基于模糊优选法的一级公路与近距离平行的公路铁路交叉方案比选研究

孙 钊，周 忻,梁洪涛,王 萌

(湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051)

0 引言

随着我国公路路网和铁路路网密度逐年增大，公路与铁路交叉问题时有发生，交叉方式的选择直接影响着建设期的工程造价以及运营期的安全问题[1]。

交叉方式可分为平面交叉和立体交叉2种，平面交叉交通转换较为方便，立体交叉运营安全性较好，交叉方式的选择由交通量、公路技术等级、后期运营安全性等方面综合决定[2]。

在同一节点出现公路与近距离平行的公路、铁路同时交叉时，不仅需要考虑公路与公路之间的交通转换问题，还需要考虑公路与铁路之间的运营安全问题。通过工程实例探讨该交叉情况下所需解决的工程问题，以及可以采取的各种工程方案， 并利用模糊优选法选择最优方案。

1 工程概况

某项目老路现状为路基宽12 m的二级公路，拟扩建为路基宽25.5 m的一级公路。

项目老路自东向西先后与211省道T形平交、长江埠附属线铁路十字平交，211省道与铁路相互平行，呈南北向，两者之间水平间距仅40 m。节点现状如图1所示。

拟将项目老路提升为一级公路，根据相关规范：“一级公路与铁路交叉。 必须设置立体交叉。”[3]，由于211省道与铁路相距过近，导致此节点的平交变为立交则老路无法与211省道进行交通转换。

图1 节点现状图

2 工程相关问题分析

根据区域路网规划及交通量预测结果[4]，该工程主要存在以下2个问题：① 尽管有路网的分流影响，但该交叉口与211省道的交通转换需求仍然很大;② 项目与211省道之间转换的大货车及拖挂车交通比例较高(见图2)。

针对以上2个问题，首先要解决项目在改为立交后如何与211省道衔接，其次，考虑到与211省道之间转换的大型车较多，在方案选择时转弯半径需满足大型车的需求。

图2 运营末年交叉口流量流向示意图

3 方案拟定

结合工程现场情况，拟定出了3种解决方案，分别为改移211省道、互通式立交、桥上环形立交方案。

3.1 方案1：改移211省道

考虑到211省道西侧为铁路，该方案将211省道向东改线，改线后与项目平交(见图3)，改线里程长1.2 km，拆迁880 m2，新增占地2 667 m2，初步匡算投资约1 572万元。

调压井地层岩性为第四系中更新洪积（Q2pl）低液限黏土，淡红、棕色、稍湿、硬塑，结构较密实，含钙质结核。围岩厚度2～36 m，局部地段夹级配不良砂、卵石混合土层透镜体，无地下水影响，围岩土体极不稳定，围岩类别为V类，应及时进行支护和衬砌。调压井横断面见图1。

该方案优点为：① 可以优化路网布局，211省道原走向由北向南，与项目老路共线向西，而后再折向南，改移后211省道相对顺直，该城市规划路

图3 改移S211省道方案示意图

网中也考虑将211省道拉直，因此该方案与规划路网相适应；② 工程规模小，拆迁工程少。该方案缺点在于西转北方向的车辆需向东行驶约400 m后，再折向北，会存在一定的绕行。

3.2 方案2：互通式立交

根据不同互通形式，可将互通式立体交叉方案分为2种(见图4)。

方案①：设置A型单喇叭互通，北侧连接211省道。该方案拆迁工程约1 300 m2，新增占地56 667 m2，初步匡算投资4 710万元。

该方案优点是通过设置互通式立体交叉，可有效解决交通转换问题，且不影响G347主线交通运行。缺点是工程规模相对较大，新增占地多，且存在一定绕行。

方案②：保持211省道原位不动，设置AB型部分苜蓿叶互通。该方案产生拆迁约6 600 m2，新增占地68 667 m2，初步匡算投资2 980万元。

该方案优点为：① 不存在冲突点，不影响主线交通，能较好解决拥堵问题；② 该互通桥梁规模较小，相对造价较低。其缺点为拆迁量相对较多。

3.3 方案3：桥上环形立交

a)方案①

b)方案②

图5 设置环形交叉方案示意图

该方案优点是新增占地较少。缺点为：① 该环形交叉口距铁路较近，对铁路运营存在一定安全隐患；② 设置环形交叉口，其转弯半径相对较小，而本项目大型车通行比例较高；③ 经过环形交叉口处车辆须采用较低速度运行，使该路段项目主线通行服务水平相对较低。

