山区高速公路扩建工程总体设计策略分析

2015-04-24邓韵发

福建交通科技 2015年1期

■邓韵发

（福建省交通规划设计院，福州 350001）

0 前言

随着经济的发展，山区高速公路改扩建也逐渐兴起。山区高速公路由于其社会、自然等特征，改扩建技术有其相应的特点。论文依托厦蓉高速公路改扩建工程实例，从总体设计角度出发，总结了路线总体设计与互通、桥涵、路基、隧道、景观、施工交通组织之间协同设计的技术策略及应用，为类似山区高速公路改扩建工程设计提供参考。

1 工程概况

厦蓉高速公路是厦门港通往江西、湖南等中西部地区的主通道，本项目是厦蓉线扩建工程中的一个组成部分。

路线起于漳州天宝，由东往西采用两侧拼宽扩建至风霜岭，以两侧分离扩建方式穿过风霜岭隧道后路线两侧拼宽，经南坪至红星，设南靖互通接319 国道，路线至大龙头山采用两侧分离穿过大龙头山隧道，后以左侧分离新建下行线的扩建方式至金山镇，设金山互通与319 国道衔接，之后路线终于金山。本段路线全长32.477km。

图1 厦蓉高速天宝至金山段扩建方案平面图

2 扩建原则与方式

2.1 扩建原则

高速公路改扩建特点之一是如何处理与现有高速公路的关系以及不能中断交通的实施条件，根据这一特点，结合山区高速公路沿线地形条件、地质条件、人文环境、生态环境等情况，高速公路扩建总体设计应遵循以下原则：

（1）尽可能节约土地资源、减少拆迁数量；

（2）最大限度地利用现有工程，节约工程费用；

（3）通过改扩建工程，消除现有高速公路平纵面线形、路基路面、安全设施等方面存在的缺陷；

（4）进行系统的施工交通组织设计，合理选择方案减少对现有道路交通的影响；

（5）注重环境保护和景观设计。

2.2 扩建方式

高速公路改扩建的型式主要有两种，分别为老路扩建改造和新建复线，其中老路扩建型式又分为双侧拼接加宽、单侧拼接加宽、单侧分离加宽、双侧分离加宽、单侧交错拼宽、混合加宽及局部调整老路线形完全新建等型式。

从国内外以及福泉厦漳高速公路扩建的实践来看，老路扩建后的路幅布置，无论从造价、占地，还是今后的营运、管理及养护的效果来说，采用两侧拼宽的方式无疑是最合理的。

作为山区高速公路，厦蓉高速公路本身的条件和沿线的制约因素很多，全线采用两侧拼宽难度极大，是无法实现的。因此扩建路幅布置结合实际情况，采用两侧拼宽为主，结合两侧分离以及单侧分离的扩建方式。

3 高速公路扩建设计技术策略分析及应用

3.1 注重原有道路的资料收集与分析

原有道路的设计资料收集是高速公路扩建的基础工作，收集目的是通过分析，为扩建设计提供指导和参考。从中掌握原设计线位布设及指标运用、沿线构造物布设选型等，并领会原设计的意图，避免重蹈原设计已避开控制因素或摒弃的设计方案。

扩建工程，尤其采用两侧拼宽为主的扩建方案，路线新建工程与原有工程相邻，地质具有较直接的参考作用。在分析地质的基础上，结合运营期养护情况、检测资料及现场调查，可以理出原有道路的发展变化的状况。

扩建工程除对原高速技术标准的分析外，还应注意扩建后，车道数的增加、路基加宽，对公路的视距、超高缓和曲线长、车道分合流交织等安全性的要求将更高，即扩建后道路技术状况的分析将是重点。

3.2 路线总体方案设计策略

3.2.1 把握路线布设关键因素，统筹兼顾，合理确定总体扩建方案

整体协调和自然性原则依然是公路扩建设计把握的方向，公路扩建总体设计应当充分考虑桥隧大型构造物与地形、地貌及平纵面线形的协调，在布设路线线位时将桥隧等大型构造物作为重要因素加以考虑。

原有老路高边坡和软基路段扩建方案的处理方案是扩建方案关注的焦点，也是路线方案选择的重要因素。扩建方案应尽量避免对原有高边坡进行二次开挖，保护原生态；以桥、路优化比选，避免长距离的软基路段拼宽，控制工程风险。将高边坡和特殊路基的扩建方案作为工程方案选择的重要指标。

3.2.2 细化整体式路基平纵设计，优化分离路段比选

扩建路线设计是个不断深化的过程。对于整体式拼宽路基，由于受到老路的平纵限制，因此设计的工作重点是根据搜点测量资料对老路平纵线型进行拟合、细化。其纵面线形以老桥标高为控制、按“宁填勿挖”的原则进行设计，尽量保持与现有的路基的合理高差，并尽量避免新的加载造成软基路段原有路基的再沉降，减少对中央分隔带的破坏，降低路基路面造价。

3.2.3 协同横断面，以线形设计消除老路存在的不足

改扩建后高速公路技术标准提高，原有公路的视距、缓和曲线超高长度等往往不能满足要求，因此在路线设计方面，扩建线形的设计应当从新的技术标准出发，综合路基横断面，重新进行线形设计，从源头上消除老路存在的视距不足等问题。

