改擴(kuò)建高速公路的路線設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)分析

陳康俊

（浙江公路水運(yùn)工程咨詢公司，浙江 杭州 310014）

改擴(kuò)建高速公路的路線設(shè)計(jì)原則及要點(diǎn)分析

陳康俊

（浙江公路水運(yùn)工程咨詢公司，浙江 杭州 310014）

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交通運(yùn)輸增長，越來越多的道路結(jié)構(gòu)不能滿足運(yùn)輸和通行要求，面臨改擴(kuò)建挑戰(zhàn)。剖析了改擴(kuò)建高速公路的路線設(shè)計(jì)原則，同時(shí)分析了改擴(kuò)建高速公路的線路設(shè)計(jì)內(nèi)容，分別從線形設(shè)計(jì)、平面線形擬合、縱面線形擬合、道路橫斷面設(shè)計(jì)四個(gè)方面闡述了關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)和解決方案，最后通過一個(gè)工程案例說明了改擴(kuò)建高速公路的路線設(shè)計(jì)方法，充分利用舊有道路資源，同時(shí)滿足現(xiàn)有道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

改擴(kuò)建；高速公路；路線設(shè)計(jì)；要點(diǎn)分析

0 引言

隨著我國公路交通等基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和完善，各區(qū)域體系化的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸形成，四通八達(dá)的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)為交通運(yùn)輸、區(qū)域經(jīng)濟(jì)連通、社會(huì)交流等提出了基礎(chǔ)，同時(shí)也促進(jìn)這經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展。經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，也使得我國部分早先建設(shè)的道路結(jié)構(gòu)，無法滿足現(xiàn)有的交通運(yùn)輸需求。一方面，原有建設(shè)的公路體系其設(shè)計(jì)等級(jí)低、車道數(shù)量少、運(yùn)輸效率低等，無法滿足快速增長的交通運(yùn)輸要求；另一方面，早先建設(shè)的道路結(jié)構(gòu)其施工質(zhì)量參差不齊，運(yùn)行中出現(xiàn)了各種各樣的病害，也面臨大面積維修養(yǎng)護(hù)要求[1,2]。因此，越來越多的公路工程需要進(jìn)行改建和擴(kuò)建，以滿足現(xiàn)有的交通運(yùn)輸和長期使用要求。改擴(kuò)建的高速公路，并不能簡單地按照原有道路的設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，也不能完全重新的建造一條新的公路，而應(yīng)該在充分利用原有道路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗慕ê蛿U(kuò)建，達(dá)到統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足現(xiàn)有以及未來的交通通行要求[3,4]。

1 改擴(kuò)建高速公路路線設(shè)計(jì)基本原則

改擴(kuò)建高速公路一方面要滿足現(xiàn)有的建設(shè)要求，另一方面相關(guān)路基、線形等都受到原有道路的影響，因此需要建立科學(xué)的設(shè)計(jì)原則，以指導(dǎo)改擴(kuò)建高速公路的線路設(shè)計(jì)。

（1）根據(jù)原有路線長度建立改擴(kuò)建策略。如果原公路路線較短，則可以根據(jù)原有道路的使用情況靈活選擇改擴(kuò)建方法，例如原道路設(shè)計(jì)等級(jí)低、運(yùn)營病害多、交通運(yùn)行不通暢、時(shí)長發(fā)生交通事故或者擁堵等，則可以考慮進(jìn)行全新的道路設(shè)計(jì)和規(guī)劃。如果原公路路線很長，則一般在盡量保留原有滿足質(zhì)量要求的構(gòu)造物的基礎(chǔ)上，開展改擴(kuò)建道路的路線設(shè)計(jì)。

（2）充分利用原有道路結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物，對(duì)于構(gòu)造物質(zhì)量尚能滿足后續(xù)建設(shè)要求的，采取保留措施。如果實(shí)在不能滿足使用要求，可以另行選址建造。路線的平、縱、斷面設(shè)計(jì)，需要以這些沿線構(gòu)造物作為基礎(chǔ)進(jìn)行路線設(shè)計(jì)，盡量保證設(shè)計(jì)擬合的線形與實(shí)際情況相符。

（3）充分利用原道路兩側(cè)預(yù)留土地，以節(jié)省土地資源、避免拆遷為原則進(jìn)行改擴(kuò)建線路設(shè)計(jì)。并根據(jù)路線兩側(cè)的自然環(huán)境和地理?xiàng)l件進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，達(dá)到改擴(kuò)建線路與周邊環(huán)境吻合，減少生態(tài)破壞和環(huán)境污染為原則。

（4）改擴(kuò)建的線路標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該滿足道路線形設(shè)計(jì)的所有一般性原則，例如避免出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，避免出現(xiàn)交通安全事故，滿足駕駛環(huán)境要求避免疲勞駕駛等。

2 改擴(kuò)建高速公路路線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 線形設(shè)計(jì)調(diào)研