各方案的工程量和优缺点对比如表1所示。

3种方案均能解决改立交后所带来的问题，方案1侧重于优化路网布局、控制投资规模；方案2侧重于解决交通拥堵，满足交通流；方案3侧重于节约占地。

表1 各方案工程量及优缺点对比表方案名称拆迁 /m2新增占地 /m2造价/万元优点缺点方案188026 6671 5721、优化路网布局;2、规划路网相适应;3、工程规模小,拆迁工程少存在一定的绕行方案2①1 30056 6674 710有效解决交通流的交通转换问题1、工程规模相对较大,新增占地多;2、存在一定绕行②6 60068 6672 9801、有效解决交通流的交通转换问题;2、桥梁规模要小,相对造价较低产生拆迁量相对较多方案316 2008 0009 653新增占地较少1、该环形交叉口对铁路运营存在一定的安全隐患;2、拆迁规模较大,协调难度大;3、考虑到经过环形交叉口半径过小,通行服务水平相对较低

4 基于模糊优选法的方案选择

4.1 模糊优选法简介

模糊优选法可以有效地将各指标量化处理。它采用“特尔斐(Delphi)法”取得调查数据，然后以“二元对比权重分析法”处理调查数据，再通过计算各方案的贴近度大小，进而确定各方案的相对优劣[5]。

贴近度反映了方案与基准方案的接近程度，只要合理确定基准方案的指标集合，就可根据贴近度的大小，排出备选方案的优先顺序。

贴近度计算式可写为：

式中:ωj为第j个评价指标的权重；aij为模糊向量值，其取值为方案指标值与基准方案指标值的比值。

4.2 方案选择

首先利用“特尔斐(Delphi)法”取得调查数据，再拟定意见征询表，反复征询专家后，计算得各样本关于方案的权重(见表2)。

表2 各样本关于方案选择的权重一览表样本编号建设规模与工程投资建设条件与实施难度对铁路运营影响解决拥堵能力路网布局地方意见118.1128.57512.36817.53225.26518.148217.78810.06811.42122.34521.85316.525326.98912.43515.52514.23614.54416.271412.41311.53717.53517.54720.48420.484520.68712.55414.43917.35617.84417.12626.00112.45811.85815.39517.09117.197721.53315.44512.32618.87719.82511.994821.75514.9313.02115.45420.68314.157920.2812.39412.02417.55822.85514.8891021.3614.86514.25615.24518.04816.226平均20.60212.52613.4 7717.15519.84916.301

根据计算所得各指标权重，可分别计算出该工点3个方案的相应评价指标和贴近度Ne大小，如表3、表4所示。

表3 各方案的各项指标值类型建设规模与工程投资建设条件与实施难度对铁路运营影响解决拥堵能力路网布局地方意见权重0.2070.1250.1350.1720.1980.163方案11110.9811方案20.950.98110.990.99方案30.930.960.980.970.970.98基准111111

表4 各方案的模糊向量aj与贴近度Ne方案a1a2a3a4a5a6Ne方案11110.98110.997方案20.950.98110.990.990.983方案30.930.960.980.970.970.980.963

由于贴近度Ne(方案1)0.997>Ne(方案2)0.983>Ne(方案3)0.963，本阶段选定方案1为项目的推荐方案，即211省道向东改线。可见，选择该方案时更侧重于路网布局的优化和投资规模的控制。

5 结论

通过工程实例研究了一级公路与近距离平行的公路铁路同时相交问题，相关结论如下：

1)对于特殊类公铁交叉问题，通过交通量预测分析，可得出该交叉口类型应该解决的相关问题。

2)对于拟定的3种方案，进行了定性分析比较，同时采用模糊优选原理定量化比较，从而得出最佳方案。

3)通过特尔斐(Delphi)法取得调查数据，被征询的专家根据特定工程的功能需求、所在地的经济实力等方面进行了打分，以此确定相应权重。其他类似项目应根据当地实际情况重新确定权重、优选方案。