山區(qū)高速公路擴(kuò)建工程總體設(shè)計(jì)策略分析

■鄧韻發(fā)

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350001）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，山區(qū)高速公路改擴(kuò)建也逐漸興起。山區(qū)高速公路由于其社會、自然等特征，改擴(kuò)建技術(shù)有其相應(yīng)的特點(diǎn)。論文依托廈蓉高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)例，從總體設(shè)計(jì)角度出發(fā)，總結(jié)了路線總體設(shè)計(jì)與互通、橋涵、路基、隧道、景觀、施工交通組織之間協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)策略及應(yīng)用，為類似山區(qū)高速公路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

廈蓉高速公路是廈門港通往江西、湖南等中西部地區(qū)的主通道，本項(xiàng)目是廈蓉線擴(kuò)建工程中的一個(gè)組成部分。

路線起于漳州天寶，由東往西采用兩側(cè)拼寬擴(kuò)建至風(fēng)霜嶺，以兩側(cè)分離擴(kuò)建方式穿過風(fēng)霜嶺隧道后路線兩側(cè)拼寬，經(jīng)南坪至紅星，設(shè)南靖互通接319 國道，路線至大龍頭山采用兩側(cè)分離穿過大龍頭山隧道，后以左側(cè)分離新建下行線的擴(kuò)建方式至金山鎮(zhèn)，設(shè)金山互通與319 國道銜接，之后路線終于金山。本段路線全長32.477km。

圖1 廈蓉高速天寶至金山段擴(kuò)建方案平面圖

2 擴(kuò)建原則與方式

2.1 擴(kuò)建原則

高速公路改擴(kuò)建特點(diǎn)之一是如何處理與現(xiàn)有高速公路的關(guān)系以及不能中斷交通的實(shí)施條件，根據(jù)這一特點(diǎn)，結(jié)合山區(qū)高速公路沿線地形條件、地質(zhì)條件、人文環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等情況，高速公路擴(kuò)建總體設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

（1）盡可能節(jié)約土地資源、減少拆遷數(shù)量；

（2）最大限度地利用現(xiàn)有工程，節(jié)約工程費(fèi)用；

（3）通過改擴(kuò)建工程，消除現(xiàn)有高速公路平縱面線形、路基路面、安全設(shè)施等方面存在的缺陷；

（4）進(jìn)行系統(tǒng)的施工交通組織設(shè)計(jì)，合理選擇方案減少對現(xiàn)有道路交通的影響；

（5）注重環(huán)境保護(hù)和景觀設(shè)計(jì)。

2.2 擴(kuò)建方式

高速公路改擴(kuò)建的型式主要有兩種，分別為老路擴(kuò)建改造和新建復(fù)線，其中老路擴(kuò)建型式又分為雙側(cè)拼接加寬、單側(cè)拼接加寬、單側(cè)分離加寬、雙側(cè)分離加寬、單側(cè)交錯(cuò)拼寬、混合加寬及局部調(diào)整老路線形完全新建等型式。

從國內(nèi)外以及福泉廈漳高速公路擴(kuò)建的實(shí)踐來看，老路擴(kuò)建后的路幅布置，無論從造價(jià)、占地，還是今后的營運(yùn)、管理及養(yǎng)護(hù)的效果來說，采用兩側(cè)拼寬的方式無疑是最合理的。

作為山區(qū)高速公路，廈蓉高速公路本身的條件和沿線的制約因素很多，全線采用兩側(cè)拼寬難度極大，是無法實(shí)現(xiàn)的。因此擴(kuò)建路幅布置結(jié)合實(shí)際情況，采用兩側(cè)拼寬為主，結(jié)合兩側(cè)分離以及單側(cè)分離的擴(kuò)建方式。

3 高速公路擴(kuò)建設(shè)計(jì)技術(shù)策略分析及應(yīng)用

3.1 注重原有道路的資料收集與分析

原有道路的設(shè)計(jì)資料收集是高速公路擴(kuò)建的基礎(chǔ)工作，收集目的是通過分析，為擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和參考。從中掌握原設(shè)計(jì)線位布設(shè)及指標(biāo)運(yùn)用、沿線構(gòu)造物布設(shè)選型等，并領(lǐng)會原設(shè)計(jì)的意圖，避免重蹈原設(shè)計(jì)已避開控制因素或摒棄的設(shè)計(jì)方案。

