高速公路改擴建路線設計技術

楊超群

(山西省交通規劃勘查設計院有限公司 山西 太原 030006)

引言

高速公路已經成為推動一個國家經濟發展的主要因素，隨著全球經濟的飛速發展和交通出行需求的急劇增長，一些國家早期修建的高速公路都存在不同程度上的不適應性，需要進行擴建或改建來滿足高速增長的公路運輸及交通出行需求。世界上在七十年代先后建成高速公路網的國家，也在80年代初，先后調整了本國高速公路發展的政策和策略，將高速公路事業的中心由高速公路的新建轉移到高速公路的改擴建上。國內東南沿海經濟發達省份己經開始實施高速公路的改擴建，而且規模和力度都比較大，中部省份也已逐步開始起步，而中西部地區還只是處于實踐摸索階段。截至目前，全國已經開始實施或者計劃實施的高速公路改擴建項目如鄭深、鄭許、安新高速等一批改擴建項目已經相繼開工。交通運輸部高度重視高速公路的維修養護、擴容改造工程，要求各省全力做好高速公路的改擴建工作，在全國范圍內形成高速公路改擴建的新局面。而路線設計作為改擴建設計技術中重要組成部分，有必要針對高速公路實際情況開展相關設計研究。

一、項目概況

長邯高速建成通車于2002年9月。在運營12年來，隨著交通量日益增大，社會交通的迅速發展，原設計道路與無法適應新局面，造成擁堵及事故增多等問題。鑒于此，山西省對長邯高速進行了一系列的高速公路改擴建工程。長邯高速改擴建項目位于山區，地形起伏大，構造物較多，改擴建設計需考慮的因素眾多。鑒于此，本文對改擴建過程中的路線設計技術開展研究與探討。

二、路線改擴建設計技術

(一)單側加寬方案

圖1 單側直接加寬方案

圖2 路基單側間接加寬方案

1.單側直接加寬

單側直接加寬方案是現有道路一側不動，拆除移動中央分隔帶，為不動一側留出半幅標準斷面寬度，另一側向外拓寬至標準寬度，具體方案見圖1。

優點為道路一側路基不動，路基向相對有加寬條件一側拓寬。

缺點為原路基由雙向橫坡調整為單向橫坡，路面浪費較為嚴重；橋梁構造物處中分帶連接加固及橫坡調整難度大；中央分隔帶需要改造為路面，對相鄰一側車道通行影響較大。單側直接加寬一般適用于路基段。

2.單側間接加寬

單側間接加寬方案是現有道路一側不動，拆除移動中央分隔帶，為不動一側留出半幅標準斷面寬度，其余寬度設置為另一側的一個小車車道、硬路肩和土路肩，再在現有道路外側分離設置其余兩個車道和相應的硬路肩、土路肩，分離的距離應盡量小，以保證行駛軌跡連續平順。見圖2。

單側間接加寬優點是解決半填半挖路段加寬，尤其是采用半橋形式加寬，避免新舊路基接縫或路橋接縫落在行車道或行車道接縫上，此種加寬方式對現有道路通行影響小于單側直接加寬方案，加寬側橋梁獨立建設，避免了橋梁與路基之間的不均勻沉降，缺點是現有的路基寬度沒有充分利用，由于多設置一處硬路肩和一處土路肩，所以改造后路基總寬較大。單側間接加寬方案一般適用于橋梁密集段和半橋半路段。

(二)兩側加寬方案

保持現有道路平縱面不變，在現有道路兩側行車道邊緣直接拼接一至兩個車道，形成標準加寬斷面，見圖3。

圖3 兩側加寬方案

優點：

①有道路平縱面不需改動，可充分利用現有道路資源，新增用地少，中央分隔帶及內部的排水、通信管道、防撞護欄等設施可充分利用，總體建設規模小；

②新老路幅橫斷面能有效組合，路拱規則，可繼續使用，路面排水簡單；

③路基整齊美觀，行車道相互連接，道路整體通行能力強；

④沿線大部分立交均可通過調整匝道半徑，達到匝道擬合來完成改建，改動量較小。

缺點：

①路基兩側的防護、防撞護欄等設施不能利用，須拆除重建；

②施工工作面小，不利于大型機械開展工作。

綜上所述，兩側加寬方案一般適用于路線兩側均無明顯制約因素的情況，在條件允許的情況下應優先考慮。

(三)分離新建方案

將現有道路保留給一個方向使用，在現有高速公路的兩側或一側適當位置新建兩條單向或一條雙向公路，與原路一起組成多車道的高速公路，以期達到擴建目的。在新老路基之間設置分隔帶或將新老路基拉開一定的距離，使平面和縱面同時分離，以便跨越全部的互通和主要被交道路。

優點:

①施工期對現有交通干擾小，可基本維持現有高速公路的功能；

②施工質量相對易于控制和保證，技術風險小；

③新路部分可采用以橋代路，適應性較強；

④支線上跨橋梁可最大程度地得到利用，減少廢棄工程量；

⑤能較好解決直接拼接所引起的主線橋橋下凈高不足問題；

⑥有利于形成快速+集散的交通組織方式，提高整條道路的通行能力。

分離新建方案的缺點:

