山區高速公路擴建工程總體設計策略分析

■鄧韻發

（福建省交通規劃設計院，福州 350001）

0 前言

隨著經濟的發展，山區高速公路改擴建也逐漸興起。山區高速公路由于其社會、自然等特征，改擴建技術有其相應的特點。論文依托廈蓉高速公路改擴建工程實例，從總體設計角度出發，總結了路線總體設計與互通、橋涵、路基、隧道、景觀、施工交通組織之間協同設計的技術策略及應用，為類似山區高速公路改擴建工程設計提供參考。

1 工程概況

廈蓉高速公路是廈門港通往江西、湖南等中西部地區的主通道，本項目是廈蓉線擴建工程中的一個組成部分。

路線起于漳州天寶，由東往西采用兩側拼寬擴建至風霜嶺，以兩側分離擴建方式穿過風霜嶺隧道后路線兩側拼寬，經南坪至紅星，設南靖互通接319 國道，路線至大龍頭山采用兩側分離穿過大龍頭山隧道，后以左側分離新建下行線的擴建方式至金山鎮，設金山互通與319 國道銜接，之后路線終于金山。本段路線全長32.477km。

圖1 廈蓉高速天寶至金山段擴建方案平面圖

2 擴建原則與方式

2.1 擴建原則

高速公路改擴建特點之一是如何處理與現有高速公路的關系以及不能中斷交通的實施條件，根據這一特點，結合山區高速公路沿線地形條件、地質條件、人文環境、生態環境等情況，高速公路擴建總體設計應遵循以下原則：

（1）盡可能節約土地資源、減少拆遷數量；

（2）最大限度地利用現有工程，節約工程費用；

（3）通過改擴建工程，消除現有高速公路平縱面線形、路基路面、安全設施等方面存在的缺陷；

（4）進行系統的施工交通組織設計，合理選擇方案減少對現有道路交通的影響；

（5）注重環境保護和景觀設計。

2.2 擴建方式

高速公路改擴建的型式主要有兩種，分別為老路擴建改造和新建復線，其中老路擴建型式又分為雙側拼接加寬、單側拼接加寬、單側分離加寬、雙側分離加寬、單側交錯拼寬、混合加寬及局部調整老路線形完全新建等型式。

從國內外以及福泉廈漳高速公路擴建的實踐來看，老路擴建后的路幅布置，無論從造價、占地，還是今后的營運、管理及養護的效果來說，采用兩側拼寬的方式無疑是最合理的。

作為山區高速公路，廈蓉高速公路本身的條件和沿線的制約因素很多，全線采用兩側拼寬難度極大，是無法實現的。因此擴建路幅布置結合實際情況，采用兩側拼寬為主，結合兩側分離以及單側分離的擴建方式。

3 高速公路擴建設計技術策略分析及應用

3.1 注重原有道路的資料收集與分析

原有道路的設計資料收集是高速公路擴建的基礎工作，收集目的是通過分析，為擴建設計提供指導和參考。從中掌握原設計線位布設及指標運用、沿線構造物布設選型等，并領會原設計的意圖，避免重蹈原設計已避開控制因素或摒棄的設計方案。

擴建工程，尤其采用兩側拼寬為主的擴建方案，路線新建工程與原有工程相鄰，地質具有較直接的參考作用。在分析地質的基礎上，結合運營期養護情況、檢測資料及現場調查，可以理出原有道路的發展變化的狀況。

擴建工程除對原高速技術標準的分析外，還應注意擴建后，車道數的增加、路基加寬，對公路的視距、超高緩和曲線長、車道分合流交織等安全性的要求將更高，即擴建后道路技術狀況的分析將是重點。

3.2 路線總體方案設計策略

3.2.1 把握路線布設關鍵因素，統籌兼顧，合理確定總體擴建方案

整體協調和自然性原則依然是公路擴建設計把握的方向，公路擴建總體設計應當充分考慮橋隧大型構造物與地形、地貌及平縱面線形的協調，在布設路線線位時將橋隧等大型構造物作為重要因素加以考慮。

