高速公路改擴建老路中分帶開口長度探析

蔣云昕

（浙江中交通力工程設(shè)計有限公司，浙江 杭州 310011）

一、工程概述

目前，國內(nèi)平原地區(qū)的改擴建以雙側(cè)加寬為主，但在山區(qū)高速公路采用雙側(cè)拼寬的改擴建模式不一定適合山區(qū)的地形和地質(zhì)條件，部分區(qū)域采用雙側(cè)整體式加寬模式，工程上基本不可行。結(jié)合筆者參加的連霍國道主干線鄭州至洛陽高速公路改建工程的設(shè)計及施工配合全過程的經(jīng)歷，本項目改建宜采用單側(cè)加寬的改擴建方式。這種改擴建模式在國內(nèi)尚屬首次，可參考的資料較少。單側(cè)加寬改擴建模式涉及到老路由原來的雙向四車道改造成為單向四車道的行車模式，老路的互通立交前后中分帶開口長度及老路現(xiàn)狀中分帶如何利用等問題的研究，成為了本項目的關(guān)鍵性技術(shù)難點。

本項目起于鄭州西南繞城樞紐立交西側(cè)2km，止于洛陽西南繞城樞紐立交，改擴建采用單側(cè)加寬的改擴建方式。該方案的主要特點是：現(xiàn)狀老路的雙向四車道高速公路改造成新建后的八車道高速公路右半幅單方向的四個車行道，新建單側(cè)四車道作為左幅車行道。下面結(jié)合筆者參加本項目第二設(shè)計合同段的設(shè)計體會，對單側(cè)加寬高速公路老路中分帶開口長度確定的設(shè)計思路、方法與大家分享和探討。

圖1 單側(cè)加寬路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

二、老路現(xiàn)狀

本項目山嶺區(qū)路段采用設(shè)計速度100km/h，路基寬度為24.5m，橫斷面布置為：行車道2×2×3.75m，左側(cè)路緣帶2×0.5m，硬路肩2×2.5m，中央分隔帶2m，土路肩2×0.75m。本項目平原區(qū)路段采用設(shè)計速度120km/h，路基寬度為26.0m，橫斷面布置為：行車道2×2×3.75m，硬路肩2×2.5m，左側(cè)路緣帶2×0.75m，中央分隔帶3m，土路肩2×0.75m。

三、改建后單側(cè)整體式加寬路基橫斷面

改建后的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為：現(xiàn)狀老路改造成為右幅的單向四車道，另外在現(xiàn)狀老路的左側(cè)增加單向四車道的整體式的路基橫斷面，左側(cè)加寬的左幅標(biāo)準(zhǔn)路基寬度19.5m，其中行車道寬度4×3.75m，右側(cè)硬路肩寬度 3.0m，左側(cè)路緣帶寬度 0.75m，土路肩寬度2×0.75m。平原區(qū)路段設(shè)計速度為120km/h時，中央分隔帶標(biāo)準(zhǔn)段L取3米，山嶺區(qū)設(shè)計速度為100km/h時，中央分隔帶標(biāo)準(zhǔn)段L取2米。單側(cè)加寬路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面及行車模式見圖1、圖2。

圖2 單側(cè)加寬高速公路行車模式平面示意圖

四、改建互通立交前后老路中分帶開口部長度論證

采用單側(cè)加寬的改擴建模式，應(yīng)參考車輛的行駛方式。車輛在正常路段原則上無需進行變換車道行駛，但由于進出互通的需要，車輛在互通區(qū)前后路段存在著變換車道行駛的可能。為節(jié)省工程投資，同時根據(jù)車輛的行駛方式，現(xiàn)狀中分帶取消范圍主要集中在互通區(qū)前后路段，其他路段原則上保留現(xiàn)狀的中分帶不進行改造。

現(xiàn)狀老路的左半幅車流經(jīng)中分帶開口段再進入老路的右半幅的行車模式為：首先車流從老路左半幅進入中分帶開口段為分流、減速過程，車流從中分帶開口段進入老路的右半幅為合流、加速過程。因此，中分帶開口段長度由三段組成：開口始端長度L1、開口段中間區(qū)長度、開口末端長度L2。

