改擴建高速公路的平縱面擬合分析

劉 崢

(廣西桂鹿高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

既有高速公路日益增長的交通量，會使舊路的交通負荷日趨嚴重，因此，對現有高速公路進行改擴建迫在眉睫。改擴建高速公路比較重要的一項工作就是核實原路線線形。由于既有高速公路施工較早，受原有高速公路建設過程中產生的施工誤差，以及運營期間荷載作用下產生的不均勻沉降等因素的影響，最終擬合出來的線位與舊路實際線位存在一定的偏差。故充分利用老路，并對原路線平縱面線形擬合是本文的研究重點。

1 項目概況

原桂柳高速公路于1997年建成通車，2000年全線建成，全長約100 km，為四車道高速公路，設計速度為80～120 km/h，局部路段限速為60 km/h，路基寬度為21.5～24.5 m。該段高速公路通過二十多年的運營，路段交通量急劇增長，其中永福交通量觀測站2002—2018年交通量年均增長9.5%，2018年交通量達25 587輛/d(折合小客車，下同)，已成為廣西最忙碌的高速公路之一。

由于原桂柳高速公路最初設計時采用汽車專用公路技術指標，致使局部路段平曲線半徑較小、縱坡較大、設計速度偏低、路基寬度較窄、行車安全得不到保障，且路面承載能力不足、病害較重。同時，由于局部路段交通量較大(達31 000輛/d以上)，且大型車比重較高(折算比重達48.3%)，以及“桂柳工業走廊”交通需求增幅逐年增大，道路交通量增長速度過快，部分路段已趨飽和，原有高速公路的使用功能、服務功能已不能滿足沿線經濟、文化發展需求，有必要對原高速公路進行改擴建。

桂柳高速公路改擴建工程起點位于三江至桂林高速公路(G65)與桂林繞城高速公路交叉處的桂林西樞紐互通(樁號為K1 119+789.8)，自北向南展線，經桂林西、桂林臨桂區、蘇橋開發區、永福縣、波寨、黃冕鄉，止于陽鹿高速公路與泉南高速公路交叉的鹿寨北樞紐互通(樁號為K1 220+415.7)，路線全長約100 km。本項目將原全線四車道擴建為八車道，主要以兩側直接拼接為主，局部單側拼接或分離為輔方式進行改擴建設計，設計時速為120 km/h，整體式路基寬度為41.0 m/42.0 m，分離路基寬20.5 m/20.75 m。主要技術標準如表1所示。

表1 主要技術標準及指標表

2 路線平面擬合

2.1 擬合原理和方法

公路線形由直線、圓曲線和緩和曲線組成。平面擬合過程中為了保持擬合后的平曲線與原有道路中線盡量重合，在平面擬合及誤差分析中，利用機載雷達采集兩邊行車道邊緣4點，對內側2點中值內插進行老路中心擬合，并利用外側2點對擬合中線進行校核驗證。平面線形擬合的數值與實際測量數值之差以≤10 cm為準[1]。在本次設計中，樁號與原高速公路的樁號保持一致，再以原有高速公路的竣工圖為依據，通過車載雷達三維采集技術，將路面上的線形信息進行數據化，以中央分隔帶處2條標線(B、C)為主要依據，對老路進行擬合和誤差分析，最大限度地擬合了舊路的實際線位。見圖1、圖2。

圖1 老路寬20.5 m路面白色實線位置示意圖

圖2 老路寬21.5 m路面白色實線位置示意圖

2.2 計算機輔助設計

本次改擴建工程就是利用緯地軟件的平面擬合功能取得直線、圓曲線功能，然后利用路線專家軟件中的交互式布線功能將各個單元連成一體，取得了良好的擬合效果，使用緯地與路線專家軟件進行擬合分析步驟如圖3所示。

