（道路与铁道工程专业论文）适于山区地形立交选型探讨与研究.pdf

jp i i ii ii iii iii ii i1i ii il y 19 0 2 2 2 0 重庆交通大学学位论文原创性声明 ： 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：丁功u 日期：7 卅年吻月( 媚 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中 国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人 保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论支作者签名：了一刁b 指导教师签名：孑气、喜k 乳眵 日期：踟( 年印月f 汨 日期：扣，f 年 年月 伊 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程 规定享受相关权益。 学位论文作者签名：_ f 汐沪 - ，一一1 日期：f f 年印月( q 日 指导教师签名：撕 日期：扣f f 年 妒月仰日 摘要 我国山区高速公路的修建已有近二十余年的历史，目前正处在建设的高峰期。 山区高速公路互通式立交设计基本上还是套用了平原区互通式立交设计的模式， 并没有结合山区地形、地质条件等方面作全面、认真、仔细的分析与研究。从国 内情况来看，目前尚无统一的指导山区立交设计的技术指南和规范，尤其是在立 交选型上设计随意性大，规范性差，山区互通式立交选型中许多关键性问题尚需 进一步研究。 本文分析了山区立交常用的立交型式，以及山区地形，并对山区不同地形单 元：单坡地形、双坡山沟地形、沿溪地形、山间台地地形、组合型地形进行研究， 对不同地形单元与立交型式进行适应性分析。 在山区立交位置确定原则的要求下，根据交通区位论中影响线的方法对立交 位置进行定量分析，给山区立交位置的确定提供方法选择；然后在立交选型原则 的要求下，结合山区立交选型影响因素建立了山区立交选型体系。 分析我国山区立交选型常用的方法，以及他们各自的优点和不足，提出本文 山区立交选型的方法：模糊综合评价法。在综合研究目前立交方案的评价方法存 在的问题以及参考大量的国内外的立交方案评价文献的基础上，建立了山区立交 方案选择的评价指标体系，并对立交方案的评价指标进行了定义和分析，运用模 糊综合评价法进行山区立交方案选择。 最后以成渝高速公路复线上的璧山互通立交为实例对本文建立的山区立交评 价体系进行了验证。 关键词：山区地形；互通式立交；选型；适应性；模糊综合评价 a b s t r a c t t h ec o n s t r u c t i o no fm o u n t a i nh i g h w a yi sm o r et h a nt e ny e a r sw h i c hi sn o wi nt h e p e a l 【p e r i o do fc o n s t r u c t i o n a tt h i ss t a g e ，t h ei n t e r c h a n g ed e s i g no fm o u n t a i n o u s h i g h w a yi sb a s i c a l l ya p p l i e dt ot h em o d e lo fd e s i g no f t h ep l a i ni n t e r c h a n g e ，t h e r ei sn o c o m b i n a t i o no fm o u n t a i n o u st e r r a i n , g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，a n dac o m p r e h e n s i v e ， s e r i o u sa n dc a r e f u l a n a l y s i s a n d r e s e a r c h j u d i n gf r o mt h e d o m e s t i cv i e w , t h e i n t e r c h a n g ed e s i g no fm o u n t a i nr e g i o ni sc u r r e n t l yn ou n i f i e dt e c h n i c a lg u i d e l i n e sa n d s p e c i f i c a t i o n s ，e s p e c i a l l yi nt h es e l e c t i o no fi n t e r c h a n g ep r o g r a m ，w h i c hi sa r b i t r a r ya n d p