①向為不平衡7車道而非標準的雙向6車道，新增占地、工程量大及工程投資均較高；

②快速車道與集散車道之間車輛轉換的靈活性受到一定的限制。

三、依托工程

長邯高速公路洗寺嶺至牛王垴段路線位于洗寺嶺與牛王垴之間的基巖中低山區，路線長3.578Km，主要的構造物有曹莊大橋，路線穿梁跨溝，路基填挖交替頻繁，高填深挖段較多，地形總的趨勢為左高右低，路基左側挖方較深，右側填方較高，地形比較復雜，加寬改建難度大。由于此段非填即挖，變換頻繁，兩側加寬既破壞了眾多的挖方邊坡，同時也破壞了大量的填方邊坡防護工程，不適宜采用。該段路線初步擬定四個方案：K方案(填方較高側即右側加寬方案)和A方案(挖方較高側即左側加寬方案)、B方案(兩側非標準斷面加寬方案)、C方案(右幅分離新建方案)方案。路線方案見圖4。

圖4 洗寺嶺至牛王垴段路線方案圖

(一)K方案(填方較高側即右側加寬方案)

現有路基左側深挖方路段較多，高于20m的挖方有4處約1320m，兩段為石質，兩段為土石混合邊坡，現有路基右側高于20m的挖方有2處約760m，一段為石質，一段為土石混合邊坡，石質挖方拓寬難度較大，K方案提出右側加寬是為了盡可能減小對這些已經穩定的高邊坡的擾動。路基代表斷面見圖5。

圖5 K方案路基代表橫斷面

圖6 A方案路基代表橫斷面

1.K方案優點：

(1)深挖邊坡擾動長度較短，施工難度相對較小；

(2)對現有道路維持通行影響相對較低。

2.K方案缺點：

(1)右側高填方拓寬施工工藝復雜；

(2)影響地方道路，需改移潞石線600m；

(3)右側部分深挖方段落拓寬仍不可避免。

(二)A方案(挖方側即左側加寬方案)

現有路基右側高填方路段較多，高于20m的填方有4處約750m，另外還有路堤墻一處350m，加之路基右側為斜坡地形，因此提出A方案，即在路基左側加寬2車道的設計方案，保證右側邊坡不受影響，只對左側邊坡進行開挖。路基代表斷面見圖6。

1.優點

(1)不影響原路基高填方邊坡，保證高填方路段路基的穩定性；

(2)對路基左側加寬，避免右側出現更多的填方，減少防護量；

(3)不擠壓路基右側坡地沖溝及地方道路潞石線。

2.缺點

(1)左側開挖段落長，挖方深度大，施工難度相對較大；

(2)對現有道路維持通行影響相對較大；

(3)路基挖方量較大，對環境破壞較大。

(三)B方案(兩側非標準斷面加寬方案)

本段幾處石質挖方邊坡巖性為奧陶紀灰巖或白云巖，巖質堅硬，現有邊坡采用光面爆破，坡面平整陡峻，坡率1：0.3～1：0.5，若在此基礎上拓寬，爆破勢必要中斷現有道路通行，施工難度也非常大，為此提出B方案，即填方段正常拓寬，挖方段采用壓縮硬路肩寬度的非標準斷面加寬方案，如此左側有5段共1500m的深石質挖方采用非標準斷面，最長的段落550m，最短的110m。經測算，視距均能達到要求。行經這些位置的故障車輛須行駛至前方標準斷面的硬路肩處停車。

(四)C方案(右幅分離新建方案)

受本段跨溝穿梁地形限制，全段路線總長3.578km，扣除橋長，左側邊坡挖方1908m，填方1176m，挖方段落長于填方段落。右側邊坡挖方1518m，填方1486m，填挖方段長度基本相當。無論左側加寬還是右側加寬，都會出現較長的深挖方和高填方段落拓寬，為避開這些施工難點提出了C方案，即右幅分離新建方案。

在路線右側與現有道路平行新建右幅三車道路基供邯鄲至長治方向使用，原雙向4車道作為左幅(長治至邯鄲方向)車道，與現有公路一左一右并行，相距約20～80m，尋找有利地形布線，同樣是跨溝穿梁地形，填挖獨立，不影響現有道路通行。

綜上所述，A方案開挖段落長，施工難度大，且對現有道路通行能力及環境影響較大；B方案由于侵占了硬路肩，故障車輛無法緊急停車，會對其他行車道上的車輛造成影響，沒有碎落臺，車輛與邊坡間的側向余寬僅1m左右，高陡的挖方邊坡會給行駛在外側車道上的駕駛員以壓迫感和危險的感覺，不利于行車安全，在彎道上也可能造成視距不滿足要求；C方案新增用地及工程造價較大；K方案施工難度相對較小，且對現有道路通行影響相對較低，經綜合比較，將K方案作為推薦方案。

四、結語

高速公路改擴建路線方案實施時，考慮因素眾多,應綜合考慮設計施工難度、工程量、工程造價及線形平順等因素，確定最終的路線方案。長邯高速公路洗寺嶺至牛王垴段路線改擴建設計時采用了單側加寬方案中的右側加寬方案。施工難度小，且有效降低了對現有道路通行的影響。設計人員在路線改擴建設計時應綜合考慮及比選各個方案對工程造價及道路通行等多方面的影響，從而確定最優方案。