高速公路線形是道路與使用狀態(tài)和車輛運(yùn)營安全的基本保障。開展改擴(kuò)建高速公路的線形設(shè)計(jì)前需要對(duì)原有道路的運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)研分析。掌握原有線路所出現(xiàn)的交通問題和車輛問題，特別是交通擁堵和交通安全頻發(fā)路段、交通量很少路段、車輛運(yùn)行不穩(wěn)定路段等，對(duì)這些路段進(jìn)行實(shí)地勘察、設(shè)計(jì)資料重審等方法，找出問題所發(fā)生的原因，并在后續(xù)的線形設(shè)計(jì)中充分考慮上述因素，進(jìn)行最大程度規(guī)避或者解決，這是開展線形設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2.2 平面線形擬合設(shè)計(jì)

車輛在平曲線上的行駛主要表現(xiàn)為車輛的平動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，這種平曲線的駕駛過程應(yīng)該平緩過渡，如果出現(xiàn)突然的曲線變化，則很容易造成車輛按照原本的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)行駛而無法做出及時(shí)改變，引發(fā)交通安全問題。改擴(kuò)建道路的平面線形擬合根據(jù)設(shè)計(jì)原則，將原有道路兩側(cè)的構(gòu)造物、橋梁、隧道等作為基礎(chǔ)參考點(diǎn)，進(jìn)行多段線擬合。若道路中出現(xiàn)較多的圓弧和曲線等，可以采用“多元曲線擬合法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，將線路擬合誤差控制到最小。

車輛行駛的穩(wěn)定和安全是保障道路通行效率和運(yùn)營安全的關(guān)鍵。平面擬合設(shè)計(jì)中需要注重車輛的行車安全和舒適性，控制線路的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和銜接，使得車輛的行駛具有很好的過渡效應(yīng)。例如對(duì)于較長圓弧的線路，可以通過增加過渡直線段的方式以降低偏心駕駛帶來的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于急轉(zhuǎn)彎路可以設(shè)置較長的銜接路線達(dá)到降低撞車等風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 縱面線形擬合設(shè)計(jì)

豎曲線與行車安全緊密關(guān)系，主要影響因素是坡長、坡度變換的變坡點(diǎn)曲率和行車視距等參數(shù)，這些參數(shù)與高速公路的設(shè)計(jì)時(shí)速緊密相連。車輛在豎曲線上的行駛機(jī)理主要是車輛的平動(dòng)和法向轉(zhuǎn)動(dòng)，研究表明車輛經(jīng)過縱向坡道時(shí)車速的不自覺累加是造成交通事故的關(guān)鍵。改擴(kuò)建高速公路的線路設(shè)計(jì)會(huì)遇到道路交叉和路面綜合分層設(shè)計(jì)等問題，需要采用縱面擬合設(shè)計(jì)方法。首先，將典型構(gòu)造物作為基礎(chǔ)參照，采用分段擬合和分幅擬合的方法將設(shè)計(jì)線路與實(shí)際線路誤差最??；其次，根據(jù)縱向道路特點(diǎn)遵照寧填勿挖的方式形成緩和的縱向路線；再則，針對(duì)于受到通行高度限制和構(gòu)造物限制的情況，需要保證豎曲線大于或等于3 s的行程；最后，對(duì)全線進(jìn)行審核，以滿足車輛平穩(wěn)、安全和舒適行駛要求。

為了滿足整體路面的使用效果，特別需要關(guān)注道路坡度的設(shè)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)，道路交通事故率與坡度具有直接的關(guān)系，見圖1，在坡度6%以內(nèi)的變化是事故率上升比較明顯，達(dá)到7%后事故率完全發(fā)散，交通行駛極為不安全。因此針對(duì)可能較大坡度的路段，可以采用二次分幅調(diào)坡或者增加厚度的方式，保證車輛行駛的安全性。例如坡度過大的路段，可以通過增加鋪設(shè)厚度方式降低顛簸風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 不同坡度下道路交通事故率

2.4 道路斷面拓寬設(shè)計(jì)

道路加寬根據(jù)新建道路與原有道路的連接關(guān)系，可以分為單側(cè)分離加寬、雙側(cè)分離加寬單側(cè)拼接加寬和雙側(cè)拼接加寬等四種型式[5,6]，見圖2。一般來說，采用單側(cè)拼接加寬和雙側(cè)拼接加寬對(duì)于改擴(kuò)建道路的路基加寬是較為經(jīng)濟(jì)的方法，可以充分利用原道路路基結(jié)構(gòu)，同時(shí)又不占用大量的土地資源。單側(cè)或雙側(cè)的拼接加寬方法，施工臨時(shí)工程少且占地少、不拓寬路基的排水和防護(hù)等設(shè)施可利用、拓寬的平縱線型與舊路一致、道路通行效率高等優(yōu)勢，設(shè)計(jì)建造相對(duì)經(jīng)濟(jì)，但需解決新舊路基不均勻沉降難題。若特殊情況下這兩種拓寬方式不能滿足要求，可采用單側(cè)分離加寬方式。