o o rs p e c i f i c a t i o n ，s ot h e r ea r em a n yk e yi s s u e so fs e l e c t i o no fi n t e r c h a n g ep r o g r a ms t i l l n e e d e dt ob ef u r t h e rs h u d i e d i nt h i sp a p e r ，ia n a l y z e st h ec o n d i t i o n so fm o u n t a i ni n t e r c h a n g el a y o u t ，c o m m o n t y p eo fm o u n t a i ni n t e r c h a n g e ，t h em o u n t a i n o u st e r r a i n ，a n ds t u d yd i f f e r e n tu n i t si n m o u n t a i n o u st e r r a i n ，w h i c ha r es i n g l e s l o p et e r r a i n , d u a ls l o p ev a l l e yt e r r a i n ，b r o o k t e r r a i n ，t e r r a c e dm o u n t a i nt e r r a i n ，a n dt h ec o m b i n a t i o nt e r r a i n a tt h e r e q u e s to ft h ep r i n c i p l e s f o r d e t e r m i n i n gt h e l o c a t i o no fm o u n t a i n i n t e r c h a n g e ，a c c o r d d i n gt ot h et h em e t h o do f i n f l u e n c el i n e so nt r a f f i cl o c a t i o nt h e o r y ，i n t h i sp a p e r ，ip r o v i d ea w a y t od e t e r m i n et h ec h o i c eo fi n t e r c h a n g el o c a t i o n ，a n dt h e na t t h er e q u e r s to fp r i n c i p l e so fi n t e r c h a n g es e l e c t i o nr e q u i r e m e n t se s t a b l i s ht h em o u n t a i n i n t e r c h a n g es e l e c t i o ns y s t e m s ，c o m b i n e dt ot h e f a c t o r so fm o u n t a i ni n t e r c h a n g e p r o g r a m a f t e rt h ea n a l y s i so ft h ec o m m o n l yu s e dm e t h o do fs e l e c t i o no fm o u n t a i n i n t e r c h a n g e ，a n dt h e i rr e s p e c t i v es t r e n g t h sa n dw e a k n e s s e s ，i n t h i sp a p e rip r o p o s e dt h e m e t h o do f s e l e c t i o no f m o u n t a i ni n t e r c h a n g e ： f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n o nt h e b a s i so fc o m p r e h e n s i v es t u d yt oe v a l u a t et h ei n t e r c h a n g ep r o g r a ma n d r e f e r r i n gt oal a r g en u m b e ro fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a li n t e r c h a n g ep r o g r a m e v a l u a t i o n ，ie s t a b l i s h t h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fm