山区复杂地形条件下互通式立体交叉选型影响因素分析

张 利

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

互通式立体交叉作为道路的重要组成部分，主要目标是实现“互通”，即通过合理的匝道布设结合跨线构造物实现相交道路各方向的交通转换。而日益增长的交通需求对互通式立体交叉的转向通行能力、运行安全性以及环形适应性等提出了更高的要求，因此需要对互通式立体交叉的布设型式进行深入研究，布设合理方案以满足现代交通安全、舒适、高效、美观、经济的要求。互通式立体交叉布设型式受多种因素的共同影响，如交通量及交通组成、地形地貌等，不同的影响因素在不同环境条件下产生的影响程度不同，本文对几种重要的影响因素在工程建设项目中对互通式立体交叉布设产生的影响进行分析。

1 交通量及交通组成

交通量、交通组成是互通式立体交叉布设过程中需要考虑的重要影响因素。根据《公路路线设计规范》JTG D20—2017 要求[1]，在项目规划和工程可行性研究阶段，互通式立体交叉方案设计采用项目建成后第20年的预测交通量；在设计阶段，互通式立体交叉设计采用设计年限连续8 760 个小时交通量按从大到小顺序排列，第30 位的小时交通量，对于旅游道路等交通量季节性变化大的道路，根据其功能及当地小时交通量的变化特征采用20～40 位之间经济合理时位的小时交通量[2]。

一般互通式立体交叉中常用的A 型单喇叭和B型单喇叭型式，选用时应着重考虑交通量及交通组成这一重要影响因素。本文以某山岭区国道改建工程中，两条一级公路的立体交叉互通立交方案选型为例，表1 中所示为交通量预测结果，图1 所示为交通量分布图。

表1 项目服务期末交通量预测结果 pcu/d

图1 交通量分布图

根据交通量分布图（图2、图3）可以看出由陕西方向右转去往河南方向（E 匝道）和河南方向左转去往陕西方向（C 匝道+A 匝道）为主要交通流方向；由内蒙方向右转去往陕西方向（D 匝道）和陕西方向左转去往内蒙方向（B 匝道）为次要交通流方向。根据交通量预测结果，该互通交通组成中重型货运车辆占据比例约85%，中小型客车比例约15%，且由陕西方向右转去往河南方向（E 匝道）为货运车辆重载方向，由河南方向左转去往陕西方向（C 匝道+A匝道）为货运车辆空载方向。根据这一交通量分布情况，互通式立体交叉布设了图2 和图3 型式的互通立体交叉。

图2 方案一交通量分布图

图3 方案二交通量分布图

两种方案的不同在于主要交通流方向中重载车辆的右转（E 匝道）和次要交通流中次要交通流左转（B 匝道）采用了不同的布设方式。图2 所示方案对于主流交通流是有利的，在主流交通流中，重载车辆通过E 匝道完成转向后直接汇入主线，空载车辆通过C 匝道和A 匝道完成转向；图3 所示方案中主要交通流中空载方向与方案1 是相同的，但是主要交通流中重载方向需要通过A 匝道和E 匝道完成交通转换，车辆绕行距离远，需要两次跨越主线，对重载车辆影响较大；次要交通流左转方向则是通过回头匝道完成转向，对过往车辆造成不利影响，不利于提高互通总体服务水平。

服务水平作为衡量一定交通量运行条件下为驾乘者提供服务质量的一种指标，与行车速度、行驶时间、驾驶自由度、交通延误程度及舒适性和方便程度等因素有关[2]，而交通量及交通组成对以上因素产生直接影响，因此还应考虑交通量及交通组成对服务水平的影响，保证互通式立体交叉匝道、分流区、合流区、交织区和集散道的设计服务水平不低于规范要求的4 级。

通过上述分析，可以看出，交通量及交通组成对互通式立体交叉布设型式的影响是比较大的，互通式立体交叉布设的过程中应充分考虑交通量及交通组成的影响，即要合理控制规模，又要满足通行需求，还要达到服务水平要求。

2 地形、地貌

山岭区互通式立体交叉的布设与平原区不同，山岭区因山丘多，开阔地形少，因而互通式立体交叉布设受地形限制比较大，不同的地形条件对互通的布设型式产生较大的影响，可以说地形、地貌是山区互通式立体交叉布设型式的决定性因素之一。山区互通式立体交叉布设型式应在满足功能的前提下拓展思路，不拘泥于套用某种固定的立交型式，根据地形灵活布置。本文中某国道改建工程位于山岭重丘区，互通式立体交叉的布设严格受限，根据交通量预测结果，结合地形地貌，布设了方案一、方案二共两个方案，其平面如图4、图5 所示。

图4 方案一平面图

图5 方案二平面图

方案一为变异单喇叭型式，受地形条件限制，A匝道及C 匝道存在深挖方边坡，挖方深度达到9级，且长度较长。同时A 匝道与D 匝道汇流鼻后挖方边坡已至村庄跟前，对村庄影响较大，存在安全隐患。方案二中A 匝道深挖方边坡长度已明显减少，且挖方段落距离村庄较远，对村庄造成的影响较小。通过两方案可以看出，该互通布设受地形条件限制较大，匝道总体线性指标较低，方案一中B 匝道和E匝道平面线形指标均采用了40 km/h 和60 km/h 对应的圆曲线极限值50 m 和120 m，方案二中B 匝道平面圆曲线半径调整为65 m 和E 匝道则调整为150 m，可以满足规范要求的一般值，但是B 匝道线形迂回，增加了车辆绕行距离，同时A 匝道平面圆曲线半径由方案一的205 m 调整为160 m[3]，线形指标有所降低。

由上述分析可以看出，方案一对主流交通量有利，但是工程规模较大，对周围村庄产生较大影响；方案二对主流交通量中的重载交通流产生较大影响，但是工程规模相对较小，工程造价较低，方案比选时应结合其他影响因素综合考虑。

山区互通立体交叉的布设型式受地形地貌限制较大，选择合理的互通方案，可以有效提高互通式立体交叉的服务水平，减少安全隐患，降低工程规模，避免对环境产生过大影响。

3 集约土地与环境保护

山区地形地势起伏较大，互通式立体交叉布设时，容易出现深挖和高填路基，合理确定互通式立体交叉的型式可以有效减少高填深挖路段，降低工程规模，节约土地资源，保护生态环境。

由方案一、方案二可以看出，方案二（图5）深挖方路段变短，对周边居民产生的影响较小，且占地较方案一（图4）减少约47 亩，既减少了占地，又减少了对环境的影响，在不考虑交通量影响的前提下，方案二优于方案一。

4 结语

互通式立体交叉的布设型式受多重因素的共同影响，而山岭区地形条件复杂，布设互通式立体交叉的限制条件也更加复杂，本文中结合工程实例介绍了交通量及交通组成、地形地貌、集约土地与环境保护3 个重要影响因素对互通式立体交叉布设的影响，文中方案二比方案一在工程规模上有所减少，对环境影响也相对较小，但是方案二对主流交通量尤其是重载交通流方向产生了较大影响，进而影响节点的通行能力及服务水平，增加了运营成本。因此，该国道改建工程初步设计阶段选用方案一作为推荐方案。在不同的工程建设中，互通式立体交叉布设时侧重考虑的影响因素除了交通量及交通组成外，还有可能是地形地貌、集约土地与环境保护等其他影响因素，需根据实际情况，综合考虑。