山区复杂地形下枢纽式互通立交方案的综合比选方法

刘健锋 韦姗姗 万谦 李佳航

作者简介：刘健锋（1989—），硕士，工程师，主要从事公路与城市道路勘察设计工作。

针对山区复杂地形下高速公路面临山高谷深、地质灾害频发、公路展线空间严重受限的困境，文章剖析了山区高速公路在枢纽式互通设计中的设计要点，将山区枢纽立交中制约选型的影响因素进行分解，利用多指标决策理论及AHP法确定各影响因素的权重，应用基于专家评判的综合评分，建立了山区枢纽立交选型方案的定量化计算模型，提高了山区枢纽立交选型的科学性与合理性，可为类似立交的建设提供有益参考。

山区高速公路；公路路线；枢纽互通式立体交叉；互通设计

U412.35+2.1A140503

0 引言

随着“交通强国”重大战略的推进，我国高速公路网也在不断地往偏远山区延伸。在山区复杂地形的高速公路互通设计中，会受到地形、地质、基本农田、交通需求、生态环境等因素的影响，各因素影响程度错综复杂，而目前针对山区枢纽立交选型的研究较少［1-3］，如何对山区枢纽立交选型的影响要素进行有效识别，科学合理地量化山区枢纽立交方案的优劣，提高山区枢纽立交选型的科学性迫在眉睫。

1 山区复杂地形下高速公路枢纽互通设计要点

1.1 以地质勘察为先导，科学论证主线方案

针对偏远山区山高谷深、地形复杂多变、地质灾害频发的特点，在确定主线方案时，应掌握沿线地形、地质、水文等条件，深入剖析地形地质条件对工程安全、施工及运营养护的长期影响，科学论证主线方案。

1.2 重视现状路网调查，科学预测交通量

枢纽互通是重要的节点工程，投资巨大，一旦建成将难以改造。设计阶段应重视被交现状道路的调查或规划道路的功能定位，科学预测枢纽互通节点的远期交通量及各个转向交通需求，才能合理、客观地进行枢纽互通方案的布设。

1.3 加强互通方案的综合比选

山区高速公路的地形地质条件复杂，枢纽互通的建设规模庞大，经济性是互通方案的重要影响因素，不同的互通方案在安全性、经济性、服务通行能力、环境保护等方面差异较大，只有加强枢纽互通方案的综合比选，才能做到优中选优。

[HT10.5HB]1.4 切实理解规范指标的内涵，兼顾安全性与经济性

规范对主线道路技术指标和枢纽互通匝道指标均有详细的规定和要求，但山区互通受地形地质等条件的影响，过度追求超高标准的技术指标会增加额外投资，在具体布设时，应掌握规范指标的本质内涵，在保证方案安全可靠的基础上，兼顾经济性。

1.5 枢纽互通形式不拘一格，科学论证

山区高速公路由于地形地质复杂，展线空间受限，互通型式以非常规为主。在山区高速公路布设枢纽互通时，应以实现枢纽互通的交通功能为基础，以确保建设及运营的安全可靠、行车安全为核心，全面、科学地论证枢纽互通方案的布设。

2 立交选型的决策指标体系

山区枢纽立交设置的影响因素众多，建立完善的山区枢纽立交选型决策指标体系，是构建山区枢纽立交选型评价模型的重要基础，影响山区枢纽立交选型的因素包括地形地质条件、交通量、经济性、通行能力、环境条件等，这些指标之间相互交错，通过对众多指标进行关联性分析，结合专家及国内外相关的研究成果，山区枢纽立交选型决策指标分为5类：规划指标、设计指标、运行指标、经济指标、社会影响指标［4］，各个指标细化后可建立山区枢纽立交选型方案的指标体系，如图1所示。

3 项目概况

资源南枢纽位于桂林市资源县中峰镇良家村西侧，被交道路为G59资源至兴安高速公路，资兴高速公路设计时速100 km，路基宽26.0 m，现已建成通车，资源南枢纽的远景交通量预测结果如图2所示。

