山區高速公路互通立交方案優化研究

摘要 為全面提升山區高速公路的行車質量和安全性，文章選取大義互通為實踐案例，深入探索了山區高速公路互通立交方案的優化方案。首先，對大義互通立交的布設影響因素進行了全面分析，緊密結合大義互通的交通量特征，設計了兩種山區高速公路互通的立交方案；然后，通過行車流量與主要技術指標的綜合比選，對兩種方案進行了全面評估和分析；最后，經過比選分析，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出色，且具有較高的可行性。

關鍵詞 山區高速公路；互通立交方案；大義互通

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

0 引言

山區地區高速公路的建設對于促進地方經濟發展、改善交通條件具有重要意義。然而，山區地形復雜多變，給高速公路的互通立交設計帶來了諸多挑戰[1]。如何根據山區地形特點，設計出既滿足交通需求又安全可靠的互通立交方案，成為當前研究的熱點問題。

大義互通作為山區高速公路中的一個重要節點，其設計方案的優劣直接關系整個高速公路系統的運行效率和安全性。傳統的互通立交設計方案往往忽視山區地形的特殊性，導致在實際應用中出現諸多問題，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化研究，具有重要的現實意義和理論價值。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高速公路互通立交的優化方案。通過該方案的應用，增強行車安全性，從而推動山區高速公路建設的可持續發展。

1 山區高速公路互通立交方案研究

1.1 工程概況

鑒于山區高速公路沿線鄉鎮密集且交通條件相對落后，該文專注于為位于大義鄉三灣村的某山區高速公路設計互通立交方案。此互通立交將與X182公路（即江土路，一條設計速度為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）實現無縫銜接。該互通立交的核心功能在于連接大義鄉、沿河鎮及其周邊城鎮，旨在改善這些交通不便的重要鄉鎮的交通狀況，滿足其日益增長的交通轉換需求。通過這一設計，期望能夠有效促進區域交通的流暢性和可達性。

1.2 互通布設的影響因素分析

為保證山區高速公路互通立交的設計質量，該文對這一互通布設的關鍵影響因素展開分析。經分析得知，在該山區布設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連接線與X182平面交叉口的定位起到關鍵作用。此外，X182上接線點周邊的平面與縱斷面設計指標直接關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，設計時應盡量予以避讓，以減少對居民生活的影響。

1.3 交通量預測

在設計山區高速公路互通立交方案之前，應先對交通量進行預測，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，通過交通量預測，可為立交方案設計提供數據支持。OD（Origin-Destination）矩陣是交通規劃與預測的核心工具，反映了不同交通區域之間的交通流動情況[5]。該文基于當地OD調查數據和附近影響區域內的道路交通量觀測數據，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區域到j區域的年平均日交通量Qij：

Qij=Vij·β·γ " " δ " （1）

式（1）中，Vij——OD調查中i區域到j區域的交通量（輛/天）；β——月交通量不均勻系數，用于調整因月份差異導致的交通量波動；γ——周日交通量不均勻系數，用于調整工作日與周末差異導致的交通量波動；δ——OD調查抽樣率倒數，用于將抽樣數據轉換為整體數據。

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

Qij=Qij·（1+ρ）k （2）

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

通過交通量預測，該互通式立交2044年遠期交通量分布可通過圖1表示：

1.4 互通立交的主要技術指標設計

為確保互通立交及其銜接道路的安全、高效與適應性，該文對所研究的大義互通立交的主要技術指標進行了設計，具體設計內容如表1所示：

2 互通立交方案優化設計

2.1 大義互通（方案一）研究

為了避開三灣村建筑密集區域和涌興河，該互通立交設計方案將中心定位于K194+074.533。E匝道在下穿主線后，設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。

在細節設計上，C匝道的減速車道起點距離隧道洞口419.697 m，滿足規范要求的最小凈距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，橋墩布置順應水流方向，減小了橋墩阻水斷面。經過防洪論證，該設計滿足防洪要求。此外，下穿主線的匝道最低設計高程為356.5 m，比設計洪水位355.5 m高出1 m，也符合規范要求，因此下穿方案可行。

該方案的主要優點如下：挖方規模較小，棄方較少；與縣道X182的平交口距離三灣村房屋密集區域相對較遠，對現狀村鎮內交通的影響較小，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形式不利于主流轉向交通，運行安全性較低，服務水平較差；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，匝道設計高程與設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

該互通立交設計方案將中心設于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，橋墩布置順應水流方向，有效減小了橋墩阻水斷面。A匝道在涌興河范圍內的最低設計高程為357.29 m，與設計洪水位355.5 m相差約1.8 m，滿足規范要求。從防洪評價角度看，方案二的跨涌興河橋梁方案最為簡單，且橋墩阻水斷面較小，對涌興河的影響也最小。

該方案的主要優點在于采用了A形單喇叭的形式，運行安全性較高，服務水平也較高。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，挖方規模較大，不利于主線填挖平衡，導致棄方較多；其次，該方案的連接線穿過村落路網和房屋相對密集的區域，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

針對上述設計的兩種山區高速公路互通立交方案，該文通過如下內容對兩者進行比選，以獲取最佳的互通立交方案，實現互通立交優化。

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）進行了詳細的參數設置與仿真操作，以評估其行車可靠性。

（1）參數設置階段。在仿真開始之前，需要設定一系列仿真參數，以確保仿真結果的準確性和可靠性。這些參數包括但不限于車輛類型、交通構成、期望車輛運行速度及仿真時間等。在該仿真中，設計了100輛仿真車輛，并設定了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計圖作為背景插入Vissim軟件中，并調整了圖片的比例以確保其準確性。隨后，根據設計圖建立了相應的路段，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。完成這些設置后，對各路段和連接段進行了詳細的配置，包括車道數量、車道寬度等參數。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。完成參數設置后，單擊菜單中的運行按鈕，Vissim軟件隨即進入仿真狀態。在仿真過程中，可以隨時進行暫停、繼續和終止操作，以便對仿真過程進行實時監控和調整。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方面均表現出一定優勢。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上仍保持較高數量。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 主要技術指標比選

對兩種方案所采用的主要設計指標進行比選，具體比較內容如表3所示：

經全面評估，推薦方案二為施工方案。方案二優化了匝道設計，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，但其適應性強，有利于應對復雜的施工情況。從長遠角度來看，其通行、安全及適應性優勢遠超初期投資，利于地方經濟發展和居民出行改善。相比之下，方案一跨涌興河橋梁設計復雜，施工難度大，需精細設計和施工，考慮水流沖刷等風險，施工環境復雜，可能導致周期延長、成本增加。綜上，方案二綜合考慮了通行、安全、適應性和長遠利益，而方案一復雜性高，不利于工程的順利進行。因此，推薦方案二。

4 結論

該文通過對大義互通交通流量的詳細分析，合理設置匝道的寬度、長度和轉向車道，優化了交通流線，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的合理設置，確保車輛能夠在行駛過程中保持穩定，減少了交通事故的風險。未來，可繼續深化研究，不斷探索更多適用于山區高速公路互通立交的優化策略，為推動高速公路建設事業的持續發展貢獻更多力量。

參考文獻

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