o u n t a i ni n t e r c h a n g e，a n d i n t e r c h a n g e e v a l u a t i o n p r o g r a m a l ed e f i n e da n d a n a l y z e d ，a t l a s tu s e f u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt os e l e c tt h ei n t e r c h a n g ep r o g r a m a tl a s ta sb i s h a ni n t e r c h a n g ef r o mc h e n g d u - c h o n g q i n gs e c o n de x p r e s s w a ya n e x a m p l e ，t h ee v a l u a t i o ns y s t e mo fm o u n t a i ni n t e r c h a n g es e l e c t i o nw a sv e r i f i e d k e yw o r d s ：m o u n t a i n o u s t e r r a i n ；i n t e r c h a n g e ； c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 研究目的和意义1 1 3 国内外研究状况2 1 3 1 国内外立交的发展2 1 3 2 国内外立交型式研究5 1 4 研究内容8 第二章山区立交类型及地形分析9 2 1 山区立交设置条件9 2 2 山区立交特点9 2 3 山区互通式立交常用型式1 0 2 3 1 互通立体交叉的分类1 0 2 3 2 山区互通立交的常用型式1 0 2 4 山区地形分析1 7 2 4 1 山区地形特点1 7 2 4 2 山区立交地形探讨1 7 第三章山区立交位置、型式选择2 2 3 1 山区立交定位、选型原则2 2 3 2 山区立交位置研究2 9 3 2 1 山区立交位置影响因素2 9 3 2 2 山区立交位置确定方法3 1 3 3 山区立交类型选择研究3 4 3 3 1 山区立交选型原则3 4 3 3 2 山区立交选型影响因素3 5 3 3 3 山区立交选型体系3 7 第四章山区互通立交方案评价3 9 4 1 山区立交方案评价指标体系的构建3 9 4 2 评价指标的量化方法4 0 4 3 评价体系内容及量化4 2 4 3 1 功能指标4 2 4 3 2 安全性指标4 4 4 3 3 技术指标4 7 4 3 4 经济指标4 9 4 3 5 山区地形适应性指标5 0 4 4 评价方法5 1 4 4 1 评价方法简介5 l 4 4 2 模糊综合评价法5 4 第五章实例应用5 7 5 1 实例介绍5 7 5 2 立交方案综合评价5 8 5 2 1 确定权重一5 8 5 2 2 指标量化6 0 5 2 3 方案评价6 0 第六章结论6 3 6 1 研究成果6 3 6 2 论文不足及展望6 3 致谢6 4 参考文献6 5 在学期间发表的论著及取得的科研成果6 7 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近几年我国高等级公路的建设突飞猛进，正以较大的规模延伸至广大的山区， 并呈现出地形起伏越来越大，地质条件愈来愈复杂的趋势n 1 。随着我国公路网规划 的不断完善和公路建设的迅速发展，道路交叉会更加频繁、复杂，必将会修建更 多的立体交叉，以实现道路之间的连接和车辆的转换。目前我国对于平原地区及 城市道路的立体交叉的形式研究得较多，也较全面，在生产实践中也得到广泛的应 用。但山区公路立交的建设无论是从建设规模，设计标准，还是交通安全等方面 来考虑，较平原区的立体交叉都有更多的技术问题需要解决。 我国现阶段的山区高速公路互通式立交设计基本上还是套用了平原区互通式 立交设计模式，并没有结合山区地形、地质条件等方面作全面、认真、仔细的分 析与研究。面对山区独特复杂的自然条件，建设者和设计者在建设方针和设计指 导思想上的准备显然不够充分，仍然采用平原区安全、快速、经济的设计思想， 强调较高的技术标准，使得路基填挖高度增大，出现大量的高填深挖路段，不仅 严重破坏区域的自然环境，影响公路景观，而且容易诱发地质灾害，直接影响道 路的正常运营乜】。所以，山区复杂的自然环境给山区立交的选型定位提出了更高的 要求，设计中技术标准的掌握、路线方案的选择、技术指标的运用、工程方案的 拟定均与山区独特的自然环境，尤其是与生态环境息息相关。因此，本课题基于 山区特有的地理形态，通过理论分析，选择出适合于山区地形条件下的最佳立交 型式为目标。 1 2 研究目的和意义 目前世界上互通式立体交叉的形式有1 0 0 0 余种，类型多、形式复杂。