互通方案的主要限制因素：（1）项目沿线地形地质条件复杂，主线桥隧比高达95%，互通的加减速车道受台盘岭隧道和资江特大桥限制，布设形式受到一定的限制。（2）被交道路与该项目的高差巨大（平均高差约84 m），项目沿线受养猪场、终点用地受电厂限制，展线困难。（3）互通位置原地貌地质条件差，多覆盖层和滑坡堆积体，线位方案不宜大挖大填，需规避滑坡隐患路段。

考虑本互通为枢纽式立体交叉，交通转换需求突出，在综合考虑安全性、经济性、服务水平和通行能力的前提下，提出三个方案进行综合论证。

3.1 方案一（图3）

方案一综合了交通量、地形、基本农田等因素，不片面追求过高的车速指标，除LK连线及A、B、E匝道采用60 km/h设计速度外，其余匝道均为50 km/h设计速度，采用“起点左转弯迂回T形互通+连线+终点外交叉T形互通”的布置形式，其中，B匝道上跨主线，C匝道下穿主线，G、H匝道上跨资兴高速公路。

起点T形互通的主线平面最小圆曲线半径为2 500 m，最大纵坡2.9%，最小凹形竖曲线半径为12 000 m，无凸型曲线；终点被交高速公路的主线平面最小圆曲线半径为1 400 m，最大纵坡1.403%，最小凸形竖曲线半径为40 000 m，无凹型曲线。

LK连线平面最小圆曲线半径251 m，最大纵坡4.0%。A、B、E匝道平面最小圆曲线半径120 m，最大纵坡4.0%。C、D、F、G、H匝道平面最小圆曲线半径80 m，最大纵坡4.0%。LK连线采用对向分隔式双车道，路基宽度采用21 m，其余单向双车道路基宽度采用10.5 m。

方案一互通匝道设置桥梁5 845.90 m/9座。

3.2 方案二（图4）

方案二采用相对紧凑的道路技术指标，除LK连线、A匝道采用60 km/h设计速度外，其余匝道均采用50 km/h设计速度，结合交通量、地形、基本农田等因素，采用“起点B形喇叭互通+连线+终点外交叉T形互通”的布置形式，其中，LK匝道下穿主线，G、H匝道上跨资兴高速公路。

LK连线平面最小圆曲线半径251 m，最大纵坡4.0%。A匝道平面最小圆曲线半径190 m，最大纵坡3.95%。B、C、D、E、F、G、H匝道平面最小圆曲线半径80 m，最大纵坡4.0%。LK连线采用对向分隔式双车道，路基宽度采用21 m，其余单向双车道路基宽度采用10.5 m。

方案二设置匝道桥梁4 665 m/13座，设置12 m抗滑桩长度约1 020 m。

3.3 方案三（图5）

方案三采用较高的道路技术指标，除C、D、F匝道采用50 km/h设计速度外，LK连线及A、B、E、G、H匝道均采用60 km/h设计速度，结合交通量、地形、基本农田等因素，采用“起点左转弯迂回T形互通+连线+终点内交叉T形互通”的布置形式，其中，B匝道上跨主线，C匝道下穿主线，G、H匝道上跨资兴高速公路。

LK连线平面最小圆曲线半径251 m，最大纵坡4.0%。A、B、E、G、H匝道平面最小圆曲线半径120 m，最大纵坡4.0%。C、D、F匝道平面最小圆曲线半径80 m，最大纵坡4.0%。

方案三互通匝道设置桥梁6 438.12 m/9座。

三个方案的综合对比如表1所示。

4 立交选型的多指标决策模型

4.1 模糊综合评判方法

基于AHP法，山区枢纽立交选型决策综合指标集为A，详见前页图1，其中i、j表示准则层、指标层的指标数，上、下级评价指标的关系为：Ai={Ai1，Ai2，Ai3，…Aij}，采用标度扩展法构造判断矩阵，比例标度见表2，无须进行一致性检验，排序及权重分布较易获得，易于操作，可提高决策效率［5］。