圖2 道路加寬主要型式

3 工程案例解析

某高速公路原來的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該道路使用多年出現(xiàn)了較多病害，同時(shí)該區(qū)域的交通運(yùn)輸日益增長，同時(shí)具有交通量大、地質(zhì)地形狀況復(fù)雜等特點(diǎn)，為了滿足現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)增長的道路交通運(yùn)輸要求，擬對(duì)原有道路進(jìn)行改擴(kuò)建。

該道路原有的線路平曲線是300～400 m若干不等半徑的部分圓弧組成，平面線形相對(duì)而言比較舒坦，整體的弧線和直線銜接性良好，該區(qū)域道路的車輛運(yùn)行較少出現(xiàn)交通安全事故。比較突出的問題是：原有線路有連續(xù)2 300 m且平均坡度5.5%的較大縱坡，即圖3所示的左線。

圖3 依托工程線路走勢

由于原有線路（左線）具有較長較大的縱坡，整體縱向線形不佳，因此不適宜采用單側(cè)拼接加寬和雙側(cè)拼接加寬的形式，若按照這種思路進(jìn)行道路線形設(shè)計(jì)，則較長較大坡度的縱向線形需要改造與優(yōu)化?？紤]到原有的道路其運(yùn)營性能還行，僅需要對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行翻新處理就基本能滿足現(xiàn)有設(shè)計(jì)等級(jí)的要求，因此最終采用單側(cè)分離的設(shè)計(jì)方法，即圖3中的右線。

單側(cè)分離設(shè)計(jì)的右線，不僅充分利用了原有的左幅線路結(jié)構(gòu)，節(jié)約用地和路基等資源，相比較于全新選擇道路新線，可以節(jié)省很大造價(jià)，是較優(yōu)的改擴(kuò)建線路選型方式。

4 結(jié)論

高速公路改擴(kuò)建是未來公路工程建設(shè)的重要問題，也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要權(quán)衡考慮多方面因素。論文總結(jié)了改擴(kuò)建高速公路路線設(shè)計(jì)的基本原則；分析了改擴(kuò)建高速公路設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)：包含線形設(shè)計(jì)方法、平面線形擬合設(shè)計(jì)內(nèi)容和要點(diǎn)、縱向線形設(shè)計(jì)技術(shù)、道路橫斷面改擴(kuò)建型式和特點(diǎn)等；最后結(jié)合一個(gè)工程案例，分析了改擴(kuò)建道路線路設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案。本文的相關(guān)分析可為類似改擴(kuò)建工程的線路設(shè)計(jì)提供參考。

[1]李世緯,廖朝華,劉利民.高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)探討[J].中外公路,2010,30(3):1-4.

[2]徐坤,趙海艷.改擴(kuò)建高速公路路線設(shè)計(jì)分析[J].山東交通科技, 2015(1):45-46.

[3]汪海濤.改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].工程技術(shù) (文摘版), 2015(69):252.

[4]尹攀.對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程路線的設(shè)計(jì)分析[J].城市道橋與防洪,2016(6):38-40.

[5]陳勝營,劉祖祥.高速公路改擴(kuò)建方案思考[J].公路,2001(7): 102-104.

[6]劉奉僑,曲向進(jìn),聶鵬,等.沈大高速公路改擴(kuò)建工程路基加寬技術(shù)[J].遼寧交通科技,2005(1):1-7.

洞庭湖特大橋主橋合龍 我國“北煤南運(yùn)”通道建設(shè)提速

岳陽洞庭湖特大橋主橋近日順利合龍，標(biāo)志著世界上一次建成里程最長的重載鐵路和國內(nèi)規(guī)模最大的運(yùn)煤專線蒙華鐵路（蒙西至華中地區(qū)）煤運(yùn)通道建設(shè)取得重大階段性進(jìn)展。這也是我國"北煤南運(yùn)"通道在相繼跨越黃河、長江之后，在施工建設(shè)過程中取得的又一突破。

洞庭湖特大橋是一座三塔斜拉雙線重載鐵路橋梁，正橋全長1 290.24 m，承載1萬t荷載，可滿足重載列車120 km運(yùn)行時(shí)速，是目前世界跨度最大的三塔鐵路斜拉橋。

隨著跨越黃河、長江和洞庭湖的4座大橋施工建設(shè)的順利推進(jìn)，蒙華鐵路將提前至2019年開通。其中，湖北荊州長江公鐵特大橋已全面建成，兩座跨越黃河的特大橋工程建設(shè)也進(jìn)展迅速。

計(jì)劃2020年建成通車的蒙華鐵路全長1 800 km，跨越蒙、陜、晉、豫、鄂、湘、贛七省區(qū)，規(guī)劃年運(yùn)輸能力2億t以上，總投資估算1 900多億元，是繼大秦鐵路（山西大同至河北秦皇島）之后國內(nèi)又一條超長距離的運(yùn)煤大通道。

U412.3

B

1009-7716（2017）04-0022-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.005

2016-11-08

陳康?。?980-），男，浙江義烏人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)、咨詢工作。