最普遍 采用的有单喇叭形、菱形、环形、部分苜蓿叶形、完全苜蓿叶形和定向型立交等口1 。 互通式立交是高速公路的重要出入口和车辆转换的重要枢纽，它是受区位条件、 道路条件、环境条件、桥跨条件、社会及自然条件等综合因素控制的复杂特殊结 构物。特别在山区高速公路上，受地形、地质、水文等条件的约束，立交方案选 型灵活多变，设计的复杂性和难度比平原区更大。布设不当，要么立交等级过低， 未能满足交通功能的要求，改造又较困难，不能从根本上解决交通拥挤的问题； 要么标准过高，工程数量和拆迁面积过大，造成资金浪费。互通立交方案设计在 满足交通功能的情况下应扩展思路，不拘泥于套用某种立交的固定型式，应根据 地形灵活布置立交线形。立交的规模既不要过分地追求大而全，造成投资的增加， 2 第一章绪论 同时严重破坏环境，也不能因为过分地迁就于山区地形条件而降低技术标准和等 级，进而影响立交功能的正常发挥。如果直接采用标准的互通立交型式，在山区 互通立交中可能会出现部分匝道的工程量较大，同时不可避免的出现高填深挖和 匝道的土石方工程集中，占地规模大和不利于环境保护。因此在山区互通立交设 计中在满足互通立交功能的条件下，根据地形条件确定互通立交型式和布设匝道 线形是非常重要的。 近几年以来，随着我国西部地区高速公路的迅速发展，立交建设十分迅猛， 但很多立交的选型和设计都是参照平原区立交的设计方法和技术进行，立交设计 和建成后的适用性、技术合理性、工程经济性、行车安全性均需调查、分析、研 究、总结。山区立交是一个比较复杂的完整体系，本论文旨在对已建成和设计的 山区高速公路立交进行全面深入的调研和技术总结，结合立交的发展现状，参考 山区立交基本型式及其特点进行分析总结，在立交功能性、安全性、技术和经济 性等指标的基础上，建立山区立交方案评价体系，为以后我国山区立交选型提供 理论基础。 1 3 国内外研究状况 在道路发展早期，由于交通量和行车速度都不大，道路交叉采用平面交叉就 能满足交通的需求。随着社会经济的增长，促进了汽车工业的迅猛发展，道路交 通运输量不断增长，汽车行车速度不断提高，平面交叉已经不能满足行车快速、 安全、畅通的要求，交叉口交通流线的冲突点，给交通带来了很大的安全隐患。 要保证车辆大量、快速、安全地通过交叉口，根本的途径就是运用一种使交通流 线在空间上实行分离的新交叉形式一立体交叉。互通式立体交叉是利用跨线构造 物使两条道路在不同平面上相互交叉，并设置匝道将上、下道路连接起来，以供 转弯车辆行驶的交叉方式。相对于平面交叉，立交具有通行能力大、行车速度高、 时间延误小和安全性好等优点。道路立体交叉的发展是一个从构想到现实，从平 面到空间，发源于城市，发展于高速公路的逐步演变的过程。 1 3 1 国内外立交的发展 国外立交的发展 早在上世纪2 0 年代，美国就开始修建立体交叉。1 9 2 8 年美国在新泽西州的两 条道路交叉处修建了第一座公路立体交叉，( 如图1 1 所示) 。该立体交叉为全苜 蓿叶式，平均每昼夜通过的交通量达到6 25 0 0 辆，高峰小时交通量达60 7 4 辆。 1 9 3 0 年又在芝加哥建成了第一座拱式立体交叉。到1 9 3 6 年已建成1 2 5 座立体交叉。 随后，为适应交通量日益增长的需要，美国在洛杉矶建成第一座四层半定向式立 第一章绪论 3 体交叉，是立体交叉开始向多层定向型方向发展，( 如图1 2 所示) 。该立交第一、 三层分别为两对左转匝道，第二、四层为直行车道。最上层高出地面1 4 4 m ，最 下层低于地面6 6 m 。正线计算行车速度为9 6 k m h ，匝道计算行车速度为5 5 k m l l ， 每昼夜通过的交通量达到7 5 0 0 0 - - - 1 0 0 0 0 0 辆，耗资约2 8 0 万美元【4 】。 图1 1 第一座立交图1 2 四层半定向式立交 f i g u r e1 1t h ef i r s ti n t e r c h a n g ef i g u r e1 2f o u rl a y e r s s e m i s t e r e o s p c i f i ci n t e r c h a n g e 1 9 3 1 - - 1 9 3 5 年，瑞典在斯德哥尔摩建成了著名的斯鲁先立体交叉，该立交采 用了3 个小环道的部分苜蓿叶式立体交叉解决交通问题。 德国，自第二次世界大战之前即开始修建高速公路，战后继续修建，其标准 和质量之高是举世闻名的。由于高速公路是不收费的，因此，从1 9 3 5 年开始修建 了大量苜蓿叶式或部分苜蓿叶式立体交叉，这种立交只需修建一座跨线构造物， 匝道可以利用土石方来填筑，降低了造价，而且适宜于分期修建，使部分苜蓿叶 式立交易于改建为全苜蓿叶式立体交叉。例如德国a 6 高速公路上有2 0 多座立交， 几乎全是苜蓿叶式。图1 3 为德国a 6 和a 8 1 高速公路相交处的部分苜蓿叶加定 向匝道式立交，设有集散车道，整个立交布置紧凑，线形十分流畅。 