考慮遠期快速化需求的山區都市圈環線高速公路斷面研究

張金龍

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550081)

都市圈環線高速公路是指連通以輻射帶動功能強的大城市及以上城市為核心、以核心城市的輻射距離為半徑所形成的聯系緊密區域[1]的環線高速通道。山區都市圈環線高速公路具有走廊稀缺、橋隧規模大、造價高、建成后改擴建困難、沿線土地資源珍貴、沿線城鎮化水平相對高、遠期隨著城市交通占比的增高主要功能可能發生轉變等特點。JTG B01-2014《公路工程技術標準》從適應一定時期內的交通需求，并兼顧投資、結構物等使用年限角度規定高速公路設計交通量預測年限為20年[2]。從公路設計角度出發，公路功能和標準要求的20年預測交通量是技術標準選擇的重要依據；從公路運營角度出發，不論采用何種投融資模式，收費期20年或30年或地方通過回購提前收回，最終的趨勢是收費到一定年限后取消收費，此時，交通量已增長到一定程度，其改擴建預計有2種方式，①維持高速運行，僅是取消收費站收費，不作功能改變；②轉變道路功能，進行快速化改造以提高交通容量，作為城市的快速道路系統使用。維持高速運行時，在規范要求的服務水平下，適應的交通量增長有限，通行能力不足問題會逐步顯現，而高速快速化可通過增加車道數來提高通行能力，是比較好的選擇。

國外歐美國家主要從主動交通管理的角度提出在高峰時段將硬路肩作為臨時車道使用，通過這種方式提高道路通行能力以緩解高峰擁堵，通行能力可提高約15%～25%[3-4]。國內相關研究從利用有限資金解決大容量交通的角度提出過右側硬路肩改為慢車道的“四改六”28 m的斷面[5]；研究認為該類準六車道高速公路的通行能力為常規六車道的90%左右，高出常規四車道通行能力的20%～30%[6]。硬路肩作為車道使用，即準六車道的做法在一定程度上犧牲了硬路肩的救援通道功能及減弱了緊急停靠功能，從安全性及合規性角度，存在一定爭議。從已有經驗來看，山區高速公路受制于地形地質條件、大型構造物、城市規劃、征拆等因素難以實現原路改擴建。所以，如何在前期投入增加不大且合規的情況下為遠期高速公路快速化提供可能，統籌近遠期斷面是本文的重點研究內容。

1 斷面布設原則

1)統籌近遠期原則。高速公路的斷面主要由車道、硬路肩、土路肩、路緣帶、中央分隔帶等部分組成[7]；城市快速路的斷面主要由機動車道、中間分車帶(含分隔帶、兩側路緣帶)、側向凈寬度、保護性硬路肩等部分組成[8]。近期作為高速公路使用的基本斷面寬度遠期可直接用作快速路的斷面，只需要通過劃線方式就能實現斷面組成的轉變。

2)合規性原則。無論是近期高速公路的斷面，還是遠期城市快速路的斷面，均應符合現行標準、規范的要求，或者取用更偏于安全的寬度。

3)經濟性原則。建設期一次性投入比常規斷面的造價增加不多，后期通過劃線增加車道或設置緊急停車帶等增加較少投資的方式即可實現功能的轉變。

4)適用性原則。在城市規劃層面，公路沿線用地條件良好，有連片發展趨勢，開發價值高，這也是高速公路功能轉變為城市快速路的有利條件。在工程層面，橋隧比例高意味著代價大，特別是隧道占比大的路段通常地形條件差、可開發用地少，從經濟效益和社會效益角度出發，應選擇適用的斷面。

5)適當超前原則。從已建成的靠近城市規劃區的高速公路來看，經多年發展建設，很多城市規劃區已突破高速向外拓展，將高速公路包覆其中，而在規劃中未考慮預留高速的改擴建條件，致使出現設計條件不足或因征拆量大、協調困難、社會影響大而放棄改擴建的情況。

所以，山區都市圈環線高速公路宜結合功能定位、城市規劃、交通量預測等因素適當超前選用技術標準。

2 斷面布設方案

以桐梓至新蒲高速公路(以下簡稱“桐新高速”)為依托，對斷面布設方案進行研究。桐新高速[9]是遵義市都市圈高速環線的重要組成路段，其中的綏陽至新蒲段靠近城市規劃區，路段長約28 km，隧道占比約29%，根據交通量分析，20年的預測交通量約3.5萬pcu/d，30年的預測交通量約5萬pcu/d，結合沿線城市規劃及預測交通量，在該段提出常規四車道、常規六車道、加寬硬路肩的四車道三類斷面方案，并進行綜合比較。