圖3 道路線形擬合過程流程圖

2.3 平面擬合數據分析

本次擬合設計共分為兩段進行平面擬合誤差分析(見表2、表3)，其中第一段為K1 119+789.801～K1 172+894.434，擬合誤差在-0.1～0.1 m的點位約占總點位的98.66%；第二段為K1 172+913.949～K1 220+415.758，擬合誤差在-0.1～0.1 m的點位約占總點位的94.87%。通過對兩段的數據分析，誤差值基本都控制在10 cm以內，故認為本次平面線形擬合較好，平面擬合方案具有可行性。

表2 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段平面擬合誤差分布統計表

表3 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段平面擬合誤差分布統計表

3 路線縱斷面擬合

3.1 縱坡擬合的設計原則

由于舊路在2015年進行了路面加鋪工程，考慮到改擴建工程需要最大限度利用舊路和降低社會影響的原則，路線的縱坡擬合要盡量與原路線重合，故對本次擬合的縱坡精度要求較高。同時，改擴建工程縱面擬合設計過程中，要充分考慮既有線路的平縱組合以及原有結構物(橋梁、通道和涵洞)的縱斷面高程。

道路縱斷面線形由直線和二次拋物線組成。擬合步驟：(1)將采集數據導入公路設計軟件中；(2)將采集數據全部擬合成連續直線；(3)在連續直線中通過調整變坡點來提高擬合縱斷面的精度。在遇到大橋、特大橋等結構物時，嚴格以橋梁為控制點，以不再增加恒載為原則[2]。

3.2 縱坡擬合方案

先依據擬合后路線平面，每20 m逐樁提取行車道邊緣4點高程數據，根據橫坡推算原有公路左右側標高，比對左右幅設計高差，確定縱面擬合方案[3]。

根據每個斷面所采集的高程數據，來推算既有高速公路左右幅路面頂標高。高差統計分析結果如表4、表5所示，第一段為K1 119+789.801～K1 172+894.434 路段，既有高速公路左右高差≤0.05 m，占90.11%；第二段為K1 172+913.949～K1 220+415.758 路段，既有高速公路左右高差≤0.05 m，占 92.59%。

表4 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段高差統計分析表

表5 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段高差統計分析表

通過對車載激光采集的數據分析和查閱本項目涉及的“白改黑”竣工資料，K1 147+100～K1 179+250段左右側標高高差較大(高差為 20～30 cm)，因此本段設計需對原有高速公路進行分幅縱面擬合，其余路段采用左右設計高中值進行縱面擬合。

對激光雷達采集數據進行統計分析，不包括平縱面指標調整及新建段。在K1 119+789.801～K1 172+894.434路段，數據點位約有90.11%的點高程值誤差在-0.05～0.05 m，約有95.13%的點高程值誤差在-0.1～0.1 m；在K1 172+913.949～K1 220+415.758路段，數據點位約有92.17%的點高程值誤差在-0.05～0.05 m，約有99.09%的點高程值誤差在-0.1～0.1 m。故認為本次設計縱面擬合效果較好，滿足縱面擬合誤差在10 cm以內的要求，與現狀公路縱面線形基本符合，如表6、表7所示。

表6 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段縱面擬合誤差分布統計表

表7 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段縱面擬合誤差分布統計表

4 結語

(1)通過對數據進行分析，分別有98.66%、94.87%的平面點位在-0.1～0.1 m誤差范圍內，同時分別有90.11%、92.17%的縱面點位在-0.05～0.05 m的誤差范圍內。證明所應用的擬合分析方法是可行的，較準確地擬合出舊路線形。

(2)在改擴建高速公路中，無論是為了充分利用舊路，還是新路拼接舊路(包含雙側、單側拼寬)，對舊路進行平縱面擬合分析，是公路改擴建中最基礎的研究。只有更好地得到舊路的線形數據，才能做好改擴建工程的設計。

(3)在擬合分析過程中發現，在K1 147+100～K1 149+250樁號，有長2.15 km老路高程值誤差在-0.3～0.3 m，老路一側需要進行調平、調坡處理。