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。

方案二設置匝道橋梁4 665 m/13座，設置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指標，除C、D、F匝道采用50 km/h設計速度外，LK連線及A、B、E、G、H匝道均采用60 km/h設計速度，結合交通量、地形、基本農田等因素，采用“起點左轉彎迂回T形互通+連線+終點內交叉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，上、下級評價指標的關系為：Ai={Ai1，Ai2，Ai3，…Aij}，采用標度擴展法構造判斷矩陣，比例標度見表2，無須進行一致性檢驗，排序及權重分布較易獲得，易于操作，可提高決策效率［5］。

對山區樞紐立交選型決策綜合指標集中的同一級評價指標，根據指標重要性排序，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：

由此計算得到山區樞紐立交選型決策綜合指標集A={A1，A2，…，An}對應的權值向量X=（X1，X2，…Xn），根據互通設計成果、地勘、規劃條件、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，以作為衡量山區高速公路樞紐互通方案優劣的重要反饋，為山區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重及專家打分情況，如表3所示。由表3可以發現：

方案一的道路技術指標適中，服務通行能力較強，橋梁建設規模適中，不存在大填大挖的情況，環境影響較小，地質風險較低、建設條件相對較好，且經濟指標最優，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，設置強支護抗滑樁的路段較多，后期運營的地質災害風險相對較高。方案二的綜合評價得分為91.24分。

方案三，其道路技術指標最高，通行能力和服務水平最好，但由于橋梁建設規模較大，經濟性不佳，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。

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

5?結語

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

價結果的科學性與全面性。本文基于多指標決策理論及AHP法，剖析了山區樞紐互通的選型影響因素，給出了評價指標相應的權重分配方法，以專家評判結果為基礎，深入分析各種可行方案的優劣性，建立了山區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）山區樞紐立交選型決策是一個復雜的系統問題。在進一步研究中，可從完善評價指標的構成體系、深化評價指標的評分標準、指標權重分配方法等方面入手，對山區樞紐互通立交選型的定量化評價模型整體架構進行補充與優化。

參考文獻

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［3］湯春華.山區高速公路互通式立交設計與選型［J］.交通世界，2019（28）：28-29.

［4］沈強儒.高速公路菱形立交關鍵部位交通量適應性與技術指標研究［D］.西安：長安大學，2016.

［5］劉健鋒，韋勇克，劉遠鋒，等.基于安全設防等級劃分與模糊層次分析的橋梁運營安全評價［J］.公路交通科技，2020，37（10）：107-117.