改扩建高速公路的路线设计原则及要点分析

2017-06-01陈康俊

城市道桥与防洪 2017年4期

关键词：线形单侧路线

陈康俊

（浙江公路水运工程咨询公司，浙江杭州 310014）

改扩建高速公路的路线设计原则及要点分析

陈康俊

（浙江公路水运工程咨询公司，浙江杭州 310014）

随着我国经济发展和交通运输增长，越来越多的道路结构不能满足运输和通行要求，面临改扩建挑战。剖析了改扩建高速公路的路线设计原则，同时分析了改扩建高速公路的线路设计内容，分别从线形设计、平面线形拟合、纵面线形拟合、道路横断面设计四个方面阐述了关键设计要点和解决方案，最后通过一个工程案例说明了改扩建高速公路的路线设计方法，充分利用旧有道路资源，同时满足现有道路设计标准和要求。

改扩建；高速公路；路线设计；要点分析

0 引言

随着我国公路交通等基础设施的发展和完善，各区域体系化的路网结构逐渐形成，四通八达的路网结构为交通运输、区域经济连通、社会交流等提出了基础，同时也促进这经济和交通运输的快速发展。经济和交通运输的发展，也使得我国部分早先建设的道路结构，无法满足现有的交通运输需求。一方面，原有建设的公路体系其设计等级低、车道数量少、运输效率低等，无法满足快速增长的交通运输要求；另一方面，早先建设的道路结构其施工质量参差不齐，运行中出现了各种各样的病害，也面临大面积维修养护要求[1,2]。因此，越来越多的公路工程需要进行改建和扩建，以满足现有的交通运输和长期使用要求。改扩建的高速公路，并不能简单地按照原有道路的设计方法和标准进行，也不能完全重新的建造一条新的公路，而应该在充分利用原有道路结构的基础上，进行适当地改建和扩建，达到统一的设计标准，同时满足现有以及未来的交通通行要求[3,4]。

1 改扩建高速公路路线设计基本原则

改扩建高速公路一方面要满足现有的建设要求，另一方面相关路基、线形等都受到原有道路的影响，因此需要建立科学的设计原则，以指导改扩建高速公路的线路设计。

（1）根据原有路线长度建立改扩建策略。如果原公路路线较短，则可以根据原有道路的使用情况灵活选择改扩建方法，例如原道路设计等级低、运营病害多、交通运行不通畅、时长发生交通事故或者拥堵等，则可以考虑进行全新的道路设计和规划。如果原公路路线很长，则一般在尽量保留原有满足质量要求的构造物的基础上，开展改扩建道路的路线设计。

（2）充分利用原有道路结构的构造物，对于构造物质量尚能满足后续建设要求的，采取保留措施。如果实在不能满足使用要求，可以另行选址建造。路线的平、纵、断面设计，需要以这些沿线构造物作为基础进行路线设计，尽量保证设计拟合的线形与实际情况相符。

（3）充分利用原道路两侧预留土地，以节省土地资源、避免拆迁为原则进行改扩建线路设计。并根据路线两侧的自然环境和地理条件进行方案设计，达到改扩建线路与周边环境吻合，减少生态破坏和环境污染为原则。

（4）改扩建的线路标准应该满足道路线形设计的所有一般性原则，例如避免出现交通拥堵现象，避免出现交通安全事故，满足驾驶环境要求避免疲劳驾驶等。

2 改扩建高速公路路线设计要点

2.1 线形设计调研

高速公路线形是道路与使用状态和车辆运营安全的基本保障。开展改扩建高速公路的线形设计前需要对原有道路的运行情况进行系统的调研分析。掌握原有线路所出现的交通问题和车辆问题，特别是交通拥堵和交通安全频发路段、交通量很少路段、车辆运行不稳定路段等，对这些路段进行实地勘察、设计资料重审等方法，找出问题所发生的原因，并在后续的线形设计中充分考虑上述因素，进行最大程度规避或者解决，这是开展线形设计的基础。

2.2 平面线形拟合设计

车辆在平曲线上的行驶主要表现为车辆的平动和径向转动，这种平曲线的驾驶过程应该平缓过渡，如果出现突然的曲线变化，则很容易造成车辆按照原本的转动和平动行驶而无法做出及时改变，引发交通安全问题。改扩建道路的平面线形拟合根据设计原则，将原有道路两侧的构造物、桥梁、隧道等作为基础参考点，进行多段线拟合。若道路中出现较多的圆弧和曲线等，可以采用“多元曲线拟合法”进行设计，将线路拟合误差控制到最小。

车辆行驶的稳定和安全是保障道路通行效率和运营安全的关键。平面拟合设计中需要注重车辆的行车安全和舒适性，控制线路的平稳转换和衔接，使得车辆的行驶具有很好的过渡效应。例如对于较长圆弧的线路，可以通过增加过渡直线段的方式以降低偏心驾驶带来的风险，对于急转弯路可以设置较长的衔接路线达到降低撞车等风险。

2.3 纵面线形拟合设计

竖曲线与行车安全紧密关系，主要影响因素是坡长、坡度变换的变坡点曲率和行车视距等参数，这些参数与高速公路的设计时速紧密相连。车辆在竖曲线上的行驶机理主要是车辆的平动和法向转动，研究表明车辆经过纵向坡道时车速的不自觉累加是造成交通事故的关键。改扩建高速公路的线路设计会遇到道路交叉和路面综合分层设计等问题，需要采用纵面拟合设计方法。首先，将典型构造物作为基础参照，采用分段拟合和分幅拟合的方法将设计线路与实际线路误差最小；其次，根据纵向道路特点遵照宁填勿挖的方式形成缓和的纵向路线；再则，针对于受到通行高度限制和构造物限制的情况，需要保证竖曲线大于或等于3 s的行程；最后，对全线进行审核，以满足车辆平稳、安全和舒适行驶要求。