4 第一章绪论 a 81 a 6 图1 3 部分苜蓿叶加定向式立交 f i g u r e1 3p a r t i a lc l o v e r l e a fa d d e dd i r e c t i o n a lr a m pi n t e r c h a n g e 1 9 3 6 年，加拿大在安大略别尔里格顿附近的公路上建成第一座三路喇叭式立 交，( 如图1 4 所示) 。1 9 3 7 年在克列奇特港城附近的米德尔一鲁乌德公路与1 0 号 干线公路相交处修建了一座全苜蓿叶式立体交叉。1 9 3 8 年又在阿尔里格顿城附近 建成第一座四路环形立体交叉，( 如图1 5 所示) ，上跨铁路。 图1 4 三路喇叭式立交 f i g u r e1 4t h r e er o a dh o mi n t e r c h a n g e 图1 5 四路环形立交 f i g u r e1 5f o u r r o a da n n u l a ri n t e r c h a n g e 二次世界大战后，随着汽车保有量的急剧增加，人类活动时空观的转变，要 求运输方式的快速化，使高速公路应运而生。由于传统的平面交叉已不能适应高 速公路交通特性的要求，代之而起的是空间立体交叉的交通分配模式。上世纪5 0 年代中期开始，美、英、法、德和日本等国开始大量修建高速公路，立体交叉向 多层化方向发展。进入6 0 年代，澳大利亚、西班牙、墨西哥、加拿大、捷克斯洛 伐克、南斯拉夫以及一些发展中国家也加入了大量修建立体交叉的行列。到目前， 第一章绪论 5 各国陆续修建了大量的立体交叉，并逐步地形成了不同的特色和风格。比如，美 国国土辽阔，立交型式众多；日本国土狭窄，近7 0 的立交型式是喇叭形或组合 喇叭形；英国则以环形立交为主，特别是小环岛立交。 国内立交的发展 我国修建立体交叉起步较晚，首先从解决城市道路交叉口的交通问题开始的。 1 9 5 5 年，武汉在滨江路上建成第一座部分苜蓿叶式立体交叉。1 9 5 6 年，北京开始 在京密引水工程滨河路上修建三座部分苜蓿叶式立体交叉。1 9 6 4 年，广州市在大 北路建成第一座双层环形立体交叉，该立交在1 9 6 4 年又改建为三层环形立体交叉。 从上世纪7 0 年代初开始，北京市在二环路上先后修建了十几座立体交叉。例 如，西直门三层环形立交，下层为二环路直行机动车道，中层供行人与非机动车 行驶，上层供相交道路直行车辆及所有转弯车辆行驶。另外，二环路上的建国门 立交和复兴门立交均为全苜蓿叶式，其中，建国门为三层长条全苜蓿叶式立交， 机动车与非机动车在不同标高的平面上行驶。 进入8 0 年代后，随着我国改革开放政策的步步深入，经济的快速增长，全国， 各地纷纷修建高速道路和环城高速公路。1 9 8 4 年1 2 月动工、1 9 8 8 年1 0 月建成通 车的沪嘉高速公路，是我国大陆第一条最早建成通车的高速公路。1 9 8 4 年6 月动 工、1 9 9 0 年8 月建成通车的沈大高速公路，长3 7 5 k m ，为当时我国大陆第一条最 长的高速公路。此后，北京、天津、广州、沈阳、南京、上海、西安等城市，为 了改善城市交通，修建了许多全立交或部分立交的环城高速公路；为了改善一些 交通量大、阻塞严重的交叉口的交通问题，也都修建了立体交叉。例如，沈大高 速公路设有2 5 座立体交叉，天津市中环路全长3 4 4 9 k m ，设置了8 座立体交叉， 广州环城路全长7 3 k m ，设了3 座立体交叉。 1 9 9 8 年，中央决定实施积极的财政政策，采取加快基础设施建设的决策，我 国高速公路建设进入了一个前所未有的迅猛发展时期，年均通车里程超过4 0 0 0 公 里。截至2 0 1 0 年底，我国高速公路通车里程已达到7 4 万公里。作为高速公路上 重要的转换节点，立交的建设发展也非常的迅速。目前我国山区高速公路，基本 上采用喇叭型、y 型、定向式，部分采用菱形、苜蓿叶或部分苜蓿叶形、或者采 用这些型式相互组合或者与平交组合型。 1 3 2 国内外立交型式研究 国外立交型式研究 随着各种形式立交的修建，国外发达国家立交的规划、设计理论也日趋成熟， 对于立交设计中的交通量预测，匝道通行能力分析等交通条件都作了大量的研究 工作，并形成了相对完整的理论体系。美国运输研究院( t r b ) 编写的“h i g h w a y 6 第一章绪论 c a p a c i t ym a n u a l ( h c m ) 相继出了三个版本，1 9 9 4 年又推出了新的修订版，对立 交匝道端部的通行能力分析方法作了大幅度的修正，成为国际上公认的一本有关 道路通行能力与服务水平分析的权威性手册【5 1 。在新的立交设计和施工中提供了指 导性意见。