原有老路高邊坡和軟基路段擴建方案的處理方案是擴建方案關注的焦點，也是路線方案選擇的重要因素。擴建方案應盡量避免對原有高邊坡進行二次開挖，保護原生態；以橋、路優化比選，避免長距離的軟基路段拼寬，控制工程風險。將高邊坡和特殊路基的擴建方案作為工程方案選擇的重要指標。

3.2.2 細化整體式路基平縱設計，優化分離路段比選

擴建路線設計是個不斷深化的過程。對于整體式拼寬路基，由于受到老路的平縱限制，因此設計的工作重點是根據搜點測量資料對老路平縱線型進行擬合、細化。其縱面線形以老橋標高為控制、按“寧填勿挖”的原則進行設計，盡量保持與現有的路基的合理高差，并盡量避免新的加載造成軟基路段原有路基的再沉降，減少對中央分隔帶的破壞，降低路基路面造價。

3.2.3 協同橫斷面，以線形設計消除老路存在的不足

改擴建后高速公路技術標準提高，原有公路的視距、緩和曲線超高長度等往往不能滿足要求，因此在路線設計方面，擴建線形的設計應當從新的技術標準出發，綜合路基橫斷面，重新進行線形設計，從源頭上消除老路存在的視距不足等問題。

廈蓉高速改擴建中，通過線位擬合，檢查出風霜嶺路段至南靖豐田互通段整體式路基的原有路線平面半徑不能滿足擴建為八車道后的視距要求，以及不滿足擴建后路線超高過渡的緩和曲線長度要求。設計中，通過分析比較，摒棄了該路段擬用分離式路基的方案和論證修改路段設計速度的方式，而采用維持原中央分隔帶，以線形設計消除老路存在的不足。這種設計方法，路基橫斷面上體現為部分路段細化加寬，與分離式路基相比，大大減少了工程量和用地，也更有利于互通路段分合流運行安全。詳見圖2 和圖3。

圖2 南坪段擴建方案平面圖

圖3 南坪段擴建方案路基斷面示意圖

3.3 兼顧安全、土石平衡的主線、互通協同設計

擴建工程中，主線采用兩側拼寬方式擴建時，路線縱坡受到老路的嚴格限制，在土石平衡方面通常難以兼顧實現。而互通作為總體工程中的“點”，則可靈活設計，與主線協同，形成互補。例如，互通段主線、匝道與主線緊密協調，在滿足交通需求，提高安全性的同時，優化匝道布置，以利于主線整體的土石方平衡。

廈蓉高速公路包含豐田和金山兩座互通，改擴建時，在確定了采用原位擴建的總體方式后，其后階段則采用了主線與互通協同設計的思路進行平縱設計。

（1）豐田互通

南靖豐田互通原擬用A 型，根據調查，主線外側存在高邊坡，附近存在滑坡，原位擴建存在安全隱患，同時該路段主線為欠方，結合互通場區地形，最終擬定了B 型方案，該方案避開主線右側高邊坡，利用匝道開挖主線右側小型山包形成余方。方案同時實現了標段的土石平衡，避開了高邊坡，消除了施工期、運營期存在的安全隱患。詳見圖4。

圖4 豐田互通改擴建方案平面示意圖

（2）金山互通

金山互通在確定采用原位擴建的方式后，互通區主線、匝道的設計就成為后期考慮的重點。金山互通主線采用左側分離的擴建方式，互通區原分流匝道縱坡較大，經分析，受用地限制，主線線位布設調整余地有限，這樣與匝道緊密相關的主線標高設計就成了互通設計的重點。在最終的方案中，結合主線欠方的情況，合理控制新線與老路高差，降低主線分流段縱坡，提高了互通的安全性，同時也解決了區段欠方問題。詳見圖5和圖6。

