改擴建高速公路的路線設計原則及要點分析

陳康俊

（浙江公路水運工程咨詢公司，浙江 杭州 310014）

改擴建高速公路的路線設計原則及要點分析

陳康俊

（浙江公路水運工程咨詢公司，浙江 杭州 310014）

隨著我國經濟發展和交通運輸增長，越來越多的道路結構不能滿足運輸和通行要求，面臨改擴建挑戰。剖析了改擴建高速公路的路線設計原則，同時分析了改擴建高速公路的線路設計內容，分別從線形設計、平面線形擬合、縱面線形擬合、道路橫斷面設計四個方面闡述了關鍵設計要點和解決方案，最后通過一個工程案例說明了改擴建高速公路的路線設計方法，充分利用舊有道路資源，同時滿足現有道路設計標準和要求。

改擴建；高速公路；路線設計；要點分析

0 引言

隨著我國公路交通等基礎設施的發展和完善，各區域體系化的路網結構逐漸形成，四通八達的路網結構為交通運輸、區域經濟連通、社會交流等提出了基礎，同時也促進這經濟和交通運輸的快速發展。經濟和交通運輸的發展，也使得我國部分早先建設的道路結構，無法滿足現有的交通運輸需求。一方面，原有建設的公路體系其設計等級低、車道數量少、運輸效率低等，無法滿足快速增長的交通運輸要求；另一方面，早先建設的道路結構其施工質量參差不齊，運行中出現了各種各樣的病害，也面臨大面積維修養護要求[1,2]。因此，越來越多的公路工程需要進行改建和擴建，以滿足現有的交通運輸和長期使用要求。改擴建的高速公路，并不能簡單地按照原有道路的設計方法和標準進行，也不能完全重新的建造一條新的公路，而應該在充分利用原有道路結構的基礎上，進行適當地改建和擴建，達到統一的設計標準，同時滿足現有以及未來的交通通行要求[3,4]。

1 改擴建高速公路路線設計基本原則

改擴建高速公路一方面要滿足現有的建設要求，另一方面相關路基、線形等都受到原有道路的影響，因此需要建立科學的設計原則，以指導改擴建高速公路的線路設計。

（1）根據原有路線長度建立改擴建策略。如果原公路路線較短，則可以根據原有道路的使用情況靈活選擇改擴建方法，例如原道路設計等級低、運營病害多、交通運行不通暢、時長發生交通事故或者擁堵等，則可以考慮進行全新的道路設計和規劃。如果原公路路線很長，則一般在盡量保留原有滿足質量要求的構造物的基礎上，開展改擴建道路的路線設計。

（2）充分利用原有道路結構的構造物，對于構造物質量尚能滿足后續建設要求的，采取保留措施。如果實在不能滿足使用要求，可以另行選址建造。路線的平、縱、斷面設計，需要以這些沿線構造物作為基礎進行路線設計，盡量保證設計擬合的線形與實際情況相符。

（3）充分利用原道路兩側預留土地，以節省土地資源、避免拆遷為原則進行改擴建線路設計。并根據路線兩側的自然環境和地理條件進行方案設計，達到改擴建線路與周邊環境吻合，減少生態破壞和環境污染為原則。

（4）改擴建的線路標準應該滿足道路線形設計的所有一般性原則，例如避免出現交通擁堵現象，避免出現交通安全事故，滿足駕駛環境要求避免疲勞駕駛等。

2 改擴建高速公路路線設計要點

2.1 線形設計調研

高速公路線形是道路與使用狀態和車輛運營安全的基本保障。開展改擴建高速公路的線形設計前需要對原有道路的運行情況進行系統的調研分析。掌握原有線路所出現的交通問題和車輛問題，特別是交通擁堵和交通安全頻發路段、交通量很少路段、車輛運行不穩定路段等，對這些路段進行實地勘察、設計資料重審等方法，找出問題所發生的原因，并在后續的線形設計中充分考慮上述因素，進行最大程度規避或者解決，這是開展線形設計的基礎。

2.2 平面線形擬合設計

車輛在平曲線上的行駛主要表現為車輛的平動和徑向轉動，這種平曲線的駕駛過程應該平緩過渡，如果出現突然的曲線變化，則很容易造成車輛按照原本的轉動和平動行駛而無法做出及時改變，引發交通安全問題。改擴建道路的平面線形擬合根據設計原則，將原有道路兩側的構造物、橋梁、隧道等作為基礎參考點，進行多段線擬合。若道路中出現較多的圓弧和曲線等，可以采用“多元曲線擬合法”進行設計，將線路擬合誤差控制到最小。

車輛行駛的穩定和安全是保障道路通行效率和運營安全的關鍵。平面擬合設計中需要注重車輛的行車安全和舒適性，控制線路的平穩轉換和銜接，使得車輛的行駛具有很好的過渡效應。例如對于較長圓弧的線路，可以通過增加過渡直線段的方式以降低偏心駕駛帶來的風險，對于急轉彎路可以設置較長的銜接路線達到降低撞車等風險。

2.3 縱面線形擬合設計

豎曲線與行車安全緊密關系，主要影響因素是坡長、坡度變換的變坡點曲率和行車視距等參數，這些參數與高速公路的設計時速緊密相連。車輛在豎曲線上的行駛機理主要是車輛的平動和法向轉動，研究表明車輛經過縱向坡道時車速的不自覺累加是造成交通事故的關鍵。改擴建高速公路的線路設計會遇到道路交叉和路面綜合分層設計等問題，需要采用縱面擬合設計方法。首先，將典型構造物作為基礎參照，采用分段擬合和分幅擬合的方法將設計線路與實際線路誤差最小；其次，根據縱向道路特點遵照寧填勿挖的方式形成緩和的縱向路線；再則，針對于受到通行高度限制和構造物限制的情況，需要保證豎曲線大于或等于3 s的行程；最后，對全線進行審核，以滿足車輛平穩、安全和舒適行駛要求。