公路设计灵活性( f l e x i b i l i t yi nh i g h w a yd e s i g n ，美国联邦公路管理 局，1 9 9 6 ) 突出介绍了许多成功的工程实例，这些实例不仅满足绿皮书的设计要求， 保证了安全性和出行需求，而且通过灵活设计很好的保护了环境和文化资源【6 】。 ，n l ed e s i g no f m a j o ri n t e r c h a n g e s ) ) 介绍了互通立交的设计方法及评估办法，并结 合实例进行说明，其中比较详细介绍了匝道主线分合流时的设计注意点，对互通 立交设计有较大的帮助。现在，美国在立交分类选型方面的研究重点已经放在对 匝道优先通行权上，然后再考虑定向匝道的选用等技术问题。 德国近来在立交设计方面更注重立交细部线形的设计，比如视线的诱导等， 而这往往与立交的选型是紧密相联的。 日本曾经对业已建成或选定型式的4 4 7 处高速公路互通式立交作过统计： 1 ) 主线立交与交叉线上立交组合型1 1 2 处，占总数2 5 ，其中：双喇叭型 8 2 处，占1 8 3 ；喇叭型与y 型组合7 处，占1 6 ；喇叭型与苜蓿叶或其他型组 合1 3 处，占2 9 ；y 型与喇叭型组合5 处，占1 1 ；y 型与y 型或其他型组合5 处，占1 1 。 2 ) 主线立交与交叉线上平交组合型2 9 5 处，占总数6 6 ，其中：喇叭型与平 交型组合2 2 1 处，占4 9 4 ；y 型与平交型组合3 7 处，占8 3 ；菱型与平交型组 合3 6 处，占8 1 ；部分苜蓿叶型与平交型组合1 处，占0 2 。 3 ) 其他非组合型4 0 处，占总数9 。 4 ) 主线上：喇叭型3 2 3 处，占7 2 3 ；y 型4 7 处，占1 0 5 ；菱型3 6 处， 占8 1 ；部分苜蓿叶型1 处，占0 2 ；其它非组合型4 0 处，占9 。 5 ) 交叉线上：平交型2 9 5 处，占6 6 ；喇叭型8 7 处，占1 9 5 ；y 型1 2 处，占2 7 ；苜蓿叶或其他型立交1 3 处，占2 9 ，其他非组合型4 0 处，占9 。 上述资料表明，主线上多数采用喇叭型，少量采用y 型和菱型互通立交，其 他型式很少；交叉线上绝大多数采用平交型。少量采用y 型、苜蓿叶或其他型。 从上述统计数据不难看出，日本高速公路立交选型是本着在确保主线交通、 安全需要条件下，尽量采用较优的常用的几种互通式立交型式。对于交叉线，则 根据其不同性质、等级、交通量，因地制宜地选用符合实际需要的不同型式。尤 其突出地采用了大量( 2 9 5 座，占总数6 6 ) 平交型。由此也说明，日本设计人员在 选型时，在满足交通、安全需要前提下，很注意节省工程投资和少占土地，这些 做法，对我国高速公路互通立交选型很有参考意义。 第一章绪论 7 国内立交型式研究 我国高速公路起步较晚，尚未形成符合我国国情的一套完整的互通理论设计 体系，大部分互通立交基本参照国外互通的有关标准、范进行设计，并不完全符 合我国道路交通条件。但是国内各专家学者不懈努力，借鉴大量国外研究经验和 资料，也取得了一些研究成果： 1 9 9 5 年徐家钰，程家驹在编著的道路工程中研究了立体交叉设置的技术 条件。该书中主要从相交道路等级、交叉口的交通量、地形以及道路与铁路的交 叉这几个方面来研究立体交叉的设置条件f 8 】。 1 9 9 6 年辽宁省交通勘测设计院曲向进对互通式立体交叉匝道终点设计所必须 注意的几个主要问题进行了论述，并对日本、美国在互通式立体交叉设计中采用 的相应规范值进行了分析【9 j 。 1 9 9 8 年云南省公路规划勘察设计院吴华金分析总结喇叭型互通式立体交叉内 环匝道的设计特点，推导出内环匝道导线线路的计算公式【l 们。 1 9 9 9 年，凌九忠对立体交叉设置的条件进行了比较系统的研究，从社会、交 通、自然、环境和技术等条件研究了立体交叉的设置条件。他结合相交道路的性 质、相交道路的交通量、出入交通量、相交道路的功能、人口密度、合理间距、 互通式立交的功能、经济效益、分期建设规划等这些因素对立体交叉的设置条件 进行了讨论i l 。 2 0 0 1 年吴国雄、李方在互通式立体交叉设计范例一书主要叙述立交规划 设计的主要内容、基本原理、方法和步骤并结合专业软件演示立交的平纵横及三t 维模型设计【1 2 】。 2 0 0 4 年福建省交通规划设计院刘秋江针对已建成山区高速公路互通式立交出 现的问题，提出了对山区高速公路互通式立体交叉设计优化的看法和建议【1 3 1 。 赵竹莹、王剑峰在山区高速公路互通式立交设计要点一文中提出山区立 交选型应综合考虑地形、地貌、地质、预测交通量、道路功能以及被交叉路等级、 交通量状况等多种因素，使互通立交的布局更加合理，符合美观、实用、经济、 安全等要求，进而达到与周围景观相协调、节约用地、降低造价的目的，给出山 区立交选型的原则： 1 ) 选型应满足路网规划的要求； 2 ) 选型要与地形、地物、地质相适应； 3 ) 选型要与工程实施紧密结合； 4 ) 因地制宜，树立立交型式多样化的观点； 5 ) 选型要与自然景观协调【1 4 】。 