基于模糊優(yōu)選法的一級(jí)公路與近距離平行的公路鐵路交叉方案比選研究

孫 釗，周 忻,梁洪濤,王 萌

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

0 引言

隨著我國公路路網(wǎng)和鐵路路網(wǎng)密度逐年增大，公路與鐵路交叉問題時(shí)有發(fā)生，交叉方式的選擇直接影響著建設(shè)期的工程造價(jià)以及運(yùn)營(yíng)期的安全問題[1]。

交叉方式可分為平面交叉和立體交叉2種，平面交叉交通轉(zhuǎn)換較為方便，立體交叉運(yùn)營(yíng)安全性較好，交叉方式的選擇由交通量、公路技術(shù)等級(jí)、后期運(yùn)營(yíng)安全性等方面綜合決定[2]。

在同一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)公路與近距離平行的公路、鐵路同時(shí)交叉時(shí)，不僅需要考慮公路與公路之間的交通轉(zhuǎn)換問題，還需要考慮公路與鐵路之間的運(yùn)營(yíng)安全問題。通過工程實(shí)例探討該交叉情況下所需解決的工程問題，以及可以采取的各種工程方案， 并利用模糊優(yōu)選法選擇最優(yōu)方案。

1 工程概況

某項(xiàng)目老路現(xiàn)狀為路基寬12 m的二級(jí)公路，擬擴(kuò)建為路基寬25.5 m的一級(jí)公路。

項(xiàng)目老路自東向西先后與211省道T形平交、長(zhǎng)江埠附屬線鐵路十字平交，211省道與鐵路相互平行，呈南北向，兩者之間水平間距僅40 m。節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀如圖1所示。

擬將項(xiàng)目老路提升為一級(jí)公路，根據(jù)相關(guān)規(guī)范：“一級(jí)公路與鐵路交叉。 必須設(shè)置立體交叉。”[3]，由于211省道與鐵路相距過近，導(dǎo)致此節(jié)點(diǎn)的平交變?yōu)榱⒔粍t老路無法與211省道進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換。

圖1 節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀圖

2 工程相關(guān)問題分析

根據(jù)區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃及交通量預(yù)測(cè)結(jié)果[4]，該工程主要存在以下2個(gè)問題：① 盡管有路網(wǎng)的分流影響，但該交叉口與211省道的交通轉(zhuǎn)換需求仍然很大;② 項(xiàng)目與211省道之間轉(zhuǎn)換的大貨車及拖掛車交通比例較高(見圖2)。

針對(duì)以上2個(gè)問題，首先要解決項(xiàng)目在改為立交后如何與211省道銜接，其次，考慮到與211省道之間轉(zhuǎn)換的大型車較多，在方案選擇時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑需滿足大型車的需求。

圖2 運(yùn)營(yíng)末年交叉口流量流向示意圖

3 方案擬定

結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)情況，擬定出了3種解決方案，分別為改移211省道、互通式立交、橋上環(huán)形立交方案。

3.1 方案1：改移211省道

考慮到211省道西側(cè)為鐵路，該方案將211省道向東改線，改線后與項(xiàng)目平交(見圖3)，改線里程長(zhǎng)1.2 km，拆遷880 m2，新增占地2 667 m2，初步匡算投資約1 572萬元。

調(diào)壓井地層巖性為第四系中更新洪積（Q2pl）低液限黏土，淡紅、棕色、稍濕、硬塑，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，含鈣質(zhì)結(jié)核。圍巖厚度2～36 m，局部地段夾級(jí)配不良砂、卵石混合土層透鏡體，無地下水影響，圍巖土體極不穩(wěn)定，圍巖類別為V類，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)和襯砌。調(diào)壓井橫斷面見圖1。

該方案優(yōu)點(diǎn)為：① 可以優(yōu)化路網(wǎng)布局，211省道原走向由北向南，與項(xiàng)目老路共線向西，而后再折向南，改移后211省道相對(duì)順直，該城市規(guī)劃路

圖3 改移S211省道方案示意圖

網(wǎng)中也考慮將211省道拉直，因此該方案與規(guī)劃路網(wǎng)相適應(yīng)；② 工程規(guī)模小，拆遷工程少。該方案缺點(diǎn)在于西轉(zhuǎn)北方向的車輛需向東行駛約400 m后，再折向北，會(huì)存在一定的繞行。

3.2 方案2：互通式立交

根據(jù)不同互通形式，可將互通式立體交叉方案分為2種(見圖4)。

方案①：設(shè)置A型單喇叭互通，北側(cè)連接211省道。該方案拆遷工程約1 300 m2，新增占地56 667 m2，初步匡算投資4 710萬元。

該方案優(yōu)點(diǎn)是通過設(shè)置互通式立體交叉，可有效解決交通轉(zhuǎn)換問題，且不影響G347主線交通運(yùn)行。缺點(diǎn)是工程規(guī)模相對(duì)較大，新增占地多，且存在一定繞行。

方案②：保持211省道原位不動(dòng)，設(shè)置AB型部分苜蓿葉互通。該方案產(chǎn)生拆遷約6 600 m2，新增占地68 667 m2，初步匡算投資2 980萬元。