对山区枢纽立交选型决策综合指标集中的同一级评价指标，根据指标重要性排序，如A1≥A2≥A3…≥An，分析指标Ai与Ai+1的重要性比值，根据指标间重要程度的传递性推算判断矩阵中其他指标的值，步骤如下：

由此计算得到山区枢纽立交选型决策综合指标集A={A1，A2，…，An}对应的权值向量X=（X1，X2，…Xn），根据互通设计成果、地勘、规划条件、交通量等资料，由专家组评分，评价指标按百分制给分，得到山区枢纽立交选型决策综合指标集的评分向量S=（S1，S2，…，Sn）T，基于此，得出山区枢纽立交选型决策的综合评价得分：A=X×S-ni=1（XiSi）。按照以上方法测算各互通方案的综合评价得分，以作为衡量山区高速公路枢纽互通方案优劣的重要反馈，为山区高速公路枢纽互通立交选型提供有益参考。

4.2 综合评价结论

通过深入剖析三个互通方案在立交选型多指标决策模型的评价指标相对权重及专家打分情况，如表3所示。由表3可以发现：

方案一的道路技术指标适中，服务通行能力较强，桥梁建设规模适中，不存在大填大挖的情况，环境影响较小，地质风险较低、建设条件相对较好，且经济指标最优，故其综合评价得分最高，为97.27分。

方案二的起点采用B形喇叭互通方案，其紧邻隧道出口，隧道出口道路纵坡为2.9%，运营安全风险较高。同时，方案二的多处匝道路段存在大填大挖的情况，设置强支护抗滑桩的路段较多，后期运营的地质灾害风险相对较高。方案二的综合评价得分为91.24分。

方案三，其道路技术指标最高，通行能力和服务水平最好，但由于桥梁建设规模较大，经济性不佳，考虑到资源南枢纽的总体交通量情况，部分匝道适当降低速度指标，采用50 km/h的设计速度，亦可以很好满足资源南枢纽的使用需求。方案三的综合评价得分为96.52分。

综合考虑本文山区枢纽立交选型决策的定量化评价结果，推荐资源南枢纽采用方案一“起点左转弯迂回T形互通+连线+终点外交叉T形互通”的布置形式。

5 结语

（1）长期以来，我国设计人员对高速公路的立交选型决策，常采用经济技术指标结合定性评价的方式，对于多个较复杂的互通方案比选时，传统方法往往难以保证评

价结果的科学性与全面性。本文基于多指标决策理论及AHP法，剖析了山区枢纽互通的选型影响因素，给出了评价指标相应的权重分配方法，以专家评判结果为基础，深入分析各种可行方案的优劣性，建立了山区枢纽立交选型方案的定量化评价模型，为各互通方案的比选提供科学有力支撑。

（2）山区枢纽立交选型决策是一个复杂的系统问题。在进一步研究中，可从完善评价指标的构成体系、深化评价指标的评分标准、指标权重分配方法等方面入手，对山区枢纽互通立交选型的定量化评价模型整体架构进行补充与优化。

参考文献

［1］陈攻宇.复杂山区高速公路路线设计方案优化研究：以沿印松高速为例［J］.工程技术研究，2022，7（8）：190-192.

［2］付文高，李士东，曾银平.某高速公路互通立交方案设计优化研究［J］.西部交通科技，2022（7）：91-93.

［3］汤春华.山区高速公路互通式立交设计与选型［J］.交通世界，2019（28）：28-29.

［4］沈强儒.高速公路菱形立交关键部位交通量适应性与技术指标研究［D］.西安：长安大学，2016.

［5］刘健锋，韦勇克，刘远锋，等.基于安全设防等级划分与模糊层次分析的桥梁运营安全评价［J］.公路交通科技，2020，37（10）：107-117.