总的来说，不管是国内还是国外对于山区立交选型技术研究都不够具体，而 8 第一章绪论 且能够适用于我国山区条件的不多，因此山区立交选型设计还有待于进一步的研 究。 1 4 研究内容 本文研究内容如下： 分析山区立交常用类型，及山区立交所处的地形，探讨山区不同地形单元 的特征，并结合具体工程实例说明山区立交中不同型式的立交对不同山区地形的 适应性。 分析山区立交定位、选型的原则及影响因素，运用定性与定量的方法对立 交位置及型式的选择，提出具体解决的方法，并对山区立交位置的选择运用交通 区位论的方法做出了定量分析，为山区立交位置选择提供参考；分析山区立交选 型的影响因素，建立山区立交选型的体系。 建立山区立交方案选择的评价指标体系，分析现有评价方法的不足，运用 模糊综合评价法进行山区立交方案选择，并结合实例证明该方法的可行性。 第二章山区立交类型及地形分析 9 第二章山区立交类型及地形分析 2 1 山区立交设置条件 高速公路间、或高速公路与具有干线功能的一级公路间、或具有干线功能的 一级公路间的互通式立体交叉，应作为枢纽互通式立体交叉设计。高速公路、一 级公路间及其与其他公路相交的互通式立体交叉可作为一般互通式立体交叉设 计。符合下列条件之一者应设置互通式立体交叉： 高速公路间及其与一级公路相交处； 高速公路、一级公路与通往县级以上城市、重要的政治或经济中心的主要 公路相交处； 高速公路、一级公路与通往重要工矿区、港口、机场、车站和游览胜地等 主要公路相交处； 高速公路与通往重要交通源的公路相交而使该公路成为其支线时； 两条具有干线功能的一级公路相交时； 一 一级公路上，当平面交叉的通行能力不能满足需要或出现频繁的交通事故 时； 由于地形或场地条件等原因设置互通式立体交叉的综合效益大于设置平 面交叉时n 翻。 2 2 山区立交特点 随着国民经济和交通运输事业的持续发展，我国的高等级公路的建设突飞猛 进，正以较大的规模延伸至广大的山区，并呈现出地形起伏越来越大，地质条件 愈来愈复杂的趋势。在建设山区高速公路的时候应特别注意山区独特的地形地质、 水文、生态、气候等问题。山区高速公路的建设无论是从建设规模，设计标准， 桥隧设计，还是交通安全等方面来考虑，都较平原区的高速公路都有更多的技术 问题需要解决。 山区高速公路互通式立交在场地条件、交通分布等方面不同于平原微丘地区， 其特点如下： 地形水文条件复杂，布设互通立交的场地条件常常受到严格限制。 山区的地形和水文约束条件多，而且山区土地资源又比较紧张，立交布置时 应尽量少占耕地，但一旦线位往地形复杂的地方移动，会造成工程量增大，增加 立交造价，同时对环境的破坏也增加，这就使得匝道的线形标准降低，技术指标 值一般不高。 1 0 第二章山区立交类型及地形分析 工程地质条件比较复杂，主线和互通立交区常常发育有不良工程地质病害 等或存在有因施工引发工程病害的潜在因素【l 】。 自然气候条件较为恶劣，由于相对海拔较高，在南方可能会多雨多雾，在 北方和高海拔山区常伴有冰冻积雪，而流出车辆会因各项技术指标的迅速降低造 成对行车安全不利。 除县城以上的城市外，一般交通量都较小，往往会因强调功能、地位、作 用和经济因素等，严重忽视安全性。 主线线位调整余地小，平纵面指标较低，特别是主线的纵面指标往往较低， 给互通立交设计带来困难。 匝道线形标准较低，一般多采用极限值或略高于极限值来控制；受地形条 件或经济因素制约，互通式立交匝道的平纵面线形指标普遍偏低，甚至取用规范 中的极限值。如喇叭形立交匝道纵坡高达5 9 、收费站纵坡超过2 、大纵坡匝道 紧接收费站、最小平曲线半径低于规范要求的一般值等现象时有发生，其结果必 然对行车安全不利，甚至引发安全事故。 基于环境影响山区互通立交类型多、布置形式灵活多变。 为了适应山区环境，山区互通在常见形式的基础上，变换出了很多不同的立 交类型，如螺旋展线型立交；与服务区、停车区、养护区并设构成的综合型立交 以及与高架桥或长大桥梁、隧道等相接而成的约束型立交等。此外，在常见立交 型式的基础上，为了适应地形、地物，山区互通匝道往往采取变异的布置形式。 2 3 山区互通式立交常用型式 2 3 1 互通立体交叉的分类 按相交道路跨越方式 立体交叉可划分为上跨式和下穿式两类。 按交通功能 立体交叉可划分为分离式立体交叉和互通式立体交叉两类。 按相交道路的条数 立体交叉可划分为三路立体交叉，四路立体交叉，多路立体交叉。 按立体交叉的层数 立体交叉可以划分分两层式立体交叉，三层式立体交叉，多层式立体交叉。 按是否收费划分 立体交叉可以划分为收费立体交叉，收费立体交叉。 2 3 2 山区互通立交的常用型式 第二章山区立交类型及地形分析 l l 本文在分析大量文献和总结重庆“二环八射 高速公路互通式立交基础上归 纳出山区互通式立交常用的型式。 喇叭形立交：按主要公路的左转弯出口在跨线构造物之前和之后而分为a 型和b 型两种，如图2 1 和2 2 所示。一般情况下宜采用a 型。