為了滿足整體路面的使用效果，特別需要關注道路坡度的設計。研究發現，道路交通事故率與坡度具有直接的關系，見圖1，在坡度6%以內的變化是事故率上升比較明顯，達到7%后事故率完全發散，交通行駛極為不安全。因此針對可能較大坡度的路段，可以采用二次分幅調坡或者增加厚度的方式，保證車輛行駛的安全性。例如坡度過大的路段，可以通過增加鋪設厚度方式降低顛簸風險。

圖1 不同坡度下道路交通事故率

2.4 道路斷面拓寬設計

道路加寬根據新建道路與原有道路的連接關系，可以分為單側分離加寬、雙側分離加寬單側拼接加寬和雙側拼接加寬等四種型式[5,6]，見圖2。一般來說，采用單側拼接加寬和雙側拼接加寬對于改擴建道路的路基加寬是較為經濟的方法，可以充分利用原道路路基結構，同時又不占用大量的土地資源。單側或雙側的拼接加寬方法，施工臨時工程少且占地少、不拓寬路基的排水和防護等設施可利用、拓寬的平縱線型與舊路一致、道路通行效率高等優勢，設計建造相對經濟，但需解決新舊路基不均勻沉降難題。若特殊情況下這兩種拓寬方式不能滿足要求，可采用單側分離加寬方式。

圖2 道路加寬主要型式

3 工程案例解析

某高速公路原來的設計荷載等級為汽車-20級技術標準，該道路使用多年出現了較多病害，同時該區域的交通運輸日益增長，同時具有交通量大、地質地形狀況復雜等特點，為了滿足現有的經濟增長的道路交通運輸要求，擬對原有道路進行改擴建。

該道路原有的線路平曲線是300～400 m若干不等半徑的部分圓弧組成，平面線形相對而言比較舒坦，整體的弧線和直線銜接性良好，該區域道路的車輛運行較少出現交通安全事故。比較突出的問題是：原有線路有連續2 300 m且平均坡度5.5%的較大縱坡，即圖3所示的左線。

圖3 依托工程線路走勢

由于原有線路（左線）具有較長較大的縱坡，整體縱向線形不佳，因此不適宜采用單側拼接加寬和雙側拼接加寬的形式，若按照這種思路進行道路線形設計，則較長較大坡度的縱向線形需要改造與優化。考慮到原有的道路其運營性能還行，僅需要對路面結構進行翻新處理就基本能滿足現有設計等級的要求，因此最終采用單側分離的設計方法，即圖3中的右線。

單側分離設計的右線，不僅充分利用了原有的左幅線路結構，節約用地和路基等資源，相比較于全新選擇道路新線，可以節省很大造價，是較優的改擴建線路選型方式。

4 結論

高速公路改擴建是未來公路工程建設的重要問題，也是一個復雜的系統工程，需要權衡考慮多方面因素。論文總結了改擴建高速公路路線設計的基本原則；分析了改擴建高速公路設計的基本要點：包含線形設計方法、平面線形擬合設計內容和要點、縱向線形設計技術、道路橫斷面改擴建型式和特點等；最后結合一個工程案例，分析了改擴建道路線路設計的具體實施方案。本文的相關分析可為類似改擴建工程的線路設計提供參考。

[1]李世緯,廖朝華,劉利民.高速公路改擴建工程路線設計探討[J].中外公路,2010,30(3):1-4.

[2]徐坤,趙海艷.改擴建高速公路路線設計分析[J].山東交通科技, 2015(1):45-46.

[3]汪海濤.改擴建公路路線設計要點分析[J].工程技術 (文摘版), 2015(69):252.

[4]尹攀.對高速公路改擴建工程路線的設計分析[J].城市道橋與防洪,2016(6):38-40.

[5]陳勝營,劉祖祥.高速公路改擴建方案思考[J].公路,2001(7): 102-104.

[6]劉奉僑,曲向進,聶鵬,等.沈大高速公路改擴建工程路基加寬技術[J].遼寧交通科技,2005(1):1-7.

洞庭湖特大橋主橋合龍 我國“北煤南運”通道建設提速

岳陽洞庭湖特大橋主橋近日順利合龍，標志著世界上一次建成里程最長的重載鐵路和國內規模最大的運煤專線蒙華鐵路（蒙西至華中地區）煤運通道建設取得重大階段性進展。這也是我國"北煤南運"通道在相繼跨越黃河、長江之后，在施工建設過程中取得的又一突破。

洞庭湖特大橋是一座三塔斜拉雙線重載鐵路橋梁，正橋全長1 290.24 m，承載1萬t荷載，可滿足重載列車120 km運行時速，是目前世界跨度最大的三塔鐵路斜拉橋。

隨著跨越黃河、長江和洞庭湖的4座大橋施工建設的順利推進，蒙華鐵路將提前至2019年開通。其中，湖北荊州長江公鐵特大橋已全面建成，兩座跨越黃河的特大橋工程建設也進展迅速。

計劃2020年建成通車的蒙華鐵路全長1 800 km，跨越蒙、陜、晉、豫、鄂、湘、贛七省區，規劃年運輸能力2億t以上，總投資估算1 900多億元，是繼大秦鐵路（山西大同至河北秦皇島）之后國內又一條超長距離的運煤大通道。

U412.3

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1009-7716（2017）04-0022-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.005

2016-11-08

陳康俊（1980-），男，浙江義烏人，工程師，從事道路設計、咨詢工作。