擴(kuò)建工程，尤其采用兩側(cè)拼寬為主的擴(kuò)建方案，路線新建工程與原有工程相鄰，地質(zhì)具有較直接的參考作用。在分析地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)情況、檢測資料及現(xiàn)場調(diào)查，可以理出原有道路的發(fā)展變化的狀況。

擴(kuò)建工程除對原高速技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析外，還應(yīng)注意擴(kuò)建后，車道數(shù)的增加、路基加寬，對公路的視距、超高緩和曲線長、車道分合流交織等安全性的要求將更高，即擴(kuò)建后道路技術(shù)狀況的分析將是重點(diǎn)。

3.2 路線總體方案設(shè)計(jì)策略

3.2.1 把握路線布設(shè)關(guān)鍵因素，統(tǒng)籌兼顧，合理確定總體擴(kuò)建方案

整體協(xié)調(diào)和自然性原則依然是公路擴(kuò)建設(shè)計(jì)把握的方向，公路擴(kuò)建總體設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮橋隧大型構(gòu)造物與地形、地貌及平縱面線形的協(xié)調(diào)，在布設(shè)路線線位時(shí)將橋隧等大型構(gòu)造物作為重要因素加以考慮。

原有老路高邊坡和軟基路段擴(kuò)建方案的處理方案是擴(kuò)建方案關(guān)注的焦點(diǎn)，也是路線方案選擇的重要因素。擴(kuò)建方案應(yīng)盡量避免對原有高邊坡進(jìn)行二次開挖，保護(hù)原生態(tài)；以橋、路優(yōu)化比選，避免長距離的軟基路段拼寬，控制工程風(fēng)險(xiǎn)。將高邊坡和特殊路基的擴(kuò)建方案作為工程方案選擇的重要指標(biāo)。

3.2.2 細(xì)化整體式路基平縱設(shè)計(jì)，優(yōu)化分離路段比選

擴(kuò)建路線設(shè)計(jì)是個(gè)不斷深化的過程。對于整體式拼寬路基，由于受到老路的平縱限制，因此設(shè)計(jì)的工作重點(diǎn)是根據(jù)搜點(diǎn)測量資料對老路平縱線型進(jìn)行擬合、細(xì)化。其縱面線形以老橋標(biāo)高為控制、按“寧填勿挖”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量保持與現(xiàn)有的路基的合理高差，并盡量避免新的加載造成軟基路段原有路基的再沉降，減少對中央分隔帶的破壞，降低路基路面造價(jià)。

3.2.3 協(xié)同橫斷面，以線形設(shè)計(jì)消除老路存在的不足

改擴(kuò)建后高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，原有公路的視距、緩和曲線超高長度等往往不能滿足要求，因此在路線設(shè)計(jì)方面，擴(kuò)建線形的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，綜合路基橫斷面，重新進(jìn)行線形設(shè)計(jì)，從源頭上消除老路存在的視距不足等問題。

廈蓉高速改擴(kuò)建中，通過線位擬合，檢查出風(fēng)霜嶺路段至南靖豐田互通段整體式路基的原有路線平面半徑不能滿足擴(kuò)建為八車道后的視距要求，以及不滿足擴(kuò)建后路線超高過渡的緩和曲線長度要求。設(shè)計(jì)中，通過分析比較，摒棄了該路段擬用分離式路基的方案和論證修改路段設(shè)計(jì)速度的方式，而采用維持原中央分隔帶，以線形設(shè)計(jì)消除老路存在的不足。這種設(shè)計(jì)方法，路基橫斷面上體現(xiàn)為部分路段細(xì)化加寬，與分離式路基相比，大大減少了工程量和用地，也更有利于互通路段分合流運(yùn)行安全。詳見圖2 和圖3。

圖2 南坪段擴(kuò)建方案平面圖

圖3 南坪段擴(kuò)建方案路基斷面示意圖

3.3 兼顧安全、土石平衡的主線、互通協(xié)同設(shè)計(jì)

