高速公路改擴建中整體式雙向十車道技術(shù)標準論證

李志濤， 王建元

(1.蘇交科集團股份有限公司， 江蘇 南京 210017；2.江蘇交通控股有限公司， 江蘇 南京 210017)

1 項目背景

根據(jù)國家、江蘇省高速公路網(wǎng)規(guī)劃，長江兩岸橫向主要高速通道為江南的滬蓉(上?！啥?高速公路、沿江高速公路[即滬武(上?！錆h)高速公路]和江北的滬陜(上?！靼?高速公路。滬武高速公路位于江蘇長江以南，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達，人口密集，交通出行需求旺盛。是江蘇長江以南最靠近長江的橫向高速公路，與眾多過江通道相交，是蘇南第一條承擔過江通道轉(zhuǎn)向交通的高速公路(見圖1)。

圖1 滬武高速公路的地理位置示意圖

由于滬蓉高速公路已擴建為雙向八車道，交通量已達16萬～22萬pcu/d，加上兩側(cè)限制因素較多，基本無法再次擴建。同時滬武高速公路近年來交通量已達5萬～11萬pcu/d，達到雙向六車道高速公路通行能力三級下限，局部路段達到四級水平。根據(jù)項目功能及現(xiàn)狀交通量分析，滬武高速公路太倉至常州段是國家高速公路網(wǎng)的重要組成部分、長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊中重要公路交通基礎(chǔ)設(shè)施、支持長江三角洲城市群建設(shè)的重要核心骨架道路，其改擴建有益于加強蘇州、無錫、常州地區(qū)與上海的溝通聯(lián)系，貫徹落實長三角更高質(zhì)量一體化發(fā)展國家戰(zhàn)略。

2 交通量預(yù)測

滬武高速公路太倉至常州段現(xiàn)狀如下：蘇滬省界至太倉北樞紐段和太倉北樞紐至董浜樞紐段[即滬武高速公路與G15沈海(沈陽—?？?高速公路共線段]為雙向六車道，董浜樞紐至常州南互通段為雙向四車道，設(shè)計速度為120 km/h?，F(xiàn)狀交通量及預(yù)測交通量見圖2～5和表1。

圖2 全線歷年平均交通量

圖3 全線歷年車輛組成

圖4 太倉北至董浜樞紐段平均交通量

圖5 全線現(xiàn)狀交通出行組成

表1 全線現(xiàn)狀交通量及預(yù)測交通量 pcu/d

(1) 滬武高速公路全線2020年平均交通量達到9.8萬pcu/d(含四車道及六車道路段)。

(2) 滬武高速公路太倉北樞紐至董浜樞紐段2020年平均交通量達到14.6萬pcu/d；2043年各路段最大預(yù)測交通量達到19.3萬pcu/d，出現(xiàn)在沙溪樞紐—支塘樞紐段。

(3) 由于遠期太倉北樞紐至蘇滬界有沿江高速公路二期實施，可分流太倉北樞紐至蘇滬界段交通量。太倉北樞紐至董浜樞紐段無新增高速走廊，而該段為最方便的通道，其交通量將持續(xù)快速增長。

(4) 在交通量最大的太倉北樞紐至董浜樞紐段，考慮服務(wù)區(qū)出入量，直行交通(即從太倉北樞紐到董浜樞紐的雙向直行，中途不出入互通和服務(wù)區(qū))的交通量占總交通量的85.8%，尤其是太倉北樞紐至沙溪樞紐段直行占比高達93.4%。主要原因為該路段靠近上海，且其里程不長，大部分車輛選擇直達目的地的通行模式。

3 超八車道高速公路技術(shù)標準選擇

3.1 改擴建原則

既有高速公路改擴建的技術(shù)標準選擇主要考慮因素如下：

(1) 改擴建后高速公路滿足項目路的功能需求。滬武高速公路太倉至常州段是蘇南地區(qū)橫向主骨架高速公路，其中太倉北樞紐至董浜樞紐段與G15沈海高速公路共線，是國家高速公路網(wǎng)中局部路段橫向、縱向共線段，是長三角地區(qū)出入上海的重要高速通道。