該方案優(yōu)點(diǎn)為：① 不存在沖突點(diǎn)，不影響主線交通，能較好解決擁堵問題；② 該互通橋梁規(guī)模較小，相對(duì)造價(jià)較低。其缺點(diǎn)為拆遷量相對(duì)較多。

3.3 方案3：橋上環(huán)形立交

a)方案①

b)方案②

圖5 設(shè)置環(huán)形交叉方案示意圖

該方案優(yōu)點(diǎn)是新增占地較少。缺點(diǎn)為：① 該環(huán)形交叉口距鐵路較近，對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)存在一定安全隱患；② 設(shè)置環(huán)形交叉口，其轉(zhuǎn)彎半徑相對(duì)較小，而本項(xiàng)目大型車通行比例較高；③ 經(jīng)過環(huán)形交叉口處車輛須采用較低速度運(yùn)行，使該路段項(xiàng)目主線通行服務(wù)水平相對(duì)較低。

各方案的工程量和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

3種方案均能解決改立交后所帶來的問題，方案1側(cè)重于優(yōu)化路網(wǎng)布局、控制投資規(guī)模；方案2側(cè)重于解決交通擁堵，滿足交通流；方案3側(cè)重于節(jié)約占地。

表1 各方案工程量及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表方案名稱拆遷 /m2新增占地 /m2造價(jià)/萬元優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案188026 6671 5721、優(yōu)化路網(wǎng)布局;2、規(guī)劃路網(wǎng)相適應(yīng);3、工程規(guī)模小,拆遷工程少存在一定的繞行方案2①1 30056 6674 710有效解決交通流的交通轉(zhuǎn)換問題1、工程規(guī)模相對(duì)較大,新增占地多;2、存在一定繞行②6 60068 6672 9801、有效解決交通流的交通轉(zhuǎn)換問題;2、橋梁規(guī)模要小,相對(duì)造價(jià)較低產(chǎn)生拆遷量相對(duì)較多方案316 2008 0009 653新增占地較少1、該環(huán)形交叉口對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)存在一定的安全隱患;2、拆遷規(guī)模較大,協(xié)調(diào)難度大;3、考慮到經(jīng)過環(huán)形交叉口半徑過小,通行服務(wù)水平相對(duì)較低

4 基于模糊優(yōu)選法的方案選擇

4.1 模糊優(yōu)選法簡(jiǎn)介

模糊優(yōu)選法可以有效地將各指標(biāo)量化處理。它采用“特爾斐(Delphi)法”取得調(diào)查數(shù)據(jù)，然后以“二元對(duì)比權(quán)重分析法”處理調(diào)查數(shù)據(jù)，再通過計(jì)算各方案的貼近度大小，進(jìn)而確定各方案的相對(duì)優(yōu)劣[5]。

貼近度反映了方案與基準(zhǔn)方案的接近程度，只要合理確定基準(zhǔn)方案的指標(biāo)集合，就可根據(jù)貼近度的大小，排出備選方案的優(yōu)先順序。

貼近度計(jì)算式可寫為：

式中:ωj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；aij為模糊向量值，其取值為方案指標(biāo)值與基準(zhǔn)方案指標(biāo)值的比值。

4.2 方案選擇

首先利用“特爾斐(Delphi)法”取得調(diào)查數(shù)據(jù)，再擬定意見征詢表，反復(fù)征詢專家后，計(jì)算得各樣本關(guān)于方案的權(quán)重(見表2)。

表2 各樣本關(guān)于方案選擇的權(quán)重一覽表樣本編號(hào)建設(shè)規(guī)模與工程投資建設(shè)條件與實(shí)施難度對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響解決擁堵能力路網(wǎng)布局地方意見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

根據(jù)計(jì)算所得各指標(biāo)權(quán)重，可分別計(jì)算出該工點(diǎn)3個(gè)方案的相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和貼近度Ne大小，如表3、表4所示。

表3 各方案的各項(xiàng)指標(biāo)值類型建設(shè)規(guī)模與工程投資建設(shè)條件與實(shí)施難度對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)影響解決擁堵能力路網(wǎng)布局地方意見權(quán)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基準(zhǔn)111111

表4 各方案的模糊向量aj與貼近度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

由于貼近度Ne(方案1)0.997>Ne(方案2)0.983>Ne(方案3)0.963，本階段選定方案1為項(xiàng)目的推薦方案，即211省道向東改線。可見，選擇該方案時(shí)更側(cè)重于路網(wǎng)布局的優(yōu)化和投資規(guī)模的控制。

5 結(jié)論

通過工程實(shí)例研究了一級(jí)公路與近距離平行的公路鐵路同時(shí)相交問題，相關(guān)結(jié)論如下：

1)對(duì)于特殊類公鐵交叉問題，通過交通量預(yù)測(cè)分析，可得出該交叉口類型應(yīng)該解決的相關(guān)問題。

2)對(duì)于擬定的3種方案，進(jìn)行了定性分析比較，同時(shí)采用模糊優(yōu)選原理定量化比較，從而得出最佳方案。

3)通過特爾斐(Delphi)法取得調(diào)查數(shù)據(jù)，被征詢的專家根據(jù)特定工程的功能需求、所在地的經(jīng)濟(jì)實(shí)力等方面進(jìn)行了打分，以此確定相應(yīng)權(quán)重。其他類似項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況重新確定權(quán)重、優(yōu)選方案。