圖5 金山互通改擴建方案平面示意圖

圖6 金山互通新建主線縱面設計示意圖

3.4 適應地形，兼顧地方需求的隧道擴建平縱設計

隧道是高速公路的重要構造物，隧道出入口前后段落通常地形變化較大，是擴建工程中的關注點。因此，首先在方案設計階段，隧道擴建應綜合考慮地形、路線指標、造價等多因素進行比選確定。對于山區高速公路，適應地形、兼顧地方的需求往往是隧道擴建平縱設計的重點。

廈蓉高速公路經工程量和交通組織的比選，確定了風霜嶺隧道和大龍頭山隧道均采用兩側分離的擴建方式。設計中，風霜嶺隧道進出口根據左側山勢較高，且附近存在沖溝和機耕通道的情況，采取從山凹部抬高縱斷的方式設計，避開沖溝和保證通道凈空。而大龍頭山隧道依據左低右高的山勢地形，在考慮新舊隧道橫洞可行的情況下，盡量抬高右線新建隧道出口的縱斷。對于新建的左線，則依據地形，結合地方平衡水源的要求，采用了“人字坡”的縱面設計，結合橫斷布設采取了壓低出口段標高的設計。詳見圖7.

圖7 大龍頭山隧道左線縱斷面設計方案

3.5 隨形就勢，協調景觀的縱坡設計策略

改擴建工程中，老路作為既有的公路，存在既有構造物和景觀，山區高速公路擴建設計，應當充分考慮與原有公路組合后的景觀視覺效果，將公路地形與土建設計相結合。

廈蓉高速公路擴建中，新線的設計線位盡量與地形相適應，縱斷則結合地形、以及老路的位置、標高進行協調布設。大龍頭山至金山段項目采用了左側分離新建下行線方式擴建，擴建設計中，新線的設計依據山形地勢，控制新線縱坡與老路平齊或更低，從而很好的貼合了地形，形成沿山梯級布設的格局，避免了單一縱斷設計追求坡度、坡長的指標組合，而疏忽新建公路與老路、地形協調的景觀要求。詳見圖8。

圖8 擴建公路沿山梯級布設示意圖

3.6 考慮施工期交通組織的總體設計

“邊通車，邊施工”是擴建工程的特點，擴建工程的施工交通組織與新線不同，擴建設計應摒棄“重工程設計、輕交通設計”的思想，對交通組織進行系統設計，避免改擴建施工過程中交通組織的無序。

在擴建方案總體設計中，在總體工程量相當的情況下，適宜優先選用兩側拼寬的擴建方式。該方式路面橫坡設置可與拼寬路面同向順坡過渡，在路面施工中順坡拼接易于實施，對施工期交通影響最小。

互通立交不僅是路網的節點，亦是擴建工程最重要的環節，互通立交改擴建實施成功與否，直接影響保通目標的實現，可謂“牽一發而動全身”。因此，互通改擴建方案在方案構思時就應充分考慮施工交通組織實施的可行性，并將施工交通組織貫穿設計始終。總體設計中，保通匝道的標準、保通匝道的平縱面線形應與現有匝道以及實施匝道銜接，以保證交通的順利轉換。詳細設計中，注重既有涵洞通道、匝道路面拆除前的利用等。

互通施工組織總體設計可采取“由外向內”的方法，采用先外圍修建，后將交通引入外圍已修道路，再進行內部新建或既有道路改建的剩余工程修建見(圖9)。

圖9 互通施工組織總體設計示意圖

4 結語

改擴建工程總體設計是擴建工程最重要的環節，其重要性影響到工程項目的各個方面。擴建設計中認真研究路線與互通、橋涵、路基、隧道、景觀、施工交通組織之間的關系，統籌全局，宏觀與微觀設計緊密結合、不斷調整優化，從總體設計上為擴建工程實施奠定良好基礎。

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