山區(qū)高速公路互通立交方案優(yōu)化研究

摘要 為全面提升山區(qū)高速公路的行車質(zhì)量和安全性，文章選取大義互通為實踐案例，深入探索了山區(qū)高速公路互通立交方案的優(yōu)化方案。首先，對大義互通立交的布設(shè)影響因素進行了全面分析，緊密結(jié)合大義互通的交通量特征，設(shè)計了兩種山區(qū)高速公路互通的立交方案；然后，通過行車流量與主要技術(shù)指標(biāo)的綜合比選，對兩種方案進行了全面評估和分析；最后，經(jīng)過比選分析，選定方案二作為施工方案，該方案在保障行車效果方面表現(xiàn)出色，且具有較高的可行性。

關(guān)鍵詞 山區(qū)高速公路；互通立交方案；大義互通

中圖分類號 U412 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0026-03

0 引言

山區(qū)地區(qū)高速公路的建設(shè)對于促進地方經(jīng)濟發(fā)展、改善交通條件具有重要意義。然而，山區(qū)地形復(fù)雜多變，給高速公路的互通立交設(shè)計帶來了諸多挑戰(zhàn)[1]。如何根據(jù)山區(qū)地形特點，設(shè)計出既滿足交通需求又安全可靠的互通立交方案，成為當(dāng)前研究的熱點問題。

大義互通作為山區(qū)高速公路中的一個重要節(jié)點，其設(shè)計方案的優(yōu)劣直接關(guān)系整個高速公路系統(tǒng)的運行效率和安全性。傳統(tǒng)的互通立交設(shè)計方案往往忽視山區(qū)地形的特殊性，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中出現(xiàn)諸多問題，如施工難度大、行車安全性差等[2]。因此，對大義互通進行方案優(yōu)化研究，具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。為此，該文旨在通過深入分析大義互通的交通流量，提出一套適用于山區(qū)高速公路互通立交的優(yōu)化方案。通過該方案的應(yīng)用，增強行車安全性，從而推動山區(qū)高速公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 山區(qū)高速公路互通立交方案研究

1.1 工程概況

鑒于山區(qū)高速公路沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)密集且交通條件相對落后，該文專注于為位于大義鄉(xiāng)三灣村的某山區(qū)高速公路設(shè)計互通立交方案。此互通立交將與X182公路（即江土路，一條設(shè)計速度為40 km/h的四級公路，路基寬度為6.5 m，采用瀝青混凝土路面）實現(xiàn)無縫銜接。該互通立交的核心功能在于連接大義鄉(xiāng)、沿河鎮(zhèn)及其周邊城鎮(zhèn)，旨在改善這些交通不便的重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)的交通狀況，滿足其日益增長的交通轉(zhuǎn)換需求。通過這一設(shè)計，期望能夠有效促進區(qū)域交通的流暢性和可達(dá)性。

1.2 互通布設(shè)的影響因素分析

為保證山區(qū)高速公路互通立交的設(shè)計質(zhì)量，該文對這一互通布設(shè)的關(guān)鍵影響因素展開分析。經(jīng)分析得知，在該山區(qū)布設(shè)互通立交主要存在以下影響因素：

該項目中，主線與待銜接道路X182的交叉點位于涌興河與八磨頂隧道之間，這一特殊地理位置將顯著影響互通立交的布局設(shè)計，尤其是受到河流流向與隧道洞口位置的雙重制約[3]。主線將通過橋梁上跨X182，橋梁的具體跨越位置對后續(xù)連接線與X182平面交叉口的定位起到關(guān)鍵作用。此外，X182上接線點周邊的平面與縱斷面設(shè)計指標(biāo)直接關(guān)系平交口的運營安全。因此，選擇視線開闊且縱坡平緩的地點進行接線設(shè)計，將更有利于保障交通安全[4]。同時，考慮沿線零星分布的房屋建筑，設(shè)計時應(yīng)盡量予以避讓，以減少對居民生活的影響。

1.3 交通量預(yù)測

在設(shè)計山區(qū)高速公路互通立交方案之前，應(yīng)先對交通量進行預(yù)測，該互通立交的主交通流方向為大義-巴中往來方向，次交通流為大義-廣安往來方向，通過交通量預(yù)測，可為立交方案設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。OD（Origin-Destination）矩陣是交通規(guī)劃與預(yù)測的核心工具，反映了不同交通區(qū)域之間的交通流動情況[5]。該文基于當(dāng)?shù)豋D調(diào)查數(shù)據(jù)和附近影響區(qū)域內(nèi)的道路交通量觀測數(shù)據(jù)，可以推算出基年年平均日交通OD矩陣。推算OD矩陣時，使用式（1）計算i區(qū)域到j(luò)區(qū)域的年平均日交通量Qij：

