高速公路改扩建老路中分带开口长度探析

蒋云昕

（浙江中交通力工程设计有限公司，浙江 杭州 310011）

一、工程概述

目前，国内平原地区的改扩建以双侧加宽为主，但在山区高速公路采用双侧拼宽的改扩建模式不一定适合山区的地形和地质条件，部分区域采用双侧整体式加宽模式，工程上基本不可行。结合笔者参加的连霍国道主干线郑州至洛阳高速公路改建工程的设计及施工配合全过程的经历，本项目改建宜采用单侧加宽的改扩建方式。这种改扩建模式在国内尚属首次，可参考的资料较少。单侧加宽改扩建模式涉及到老路由原来的双向四车道改造成为单向四车道的行车模式，老路的互通立交前后中分带开口长度及老路现状中分带如何利用等问题的研究，成为了本项目的关键性技术难点。

本项目起于郑州西南绕城枢纽立交西侧2km，止于洛阳西南绕城枢纽立交，改扩建采用单侧加宽的改扩建方式。该方案的主要特点是：现状老路的双向四车道高速公路改造成新建后的八车道高速公路右半幅单方向的四个车行道，新建单侧四车道作为左幅车行道。下面结合笔者参加本项目第二设计合同段的设计体会，对单侧加宽高速公路老路中分带开口长度确定的设计思路、方法与大家分享和探讨。

图1 单侧加宽路基标准横断面图

二、老路现状

本项目山岭区路段采用设计速度100km/h，路基宽度为24.5m，横断面布置为：行车道2×2×3.75m，左侧路缘带2×0.5m，硬路肩2×2.5m，中央分隔带2m，土路肩2×0.75m。本项目平原区路段采用设计速度120km/h，路基宽度为26.0m，横断面布置为：行车道2×2×3.75m，硬路肩2×2.5m，左侧路缘带2×0.75m，中央分隔带3m，土路肩2×0.75m。

三、改建后单侧整体式加宽路基横断面

改建后的标准横断面为：现状老路改造成为右幅的单向四车道，另外在现状老路的左侧增加单向四车道的整体式的路基横断面，左侧加宽的左幅标准路基宽度19.5m，其中行车道宽度4×3.75m，右侧硬路肩宽度 3.0m，左侧路缘带宽度 0.75m，土路肩宽度2×0.75m。平原区路段设计速度为120km/h时，中央分隔带标准段L取3米，山岭区设计速度为100km/h时，中央分隔带标准段L取2米。单侧加宽路基标准横断面及行车模式见图1、图2。

图2 单侧加宽高速公路行车模式平面示意图

四、改建互通立交前后老路中分带开口部长度论证

采用单侧加宽的改扩建模式，应参考车辆的行驶方式。车辆在正常路段原则上无需进行变换车道行驶，但由于进出互通的需要，车辆在互通区前后路段存在着变换车道行驶的可能。为节省工程投资，同时根据车辆的行驶方式，现状中分带取消范围主要集中在互通区前后路段，其他路段原则上保留现状的中分带不进行改造。

现状老路的左半幅车流经中分带开口段再进入老路的右半幅的行车模式为：首先车流从老路左半幅进入中分带开口段为分流、减速过程，车流从中分带开口段进入老路的右半幅为合流、加速过程。因此，中分带开口段长度由三段组成：开口始端长度L1、开口段中间区长度、开口末端长度L2。

（一）开口始端长度L1确定

开口始端长度L1由分流渐变段和减速车道长度组成。根据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）第11.5.3条规定：高速公路主线的分岔渐变段的渐变率为1∶40。车辆从老路的左幅右侧车道变道至老路的中间带开口段，车辆的渐变段长度为：设计速度为120km/h时，距离为(3.75/2+3.75+4.5/2)×40=315米；设计速度为100km/h时，距离为(3.75/2+3.75+3.0/2)×40=285米。

减速车道长度根据减速车道长度计算公式L=（v12-v22）/26a可得；假设车辆拟设计速度120km/h(100 km/h)匀速横移一个车道宽度行驶进入中央带开口段，然后在新开辟的车道上减速至70km/h(60km/h)。从驾驶员舒适性角度考虑，减速度要在1.3m/s2以下，本次设计取a=1.3m/s2。经计算：设计速度为120km/h时，减速段长度为282米；设计速度为100km/h时，减速段长度为190米。因此，设计速度为120km/h时，开口始端长度L1=315+282=597米；设计速度为100km/h时，开口始端长度L1=285+190=475米。

表1 中分带变换车道长度

（二）开口中间区段长度通过交织理论、穿越间隙理论、排队理论等相关理论，结合不同的互通相关情况分别计算可得。根据不同互通的交通流情况、设计速度、车道宽度等参数，计算出本合同段5个互通的开口段长度为840m～540m不等，本次设计取840m。

（三）开始末端长度L2确定

开口始端长度L1由合流渐变段和加速车道长度组成。根据《公路路线设计规 范》（JTG D20-2006）第11.5.3条规定：高速公路主线的合流渐变段的渐变率为1∶80。车辆从老路的中间带开口段变道至老路的右幅右侧车道，车辆的渐变段长度为：设计速度为120km/h时，距离为(3.75/2+3.75+4.5/2)×80=630米；设计速度为100km/h时，距离为(3.75/2+3.75+3.0/2)×80=570米。

（四）老路中分带开口段长度

为确保车辆充分变换车道需要，根据上述计算可得，互通前后老路中分带变换车道范围长度最小值如下表1。

五、结论

考虑到本项目的改扩建模式可借鉴的资料有限。项目业主在项目实施过程中同时也委托北京工业大学对郑洛高速公路改建立交前后中央带开口长度设置方案进行了系统的理论研究并进行了实验模拟测试。北工大的理论研究与设计单位的论证分析对于老路中央带开口段需要的长度，两者结论基本一致。最后，本项目互通区前后老路中央带开口范围基本确定为互通区前3.5km～1.5km及互通区后1.5km～3.5km，其他路段现状中央分隔带均保留。

随着我国经济的发展，改扩建的高速公路既有平原区的也有山岭区的高速公路，高速公路的改扩建模式也将结合地形、地质及结构物等不同而采用不同的改扩建模式。在今后的高速公路加宽改造过程中，单侧加宽的高速公路改扩建模式也将会越来越多地被采用，单侧加宽高速公路的改扩建势必涉及到现有老路的改造利用问题，现有老路的行车模式的研究特别是互通区前后路段、现有老路的中央分隔带开口长度、现有老路的左右幅双向横坡对行车的影响等，将是单侧加宽高速公路改扩建的关键技术和重点需解决的技术难题。