(2) 改擴建后高速公路適應(yīng)未來交通量，保持較高的服務(wù)水平，滿足設(shè)計年的交通需求。

(3) 對于超大流量路段，應(yīng)深入分析區(qū)域內(nèi)公路走廊新建可行性。無新增高速走廊時，應(yīng)充分利用既有高速公路資源，合理分析采用原路改擴建的技術(shù)標準。

3.2 技術(shù)指標的運用情況

對現(xiàn)狀高速公路進行平縱擬合，總體平縱指標較好(見表2)，符合現(xiàn)行高速公路120 km/h的設(shè)計指標。該項目原位改擴建能最有效地利用既有高速公路，節(jié)約資源和減少占用土地，達到改善行車條件、提高公路通行能力的目標。

表2 現(xiàn)狀路線平縱主要指標

3.3 國內(nèi)外多車道高速公路案例

(1) 深圳水官(布吉鎮(zhèn)水徑村—龍崗鎮(zhèn)官井頭)高速公路，全長20.14 km，為國內(nèi)首條雙向十車道全照明全監(jiān)控高速公路，位于城市內(nèi)部，采用內(nèi)側(cè)雙向六車道高速公路+外側(cè)雙向四車道輔道設(shè)計標準(未設(shè)置左側(cè)硬路肩)，其功能類似于城市快速路。內(nèi)側(cè)雙向六車道與外側(cè)雙向四車道之間設(shè)置0.5 m寬分隔帶，標劃雙黃色振蕩標線，設(shè)置突起路標隔離，并配以分車道分車型限速指示標志及全線監(jiān)控設(shè)施，嚴格分離小型車與大型車。該高速公路為深圳城市組團之間聯(lián)系的主骨架道路，交通流和滬武高速公路存在一定差異。但從其運營經(jīng)驗來看，客、貨車通過標線分隔能有效約束絕大部分駕駛者。

(2) 合肥繞城高速公路隴西至路口段采用雙向十車道49.5 m寬標準，里程7.355 km。起終點為高速公路與高速公路交叉樞紐，區(qū)段內(nèi)設(shè)1個互通，通過在42 m雙向八車道標準上左右各增加1條3.75 m寬標準車道，形成49.5 m寬路面。

(3) 歐洲和美國十車道高速公路多在密集城市群之間或大城市繞城路段，有整體式、分離式等。整體式大多半幅4～6條車道，分離式每幅3～4條車道，部分路段設(shè)置HOV專用車道(共乘車道或多乘員車道)。在發(fā)達國家，部分交通量較大的高速路段設(shè)置了整體式雙向十車道及以上車道。

3.4 技術(shù)指標的選取

根據(jù)JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》，高速公路通行能力Cd按下式計算：

Cd=MSFifhvfpff

(1)

式中：MSFi為設(shè)計服務(wù)水平下最大服務(wù)交通量；fhv為交通組成修正系數(shù)；fp為駕駛?cè)丝傮w特征修正系數(shù)；ff為路側(cè)干擾修正系數(shù)。

根據(jù)交通量預(yù)測結(jié)果，該項目除太倉北樞紐至董浜樞紐段交通量超過15萬pcu/d外，其余路段遠期交通量為11萬～15萬pcu/d。從其交通特點分析，可采用雙向八車道技術(shù)標準擴建。

太倉北樞紐至董浜樞紐段遠期交通量達16萬～19萬pcu/d，且項目區(qū)域內(nèi)無新建高速公路走廊條件，選擇在原高速公路進行改擴建。

根據(jù)JTG D20—2017，對于超過八車道的高速公路，應(yīng)根據(jù)公路功能、技術(shù)等級、交通量和地形等采取整體式或分離式路基斷面形式；雙向十車道及以上高速公路可采用復(fù)合式斷面形式(見圖6)。