为了满足整体路面的使用效果，特别需要关注道路坡度的设计。研究发现，道路交通事故率与坡度具有直接的关系，见图1，在坡度6%以内的变化是事故率上升比较明显，达到7%后事故率完全发散，交通行驶极为不安全。因此针对可能较大坡度的路段，可以采用二次分幅调坡或者增加厚度的方式，保证车辆行驶的安全性。例如坡度过大的路段，可以通过增加铺设厚度方式降低颠簸风险。

图1 不同坡度下道路交通事故率

2.4 道路断面拓宽设计

道路加宽根据新建道路与原有道路的连接关系，可以分为单侧分离加宽、双侧分离加宽单侧拼接加宽和双侧拼接加宽等四种型式[5,6]，见图2。一般来说，采用单侧拼接加宽和双侧拼接加宽对于改扩建道路的路基加宽是较为经济的方法，可以充分利用原道路路基结构，同时又不占用大量的土地资源。单侧或双侧的拼接加宽方法，施工临时工程少且占地少、不拓宽路基的排水和防护等设施可利用、拓宽的平纵线型与旧路一致、道路通行效率高等优势，设计建造相对经济，但需解决新旧路基不均匀沉降难题。若特殊情况下这两种拓宽方式不能满足要求，可采用单侧分离加宽方式。

图2 道路加宽主要型式

3 工程案例解析

某高速公路原来的设计荷载等级为汽车-20级技术标准，该道路使用多年出现了较多病害，同时该区域的交通运输日益增长，同时具有交通量大、地质地形状况复杂等特点，为了满足现有的经济增长的道路交通运输要求，拟对原有道路进行改扩建。

该道路原有的线路平曲线是300～400 m若干不等半径的部分圆弧组成，平面线形相对而言比较舒坦，整体的弧线和直线衔接性良好，该区域道路的车辆运行较少出现交通安全事故。比较突出的问题是：原有线路有连续2 300 m且平均坡度5.5%的较大纵坡，即图3所示的左线。

图3 依托工程线路走势

由于原有线路（左线）具有较长较大的纵坡，整体纵向线形不佳，因此不适宜采用单侧拼接加宽和双侧拼接加宽的形式，若按照这种思路进行道路线形设计，则较长较大坡度的纵向线形需要改造与优化。考虑到原有的道路其运营性能还行，仅需要对路面结构进行翻新处理就基本能满足现有设计等级的要求，因此最终采用单侧分离的设计方法，即图3中的右线。

单侧分离设计的右线，不仅充分利用了原有的左幅线路结构，节约用地和路基等资源，相比较于全新选择道路新线，可以节省很大造价，是较优的改扩建线路选型方式。

4 结论

高速公路改扩建是未来公路工程建设的重要问题，也是一个复杂的系统工程，需要权衡考虑多方面因素。论文总结了改扩建高速公路路线设计的基本原则；分析了改扩建高速公路设计的基本要点：包含线形设计方法、平面线形拟合设计内容和要点、纵向线形设计技术、道路横断面改扩建型式和特点等；最后结合一个工程案例，分析了改扩建道路线路设计的具体实施方案。本文的相关分析可为类似改扩建工程的线路设计提供参考。

[1]李世纬,廖朝华,刘利民.高速公路改扩建工程路线设计探讨[J].中外公路,2010,30(3):1-4.

[2]徐坤,赵海艳.改扩建高速公路路线设计分析[J].山东交通科技, 2015(1):45-46.

[3]汪海涛.改扩建公路路线设计要点分析[J].工程技术 (文摘版), 2015(69):252.

[4]尹攀.对高速公路改扩建工程路线的设计分析[J].城市道桥与防洪,2016(6):38-40.

[5]陈胜营,刘祖祥.高速公路改扩建方案思考[J].公路,2001(7): 102-104.

[6]刘奉侨,曲向进,聂鹏,等.沈大高速公路改扩建工程路基加宽技术[J].辽宁交通科技,2005(1):1-7.

洞庭湖特大桥主桥合龙我国“北煤南运”通道建设提速

岳阳洞庭湖特大桥主桥近日顺利合龙，标志着世界上一次建成里程最长的重载铁路和国内规模最大的运煤专线蒙华铁路（蒙西至华中地区）煤运通道建设取得重大阶段性进展。这也是我国"北煤南运"通道在相继跨越黄河、长江之后，在施工建设过程中取得的又一突破。

洞庭湖特大桥是一座三塔斜拉双线重载铁路桥梁，正桥全长1 290.24 m，承载1万t荷载，可满足重载列车120 km运行时速，是目前世界跨度最大的三塔铁路斜拉桥。

随着跨越黄河、长江和洞庭湖的4座大桥施工建设的顺利推进，蒙华铁路将提前至2019年开通。其中，湖北荆州长江公铁特大桥已全面建成，两座跨越黄河的特大桥工程建设也进展迅速。

计划2020年建成通车的蒙华铁路全长1 800 km，跨越蒙、陕、晋、豫、鄂、湘、赣七省区，规划年运输能力2亿t以上，总投资估算1 900多亿元，是继大秦铁路（山西大同至河北秦皇岛）之后国内又一条超长距离的运煤大通道。

U412.3