厦蓉高速改扩建中，通过线位拟合，检查出风霜岭路段至南靖丰田互通段整体式路基的原有路线平面半径不能满足扩建为八车道后的视距要求，以及不满足扩建后路线超高过渡的缓和曲线长度要求。设计中，通过分析比较，摒弃了该路段拟用分离式路基的方案和论证修改路段设计速度的方式，而采用维持原中央分隔带，以线形设计消除老路存在的不足。这种设计方法，路基横断面上体现为部分路段细化加宽，与分离式路基相比，大大减少了工程量和用地，也更有利于互通路段分合流运行安全。详见图2 和图3。

图2 南坪段扩建方案平面图

图3 南坪段扩建方案路基断面示意图

3.3 兼顾安全、土石平衡的主线、互通协同设计

扩建工程中，主线采用两侧拼宽方式扩建时，路线纵坡受到老路的严格限制，在土石平衡方面通常难以兼顾实现。而互通作为总体工程中的“点”，则可灵活设计，与主线协同，形成互补。例如，互通段主线、匝道与主线紧密协调，在满足交通需求，提高安全性的同时，优化匝道布置，以利于主线整体的土石方平衡。

厦蓉高速公路包含丰田和金山两座互通，改扩建时，在确定了采用原位扩建的总体方式后，其后阶段则采用了主线与互通协同设计的思路进行平纵设计。

（1）丰田互通

南靖丰田互通原拟用A 型，根据调查，主线外侧存在高边坡，附近存在滑坡，原位扩建存在安全隐患，同时该路段主线为欠方，结合互通场区地形，最终拟定了B 型方案，该方案避开主线右侧高边坡，利用匝道开挖主线右侧小型山包形成余方。方案同时实现了标段的土石平衡，避开了高边坡，消除了施工期、运营期存在的安全隐患。详见图4。

图4 丰田互通改扩建方案平面示意图

（2）金山互通

金山互通在确定采用原位扩建的方式后，互通区主线、匝道的设计就成为后期考虑的重点。金山互通主线采用左侧分离的扩建方式，互通区原分流匝道纵坡较大，经分析，受用地限制，主线线位布设调整余地有限，这样与匝道紧密相关的主线标高设计就成了互通设计的重点。在最终的方案中，结合主线欠方的情况，合理控制新线与老路高差，降低主线分流段纵坡，提高了互通的安全性，同时也解决了区段欠方问题。详见图5和图6。

图5 金山互通改扩建方案平面示意图

图6 金山互通新建主线纵面设计示意图

3.4 适应地形，兼顾地方需求的隧道扩建平纵设计

隧道是高速公路的重要构造物，隧道出入口前后段落通常地形变化较大，是扩建工程中的关注点。因此，首先在方案设计阶段，隧道扩建应综合考虑地形、路线指标、造价等多因素进行比选确定。对于山区高速公路，适应地形、兼顾地方的需求往往是隧道扩建平纵设计的重点。

厦蓉高速公路经工程量和交通组织的比选，确定了风霜岭隧道和大龙头山隧道均采用两侧分离的扩建方式。设计中，风霜岭隧道进出口根据左侧山势较高，且附近存在冲沟和机耕通道的情况，采取从山凹部抬高纵断的方式设计，避开冲沟和保证通道净空。而大龙头山隧道依据左低右高的山势地形，在考虑新旧隧道横洞可行的情况下，尽量抬高右线新建隧道出口的纵断。对于新建的左线，则依据地形，结合地方平衡水源的要求，采用了“人字坡”的纵面设计，结合横断布设采取了压低出口段标高的设计。详见图7.

图7 大龙头山隧道左线纵断面设计方案

3.5 随形就势，协调景观的纵坡设计策略

改扩建工程中，老路作为既有的公路，存在既有构造物和景观，山区高速公路扩建设计，应当充分考虑与原有公路组合后的景观视觉效果，将公路地形与土建设计相结合。

厦蓉高速公路扩建中，新线的设计线位尽量与地形相适应，纵断则结合地形、以及老路的位置、标高进行协调布设。大龙头山至金山段项目采用了左侧分离新建下行线方式扩建，扩建设计中，新线的设计依据山形地势，控制新线纵坡与老路平齐或更低，从而很好的贴合了地形，形成沿山梯级布设的格局，避免了单一纵断设计追求坡度、坡长的指标组合，而疏忽新建公路与老路、地形协调的景观要求。详见图8。

图8 扩建公路沿山梯级布设示意图

3.6 考虑施工期交通组织的总体设计

“边通车，边施工”是扩建工程的特点，扩建工程的施工交通组织与新线不同，扩建设计应摒弃“重工程设计、轻交通设计”的思想，对交通组织进行系统设计，避免改扩建施工过程中交通组织的无序。

在扩建方案总体设计中，在总体工程量相当的情况下，适宜优先选用两侧拼宽的扩建方式。该方式路面横坡设置可与拼宽路面同向顺坡过渡，在路面施工中顺坡拼接易于实施，对施工期交通影响最小。

互通立交不仅是路网的节点，亦是扩建工程最重要的环节，互通立交改扩建实施成功与否，直接影响保通目标的实现，可谓“牵一发而动全身”。因此，互通改扩建方案在方案构思时就应充分考虑施工交通组织实施的可行性，并将施工交通组织贯穿设计始终。总体设计中，保通匝道的标准、保通匝道的平纵面线形应与现有匝道以及实施匝道衔接，以保证交通的顺利转换。详细设计中，注重既有涵洞通道、匝道路面拆除前的利用等。

互通施工组织总体设计可采取“由外向内”的方法，采用先外围修建，后将交通引入外围已修道路，再进行内部新建或既有道路改建的剩余工程修建见(图9)。