圖6 《公路路線設(shè)計規(guī)范》中的標準橫斷面

JTG D20—2017第6.4.2條規(guī)定，高速公路整體式路基雙向八車道及以上路段，左側(cè)硬路基寬度不得小于2.5 m。對于超過八車道的整體式高速公路，增設(shè)左側(cè)路肩解決左側(cè)停車問題，從經(jīng)濟學(xué)的角度分析，其安全收益遠大于投資成本。其次，根據(jù)該規(guī)范對右側(cè)硬路肩的論述，該項目左側(cè)硬路肩雖然只停靠客車，但臨近車道為小客車為主的車輛，設(shè)計速度120 km/h，第1車道運營速度比靠近右側(cè)硬路肩的第5車道高很多，故左側(cè)硬路肩寬度采用3 m較安全。

根據(jù)該項目交通量特征，小客車占比達63%，運營采用客貨分行管控措施，第1車道可限制為小客車通行。JTG D20—2017第6.2.1條規(guī)定，八車道及以上公路內(nèi)側(cè)車道(僅第1、2車道)僅限小客車通行時，其車道寬度可采用3.5 m。該項目采用客貨分行管控，根據(jù)交通組成可按1、2、3車道客車，4、5車道貨車運營。因此，第1車道可僅限小客車，采用3.5 m寬車道，以節(jié)約項目用地。

對于大流量高速公路，除斷面形式外，考慮到車道較多、國內(nèi)車輛行駛特性等，國內(nèi)大部分高速公路管理采用客貨分行模式。另外，該項目端至端的直行流占比較大，對于橫斷面設(shè)置也有客貨分行、直行車道設(shè)置的考慮。故提出以下斷面進行比較：

(1) 整體式雙向十車道，客貨分行。斷面形式為3 m中分帶+(3 m左側(cè)硬路肩+3.5 m行車道+4×3.75 m行車道+3 m右側(cè)硬路肩+0.75 m土路肩)×2=53.5 m。車道管理方案為第1車道小客車，第2車道客車，第3車道客、貨車(以客車為主)，第4、5車道貨車?？蛙?車道V/C為0.72(V為交通量，C為通行能力)，貨車2車道V/C為0.63，滿足三級服務(wù)水平要求。

(2) 整體式雙向十車道，客貨分行，并設(shè)置1.5 m標線分隔帶。斷面形式為3 m中分帶+(3 m左側(cè)硬路肩+3×3.75 m客車行車道+1.5 m標線分隔帶+2×3.75 m貨車行車道+3 m右側(cè)硬路肩+0.75 m土路肩)×2=57 m。該斷面在斷面1的基礎(chǔ)上考慮客貨分道行駛的運行速度有一定差異，且流量較大，在客、貨車之間設(shè)置滿足側(cè)向余寬的標線分隔帶，降低安全風(fēng)險。該方案的占地較大，工程投資較大。

(3) 整體復(fù)合式雙向十二車道，客貨分行。斷面形式為3 m中分帶+(0.75 m左側(cè)路緣帶+3×3.75 m行車道+3 m右側(cè)硬路肩+2 m分隔帶+1.25 m左側(cè)硬路肩+3×3.75 m行車道+3 m右側(cè)硬路肩+0.75 m土路肩)×2=69.5 m。該方案按規(guī)范中整體復(fù)合式斷面形式設(shè)計。由于客、貨車硬隔離，運營方式是分離式，且2 m分隔帶對于互通出入設(shè)置較困難，考慮造價因素采用內(nèi)側(cè)直行不出入，則沙溪服務(wù)區(qū)、沙溪樞紐、沙溪互通需整體分離，互通只接外側(cè)，計算得外側(cè)車道數(shù)需求分別為2.61、2.14、2.91條，即外側(cè)需3條車道。該方案的造價相比整體式十車道大，用地量也大幅增加。

(4) 平面分離式斷面雙向十二車道。該項目原為雙向六車道，可在外側(cè)以分離式新建3條車道，形成雙向十二車道分離式斷面，斷面寬75～91 m。該方案內(nèi)外車道可通過設(shè)置連接匝道滿足出入互通的需求，但用地量最大，工程投資高。