擴(kuò)建工程中，主線采用兩側(cè)拼寬方式擴(kuò)建時(shí)，路線縱坡受到老路的嚴(yán)格限制，在土石平衡方面通常難以兼顧實(shí)現(xiàn)。而互通作為總體工程中的“點(diǎn)”，則可靈活設(shè)計(jì)，與主線協(xié)同，形成互補(bǔ)。例如，互通段主線、匝道與主線緊密協(xié)調(diào)，在滿足交通需求，提高安全性的同時(shí)，優(yōu)化匝道布置，以利于主線整體的土石方平衡。

廈蓉高速公路包含豐田和金山兩座互通，改擴(kuò)建時(shí)，在確定了采用原位擴(kuò)建的總體方式后，其后階段則采用了主線與互通協(xié)同設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行平縱設(shè)計(jì)。

（1）豐田互通

南靖豐田互通原擬用A 型，根據(jù)調(diào)查，主線外側(cè)存在高邊坡，附近存在滑坡，原位擴(kuò)建存在安全隱患，同時(shí)該路段主線為欠方，結(jié)合互通場區(qū)地形，最終擬定了B 型方案，該方案避開主線右側(cè)高邊坡，利用匝道開挖主線右側(cè)小型山包形成余方。方案同時(shí)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)段的土石平衡，避開了高邊坡，消除了施工期、運(yùn)營期存在的安全隱患。詳見圖4。

圖4 豐田互通改擴(kuò)建方案平面示意圖

（2）金山互通

金山互通在確定采用原位擴(kuò)建的方式后，互通區(qū)主線、匝道的設(shè)計(jì)就成為后期考慮的重點(diǎn)。金山互通主線采用左側(cè)分離的擴(kuò)建方式，互通區(qū)原分流匝道縱坡較大，經(jīng)分析，受用地限制，主線線位布設(shè)調(diào)整余地有限，這樣與匝道緊密相關(guān)的主線標(biāo)高設(shè)計(jì)就成了互通設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在最終的方案中，結(jié)合主線欠方的情況，合理控制新線與老路高差，降低主線分流段縱坡，提高了互通的安全性，同時(shí)也解決了區(qū)段欠方問題。詳見圖5和圖6。

圖5 金山互通改擴(kuò)建方案平面示意圖

圖6 金山互通新建主線縱面設(shè)計(jì)示意圖

3.4 適應(yīng)地形，兼顧地方需求的隧道擴(kuò)建平縱設(shè)計(jì)

隧道是高速公路的重要構(gòu)造物，隧道出入口前后段落通常地形變化較大，是擴(kuò)建工程中的關(guān)注點(diǎn)。因此，首先在方案設(shè)計(jì)階段，隧道擴(kuò)建應(yīng)綜合考慮地形、路線指標(biāo)、造價(jià)等多因素進(jìn)行比選確定。對于山區(qū)高速公路，適應(yīng)地形、兼顧地方的需求往往是隧道擴(kuò)建平縱設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

廈蓉高速公路經(jīng)工程量和交通組織的比選，確定了風(fēng)霜嶺隧道和大龍頭山隧道均采用兩側(cè)分離的擴(kuò)建方式。設(shè)計(jì)中，風(fēng)霜嶺隧道進(jìn)出口根據(jù)左側(cè)山勢較高，且附近存在沖溝和機(jī)耕通道的情況，采取從山凹部抬高縱斷的方式設(shè)計(jì)，避開沖溝和保證通道凈空。而大龍頭山隧道依據(jù)左低右高的山勢地形，在考慮新舊隧道橫洞可行的情況下，盡量抬高右線新建隧道出口的縱斷。對于新建的左線，則依據(jù)地形，結(jié)合地方平衡水源的要求，采用了“人字坡”的縱面設(shè)計(jì)，結(jié)合橫斷布設(shè)采取了壓低出口段標(biāo)高的設(shè)計(jì)。詳見圖7.