（一）開口始端長度L1確定

開口始端長度L1由分流漸變段和減速車道長度組成。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTGD20-2006）第11.5.3條規(guī)定：高速公路主線的分岔漸變段的漸變率為1∶40。車輛從老路的左幅右側(cè)車道變道至老路的中間帶開口段，車輛的漸變段長度為：設(shè)計速度為120km/h時，距離為(3.75/2+3.75+4.5/2)×40=315米；設(shè)計速度為100km/h時，距離為(3.75/2+3.75+3.0/2)×40=285米。

減速車道長度根據(jù)減速車道長度計算公式L=（v12-v22）/26a可得；假設(shè)車輛擬設(shè)計速度120km/h(100 km/h)勻速橫移一個車道寬度行駛進入中央帶開口段，然后在新開辟的車道上減速至70km/h(60km/h)。從駕駛員舒適性角度考慮，減速度要在1.3m/s2以下，本次設(shè)計取a=1.3m/s2。經(jīng)計算：設(shè)計速度為120km/h時，減速段長度為282米；設(shè)計速度為100km/h時，減速段長度為190米。因此，設(shè)計速度為120km/h時，開口始端長度L1=315+282=597米；設(shè)計速度為100km/h時，開口始端長度L1=285+190=475米。

表1 中分帶變換車道長度

（二）開口中間區(qū)段長度通過交織理論、穿越間隙理論、排隊理論等相關(guān)理論，結(jié)合不同的互通相關(guān)情況分別計算可得。根據(jù)不同互通的交通流情況、設(shè)計速度、車道寬度等參數(shù)，計算出本合同段5個互通的開口段長度為840m～540m不等，本次設(shè)計取840m。

（三）開始末端長度L2確定

開口始端長度L1由合流漸變段和加速車道長度組成。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī) 范》（JTG D20-2006）第11.5.3條規(guī)定：高速公路主線的合流漸變段的漸變率為1∶80。車輛從老路的中間帶開口段變道至老路的右幅右側(cè)車道，車輛的漸變段長度為：設(shè)計速度為120km/h時，距離為(3.75/2+3.75+4.5/2)×80=630米；設(shè)計速度為100km/h時，距離為(3.75/2+3.75+3.0/2)×80=570米。

（四）老路中分帶開口段長度

為確保車輛充分變換車道需要，根據(jù)上述計算可得，互通前后老路中分帶變換車道范圍長度最小值如下表1。

五、結(jié)論

考慮到本項目的改擴建模式可借鑒的資料有限。項目業(yè)主在項目實施過程中同時也委托北京工業(yè)大學(xué)對鄭洛高速公路改建立交前后中央帶開口長度設(shè)置方案進行了系統(tǒng)的理論研究并進行了實驗?zāi)M測試。北工大的理論研究與設(shè)計單位的論證分析對于老路中央帶開口段需要的長度，兩者結(jié)論基本一致。最后，本項目互通區(qū)前后老路中央帶開口范圍基本確定為互通區(qū)前3.5km～1.5km及互通區(qū)后1.5km～3.5km，其他路段現(xiàn)狀中央分隔帶均保留。

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，改擴建的高速公路既有平原區(qū)的也有山嶺區(qū)的高速公路，高速公路的改擴建模式也將結(jié)合地形、地質(zhì)及結(jié)構(gòu)物等不同而采用不同的改擴建模式。在今后的高速公路加寬改造過程中，單側(cè)加寬的高速公路改擴建模式也將會越來越多地被采用，單側(cè)加寬高速公路的改擴建勢必涉及到現(xiàn)有老路的改造利用問題，現(xiàn)有老路的行車模式的研究特別是互通區(qū)前后路段、現(xiàn)有老路的中央分隔帶開口長度、現(xiàn)有老路的左右幅雙向橫坡對行車的影響等，將是單側(cè)加寬高速公路改擴建的關(guān)鍵技術(shù)和重點需解決的技術(shù)難題。