Qij=Vij·β·γ " " δ " （1）

式（1）中，Vij——OD調(diào)查中i區(qū)域到j(luò)區(qū)域的交通量（輛/天）；β——月交通量不均勻系數(shù)，用于調(diào)整因月份差異導(dǎo)致的交通量波動；γ——周日交通量不均勻系數(shù)，用于調(diào)整工作日與周末差異導(dǎo)致的交通量波動；δ——OD調(diào)查抽樣率倒數(shù)，用于將抽樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整體數(shù)據(jù)。

在得到調(diào)查年的OD矩陣后，需要根據(jù)年和基年的交通增長率調(diào)查推算基年的OD矩陣，可以通過以下公式實現(xiàn)：

Qij=Qij·（1+ρ）k （2）

式（2）中，Qij——交通區(qū)域i到交通區(qū)域j的基年年平均日交通量（輛/天）；ρ——調(diào)查點基年的年平均交通量增長率（%）；k——調(diào)查年至基年的間隔年數(shù)。通過上述公式和步驟，可以基于OD調(diào)查數(shù)據(jù)和道路交通量觀測數(shù)據(jù)推算出基年年平均日交通OD矩陣，并據(jù)此進行交通量預(yù)測，可為山區(qū)高速公路互通立交方案設(shè)計提供重要的數(shù)據(jù)支持。

通過交通量預(yù)測，該互通式立交2044年遠(yuǎn)期交通量分布可通過圖1表示：

1.4 互通立交的主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計

為確?；ネ⒔患捌溷暯拥缆返陌踩⒏咝c適應(yīng)性，該文對所研究的大義互通立交的主要技術(shù)指標(biāo)進行了設(shè)計，具體設(shè)計內(nèi)容如表1所示：

2 互通立交方案優(yōu)化設(shè)計

2.1 大義互通（方案一）研究

為了避開三灣村建筑密集區(qū)域和涌興河，該互通立交設(shè)計方案將中心定位于K194+074.533。E匝道在下穿主線后，設(shè)置了三進三出的匝道收費站，隨后向南通過渠化平交與X182道路銜接。收費站的中心樁號為EK0+490，距離平交口中心約213.462 m。

在細(xì)節(jié)設(shè)計上，C匝道的減速車道起點距離隧道洞口419.697 m，滿足規(guī)范要求的最小凈距400 m；B匝道的加速車道終點距離隧道洞口425 m，也超過了規(guī)范要求的最小凈距100 m。

方案一中，主線紅水河大橋和D匝道橋跨越涌興河，橋墩布置順應(yīng)水流方向，減小了橋墩阻水?dāng)嗝妗＝?jīng)過防洪論證，該設(shè)計滿足防洪要求。此外，下穿主線的匝道最低設(shè)計高程為356.5 m，比設(shè)計洪水位355.5 m高出1 m，也符合規(guī)范要求，因此下穿方案可行。

該方案的主要優(yōu)點如下：挖方規(guī)模較小，棄方較少；與縣道X182的平交口距離三灣村房屋密集區(qū)域相對較遠(yuǎn)，對現(xiàn)狀村鎮(zhèn)內(nèi)交通的影響較小，拆遷量也較少。

然而，該方案也存在一些缺點：首先，B形單喇叭的匝道布設(shè)形式不利于主流轉(zhuǎn)向交通，運行安全性較低，服務(wù)水平較差；其次，該方案沒有連接線，收費站與平交口距離極短，容易造成交通擁堵；此外，下穿匝道與涌興河走向平行且距離較近，匝道設(shè)計高程與設(shè)計的洪水位相差不大，雨季河流漲水可能對其造成影響；最后，從防洪角度來看，下穿匝道的布設(shè)位置對涌興河的影響也較大。

2.2 大義互通（方案二）研究

該互通立交設(shè)計方案將中心設(shè)于K193+593.773，其中A匝道下穿主線，而主線則通過一座3×25 m的跨線橋跨越A匝道。該方案設(shè)有三進三出的匝道收費站，中心樁號為AK0+480。收費站向南依次設(shè)置了簡易平交與渠化平交，分別銜接Y208和X182，兩平交口間距約為200 m，收費站中心距最近的平交口中心為280 m。

在方案二中，主線紅水河大橋和A匝道橋均跨越涌興河，橋墩布置順應(yīng)水流方向，有效減小了橋墩阻水?dāng)嗝妗匝道在涌興河范圍內(nèi)的最低設(shè)計高程為357.29 m，與設(shè)計洪水位355.5 m相差約1.8 m，滿足規(guī)范要求。從防洪評價角度看，方案二的跨涌興河橋梁方案最為簡單，且橋墩阻水?dāng)嗝孑^小，對涌興河的影響也最小。

該方案的主要優(yōu)點在于采用了A形單喇叭的形式，運行安全性較高，服務(wù)水平也較高。同時，連接線較長，不易在收費站與地方路平交口之間造成交通擁堵。此外，該方案對涌興河的影響較小，橋梁規(guī)模相對不大，且方案簡單易于實施。

該方案的缺點如下：首先，挖方規(guī)模較大，不利于主線填挖平衡，導(dǎo)致棄方較多；其次，該方案的連接線穿過村落路網(wǎng)和房屋相對密集的區(qū)域，對地方交通影響較大，拆遷量也較多；最后，連接線與地方路的兩個平交之間距離過近，可能對兩個平交間路段的行車順暢性造成較大影響。