(5) 縱面分離式斷面雙向十二車道。在現(xiàn)有六車道高速公路外側(cè)設(shè)置全程高架橋，每側(cè)三車道，并設(shè)置上下匝道連接，滿足進出互通的需求。該方案造價最高，且由于該項目在局部需下穿高速鐵路，需地面分離下穿后再高架，用地節(jié)約量無明顯優(yōu)勢。

除以上5種斷面方案外，在斷面形式不變的情況下，對車輛行駛的交通管控可分為客貨混行、客貨分行、目的地分行方案。各種斷面和交通管控方案對比見表3。

表3 太倉北樞紐至董浜樞紐段各斷面方案對比

從多車道斷面組成、交通運行方式、用地、造價、規(guī)范符合性等方面對各斷面方案及交通管控方案進行對比分析，結(jié)果顯示：整體式雙向十車道通過客、貨車分車道管理可滿足三級服務(wù)水平要求，交通安全性能得到保證，在工程投資上具有較大優(yōu)勢，且節(jié)約用地。整體復(fù)合式與分離式從交通運行上都是內(nèi)外分離式，太倉北樞紐至董浜樞紐段25 km范圍內(nèi)設(shè)置有服務(wù)區(qū)1處、樞紐2處、互通1處，平均間距約5 km，雖然從交通通行特征來看該段端到端的直行流占比較高，但該段內(nèi)幾處互通樞紐的出入也有一定需求，分離式形式存在一定不適應(yīng)性，而且整體復(fù)合式與分離式的占地大、造價高，包括縱向分離式連續(xù)高架設(shè)置半幅3+3車道分離式高速公路，對運營期的管養(yǎng)、救援等要求更高。在整體式斷面中，考慮設(shè)置范圍為太倉北樞紐至董浜樞紐段25 km，里程不長，且車輛行駛特征為端到端的交通流占比較大，客車占比接近80%，同時考慮節(jié)約用地、項目投資經(jīng)濟性等，推薦采用整體式雙向十車道斷面。在整體式雙向十車道斷面中，半幅3+2車道標線分隔方式雖然可將客、貨車分開一定側(cè)向距離以減少速度差的影響，但用地和造價提高，考慮到該段落為骨架高速公路，過境車輛占比大，駕駛者對路況較熟悉，出入高速公路提前判斷，減少變道對主線行駛的干擾。因此，推薦采用53.5 m整體式雙向十車道斷面。

在整體式雙向十車道交通管控上，對客貨混行、客貨分行、目的地分行進行對比，客貨混行服務(wù)水平只能達到四級，不滿足高速公路服務(wù)水平最小三級的要求。目的地分行方式，其服務(wù)水平低于客貨分行，且目前尚未有該方式管控的高速公路先例，駕駛者對該方案的適應(yīng)性有待研究。因此，該項目最終在整體式雙向十車道斷面中推薦客貨分行的53.5 m斷面方案。

4 結(jié)論

通過分析論證，推薦太倉北樞紐至董浜樞紐段采用整體式雙向十車道技術(shù)標準，其余路段采用整體式雙向八車道技術(shù)標準。

針對整體式雙向十車道斷面的路拱方案，對單幅雙向路拱、單幅折線形路拱、單幅單向路拱方案進行對比分析，結(jié)合項目區(qū)域內(nèi)滬寧(上?！暇?高速公路部分樞紐段雙向八車道及輔助車道處超寬斷面的排水情況分析，推薦采用單幅單向路拱方案，并設(shè)置路面綜合排水措施。

整體式雙向十車道斷面范圍內(nèi)互通設(shè)置幾何指標通過仿真和數(shù)據(jù)分析，在既有規(guī)范的基礎(chǔ)上進一步加強，保障互通出入的安全性。在交通標志、標線的設(shè)置上，采用局部實線、互通出入口階梯形標線、全線門架及可變信號板等多重措施對交通流進行合理管控。