圖7 大龍頭山隧道左線縱斷面設(shè)計(jì)方案

3.5 隨形就勢，協(xié)調(diào)景觀的縱坡設(shè)計(jì)策略

改擴(kuò)建工程中，老路作為既有的公路，存在既有構(gòu)造物和景觀，山區(qū)高速公路擴(kuò)建設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)充分考慮與原有公路組合后的景觀視覺效果，將公路地形與土建設(shè)計(jì)相結(jié)合。

廈蓉高速公路擴(kuò)建中，新線的設(shè)計(jì)線位盡量與地形相適應(yīng)，縱斷則結(jié)合地形、以及老路的位置、標(biāo)高進(jìn)行協(xié)調(diào)布設(shè)。大龍頭山至金山段項(xiàng)目采用了左側(cè)分離新建下行線方式擴(kuò)建，擴(kuò)建設(shè)計(jì)中，新線的設(shè)計(jì)依據(jù)山形地勢，控制新線縱坡與老路平齊或更低，從而很好的貼合了地形，形成沿山梯級布設(shè)的格局，避免了單一縱斷設(shè)計(jì)追求坡度、坡長的指標(biāo)組合，而疏忽新建公路與老路、地形協(xié)調(diào)的景觀要求。詳見圖8。

圖8 擴(kuò)建公路沿山梯級布設(shè)示意圖

3.6 考慮施工期交通組織的總體設(shè)計(jì)

“邊通車，邊施工”是擴(kuò)建工程的特點(diǎn)，擴(kuò)建工程的施工交通組織與新線不同，擴(kuò)建設(shè)計(jì)應(yīng)摒棄“重工程設(shè)計(jì)、輕交通設(shè)計(jì)”的思想，對交通組織進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免改擴(kuò)建施工過程中交通組織的無序。

在擴(kuò)建方案總體設(shè)計(jì)中，在總體工程量相當(dāng)?shù)那闆r下，適宜優(yōu)先選用兩側(cè)拼寬的擴(kuò)建方式。該方式路面橫坡設(shè)置可與拼寬路面同向順坡過渡，在路面施工中順坡拼接易于實(shí)施，對施工期交通影響最小。

互通立交不僅是路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，亦是擴(kuò)建工程最重要的環(huán)節(jié)，互通立交改擴(kuò)建實(shí)施成功與否，直接影響保通目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可謂“牽一發(fā)而動全身”。因此，互通改擴(kuò)建方案在方案構(gòu)思時(shí)就應(yīng)充分考慮施工交通組織實(shí)施的可行性，并將施工交通組織貫穿設(shè)計(jì)始終?？傮w設(shè)計(jì)中，保通匝道的標(biāo)準(zhǔn)、保通匝道的平縱面線形應(yīng)與現(xiàn)有匝道以及實(shí)施匝道銜接，以保證交通的順利轉(zhuǎn)換。詳細(xì)設(shè)計(jì)中，注重既有涵洞通道、匝道路面拆除前的利用等。

互通施工組織總體設(shè)計(jì)可采取“由外向內(nèi)”的方法，采用先外圍修建，后將交通引入外圍已修道路，再進(jìn)行內(nèi)部新建或既有道路改建的剩余工程修建見(圖9)。

圖9 互通施工組織總體設(shè)計(jì)示意圖

4 結(jié)語

改擴(kuò)建工程總體設(shè)計(jì)是擴(kuò)建工程最重要的環(huán)節(jié)，其重要性影響到工程項(xiàng)目的各個(gè)方面。擴(kuò)建設(shè)計(jì)中認(rèn)真研究路線與互通、橋涵、路基、隧道、景觀、施工交通組織之間的關(guān)系，統(tǒng)籌全局，宏觀與微觀設(shè)計(jì)緊密結(jié)合、不斷調(diào)整優(yōu)化，從總體設(shè)計(jì)上為擴(kuò)建工程實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)。

[1]江賢章，耿恩朋.梅觀高速公路改擴(kuò)建工程總體擴(kuò)建方案研究[J].山西建筑,2013(14).

[2]劉治宇，沈四高速公路改擴(kuò)建工程擴(kuò)建方案研究[J].北方交通，2012（2）.

[3]彭安琪，歐喜文，咼貴春，陳飛.高速公路擴(kuò)建項(xiàng)目施工區(qū)交通組織方案優(yōu)化[J].公路交通科技，2014（3）.

[4]陳玉良，武加恒，李濤，陳飛.高速公路改擴(kuò)建施工交通分流方案研究[J].交通工程，2014（1）.