3 互通立交比選分析

針對上述設(shè)計的兩種山區(qū)高速公路互通立交方案，該文通過如下內(nèi)容對兩者進行比選，以獲取最佳的互通立交方案，實現(xiàn)互通立交優(yōu)化。

3.1 行車流量比選

采用Vissim交通仿真軟件對兩種互通立交方案的行車流量進行對比分析。在進行交通仿真分析前，利用Vissim軟件對兩種互通立交方案（方案一與方案二）進行了詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置與仿真操作，以評估其行車可靠性。

（1）參數(shù)設(shè)置階段。在仿真開始之前，需要設(shè)定一系列仿真參數(shù)，以確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。這些參數(shù)包括但不限于車輛類型、交通構(gòu)成、期望車輛運行速度及仿真時間等。在該仿真中，設(shè)計了100輛仿真車輛，并設(shè)定了600 s的仿真時間。為了更直觀地展示仿真過程，將方案一和方案二的平面設(shè)計圖作為背景插入Vissim軟件中，并調(diào)整了圖片的比例以確保其準(zhǔn)確性。隨后，根據(jù)設(shè)計圖建立了相應(yīng)的路段，使這些路段與A匝道的線形相吻合。對于中間的平曲線部分，采用連接段進行了擬合，以盡可能還原實際的線形。完成這些設(shè)置后，對各路段和連接段進行了詳細(xì)的配置，包括車道數(shù)量、車道寬度等參數(shù)。最后，針對A匝道的兩個方向車道分別進行仿真分析。

（2）仿真操作階段。完成參數(shù)設(shè)置后，單擊菜單中的運行按鈕，Vissim軟件隨即進入仿真狀態(tài)。在仿真過程中，可以隨時進行暫停、繼續(xù)和終止操作，以便對仿真過程進行實時監(jiān)控和調(diào)整。通過這一系列的仿真操作，能夠直觀地觀察到兩種互通立交方案在行車流量方面的差異，從而對其可靠性進行準(zhǔn)確的評估。具體來說，對A匝道兩個方向車道行車流量情況的分析結(jié)果如表2所示：

在駛向主線的各個位置（起點、中點、終點）上，方案二相較于方案一在平均速度和通過車輛數(shù)方面均表現(xiàn)出一定優(yōu)勢。特別是在駛向主線終點時，方案二的平均速度為45.4 km/h，明顯高于方案一的42.3 km/h，這表明方案二在提升車輛通行效率方面表現(xiàn)更佳，能夠更好地滿足交通需求。

在駛離主線的各個位置上，方案二在通過車輛數(shù)上仍保持較高數(shù)量。在駛離平均速度方面，方案二為31.3 km/h，高于方案一的29.9 km/h。這同樣表明方案二在車輛駛離主線時的通行效率更高，能夠減少交通擁堵和延誤。在提升交通流量和平均速度方面，方案二相較于方案一也具有更明顯的優(yōu)勢。因此，從交通效率和通行能力的角度來看，方案二是一個更好的選擇。

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)比選

對兩種方案所采用的主要設(shè)計指標(biāo)進行比選，具體比較內(nèi)容如表3所示：

經(jīng)全面評估，推薦方案二為施工方案。方案二優(yōu)化了匝道設(shè)計，提升了通行能力，尤其在高峰時段可減少擁堵。同時，增加了匝道橋數(shù)量和長度，提高了道路安全性。雖然在土石方、拆遷和占地等方面有所增加，但其適應(yīng)性強，有利于應(yīng)對復(fù)雜的施工情況。從長遠(yuǎn)角度來看，其通行、安全及適應(yīng)性優(yōu)勢遠(yuǎn)超初期投資，利于地方經(jīng)濟發(fā)展和居民出行改善。相比之下，方案一跨涌興河橋梁設(shè)計復(fù)雜，施工難度大，需精細(xì)設(shè)計和施工，考慮水流沖刷等風(fēng)險，施工環(huán)境復(fù)雜，可能導(dǎo)致周期延長、成本增加。綜上，方案二綜合考慮了通行、安全、適應(yīng)性和長遠(yuǎn)利益，而方案一復(fù)雜性高，不利于工程的順利進行。因此，推薦方案二。

4 結(jié)論

該文通過對大義互通交通流量的詳細(xì)分析，合理設(shè)置匝道的寬度、長度和轉(zhuǎn)向車道，優(yōu)化了交通流線，從而提高了整體交通效率。同時，特別注重了匝道的縱坡、曲率半徑等安全參數(shù)的合理設(shè)置，確保車輛能夠在行駛過程中保持穩(wěn)定，減少了交通事故的風(fēng)險。未來，可繼續(xù)深化研究，不斷探索更多適用于山區(qū)高速公路互通立交的優(yōu)化策略，為推動高速公路建設(shè)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展貢獻更多力量。

參考文獻

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