因地形、地物的 限制或左转进入主线的交通量远大于左转驶离主线的交通量时，宜采用b 型，但 双车道匝道不应布置为环形匝道。喇叭形立交适用于t 形交叉或收费公路的十字 交叉。双喇叭形互通立体交叉( 如图2 3 ) 适用于匝道上设有收费站的一般互通式立 体交叉。 a 型喇叭立交，环形匝道下穿，直行主要道路上跨。这样，有利于主线上车 辆的行驶，视野开阔，容易判断立体交叉的进出口。当高速车辆由主要道路驶入 次要道路时，可设计较大的转弯半径，有利于交通安全和逐步减速。主要道路的 左转车辆采用半定向匝道，左出右入。次要道路的左转车辆采用半定向匝道，右 出左入。 b 型喇叭立交，直行的主要道路下穿，环形匝道连接于次要道路上跨。次要道 路的左转车辆采用半定向匝道，左出右入。主要道路的左转车辆采用半定向匝道， 右出左入。 图2 1a 型单喇叭立交 f i g u r e2 1t y p eas i n g l et r u m p e ti n t e r c h a n g e 图2 2b 型单喇叭立交 f i g u r e2 1t y p ebs i n g l et r u m p e ti n t e r c h a g n e 图2 3 双喇叭形立交 1 2 第二章山区立交类型及地形分析 f i g u r e2 3d o u b l et r u m p e ti n t e r c h a n g e 双喇叭形立交( 如图2 3 所示) 是由两个单喇叭组合而成，继承了单喇叭立 交的全部优点。在收费方面，只需设置一个收费站就可以解决两条道路的收费问 题。为完全互通式收费立交，通行能力比较大，各转弯行驶方向明确，虽然环形 匝道适应车速不高，但是对于收费公路而言比较合适。 半直连式t 形立交( 如图2 4 所示) 适用于出入交通量相对较少或左转弯速 度较低的枢纽型互通立体交叉。半直连式t 形立交是用半定向型匝道来实现车辆 左转的立交形式。对左转弯车辆能提供较高速度的半定向运行，通行能力较大， 适用于转弯交通量大的情况；在道路一侧空间受到限制时也常采用。该立交形式 需要修建桥梁二处或三处。 图2 4 半直连式t 形立交 f i g u r e2 4h a l fs t r a i g h ti n t e r c h a n g es h a p e dt y p e t y 形立交( 如图2 5 所示) 适用于右转弯速度高，目交通量大的枢纽型互通 立体交叉。从交通运行角度考虑，图2 5b 型的布置比图2 5a 型的为优。 a 型它把立交构筑物集中在一处，成为三层构造物，且用地面积比b 型小。 但当地形条件不利时，b 型匝道纵坡比a 型容易处理。 b 型将两层的立交构造物分设在三处，立交处道路均为单行道，消除了车辆间 的相互干扰。这种型式匝道计算行车速度可达6 0 8 0 k m h ，其出入交通量也很大。 适用于两条高速公路相交。 a 型b 型 图2 5y 形立交 f i g u r e2 5t y p eyi n t e r c h a n g e 第二章山区立交类型及地形分析 1 3 苜蓿叶形立交( 如图2 6 所示) ：适用于左转交通量较小的一般互通立体交叉。 这种立交的最大优点是造价较低，只需一座跨线构造物就能实现左转弯运行，成 为全互通式立交。但因用地的限制，环道式左转匝道的平曲线半径不能太大，因 而行车速度和通行能力受到影响；另外，因跨线桥上、下存在交织路段，限制了 通行能力，多用于高速道路与一般道路或等级较高道路之间相互交叉的立交。因 其形式美观，如果在城市外围的环路上采用，加之适当地绿化，也是较为合适的。 苜蓿叶形立交的环道匝道可以根据山区地形做成圆形、长方形或者扁形，尽量适 应地形条件并减少占地，所以在地形条件受到限制及部分环岛改造时可以派上用 场。 在苜蓿叶形立交中的直行车道旁增辟集散道( 如图2 7 所示) ，可避免转弯车 流的交织对直行车流的干扰，但交织依然存在，因而枢纽式互通立交应尽量避免 采用这种类型。设置了集散车道以后，主线上的直行车辆可以畅行无阻。而由主 线减速进入匝道的车辆与由匝道加速进入主线的车辆之间的交织运行，在集散车 道上完成。同时，集散车道还提供了足够的加速和减速车道长度。布设时应注意 从主要道路的出口到集散车道的第一个出口之间保持足够的距离以便于设置指示 标志和安全分流。 7 八 弋 入 厂 。 力，入 、 图2 6 苜蓿叶形立交图2 7 带集散道的苜蓿叶形立交 f i g u r e2 6c l o v e r l e a fi n t e r c h a n g ef i g u r e2 7c l o v e r l e a fi n t e r c h a n g ew i t hd i s t r i b u t i n gr o a d 菱形立交( 如图2 8 所示) ：形式简单，运行路程短捷，适合于出入交通量 较小，匝道上无收费站的一般型互通式立体交叉。能保