2.1 常規四車道斷面(方案一)

根據JTG D20-2017《公路路線設計規范》，車道寬度3.75 m，左側路緣帶寬度0.75 m，中央分隔帶寬度取2.0 m，右側硬路肩寬度3.0 m，土路肩寬度0.75 m，整體式斷面總寬度26.0 m。常規四車道斷面示意圖見圖1。

圖1 常規四車道斷面示意圖(單位：cm)

2.2 常規六車道斷面(方案二)

與常規四車道斷面相比，其在組成內容上相同，僅是車道數增加，整體式斷面總寬度33.5 m。常規六車道斷面示意圖見圖2。

圖2 常規六車道斷面示意圖(單位：cm)

2.3 加寬硬路肩的四車道斷面(方案三)

該斷面方案的設計思路是首先根據城市道路相關規范按城市快速路布置六車道斷面，確定路基總寬度；然后保持路基總寬度不變，硬路肩寬度作為唯一變量，采用反推法，根據公路相關規范，計算四車道的硬路肩最終寬度，得到的斷面即為加寬硬路肩的四車道斷面。

2.3.1城市快速路的六車道斷面

根據CJJ 193-2012《城市道路路線設計規范》，設計速度大于60 km/h時，小客車專用車道寬度為3.50 m，大型車或混行車道寬度為3.75 m，根據路段特點，按1條小客車專用車道和2條大型車或混行車道布置。中間分隔帶寬度與公路保持一致，取2.0 m，兩側路緣帶寬度為0.5 m；側向凈寬度為0.75 m(含路緣帶寬度0.5 m和安全帶寬度0.25 m)，保護性路肩寬度為0.75 m。按城市快速路劃分的六車道斷面寬度為28 m。

2.3.2加寬硬路肩的四車道斷面

根據快速化六車道斷面28 m寬度，及公路斷面各部分取值，經反推計算，得到硬路肩寬度為4.0 m，比常規四車道硬路肩寬度多1.0 m，相應總寬度多2.0 m。隧道采用與路基同寬的斷面。加寬硬路肩的四車道與快速化六車道斷面對應示意圖見圖3。

圖3 加寬硬路肩的四車道與快速化六車道斷面對應示意圖(單位：cm)

本文所提出的加寬硬路肩的四車道斷面與準六車道斷面有所區別：①在運營管理方式上，從建成通車到功能轉變為城市快速路之前均按四車道使用，保留硬路肩的應急救援和緊急停靠功能，在此期間特別是適應階段的后期，加強對硬路肩的使用管理，如加強監控、可變情報板提示、增設禁行指示燈等，禁止駕駛人在正常情況下對硬路肩的違規占用；②在硬路肩寬度上，比常規四車道硬路肩寬度多1.0 m，隨著沿線外向型經濟的發展，該路段大型貨車所占比例將呈上升趨勢，考慮到大型貨車臨時故障停靠硬路肩或應急救援占用硬路肩，將會對相鄰車道通行能力和側向安全產生一定影響，采用加寬的硬路肩可增加行車道側向余寬和側向通視條件，減少因臨時停靠大型車輛或救援對相鄰車道通行能力與安全的影響，所以，加寬硬路肩是更偏安全的選擇；③功能轉變為城市快速路后，僅需重新施劃標線即可改為六車道。

2.4 斷面方案比較

2.4.1工程規模及投資

方案三在占地上比方案一多約4.2%，比方案二節省占地約8.5%；方案三在投資上比方案一多約6.9%，比方案二投資節省約18.5%。一般而言，三類斷面方案的投資差距與橋隧比有關，橋隧比越大，投資差距越大，但方案三與方案一的投資差比方案三與方案二投資差更小的趨勢不會變。從全壽命周期看，雖然方案一前期的建設投資及運營期的維護成本略低，但考慮以后的改擴建費用，其綜合成本比方案二更高。

三類斷面方案工程量比較表見表1。

表1 三類斷面方案工程量比較表

2.4.2通行能力

常規四車道雖然能適應近期交通量的增長，但遠期難以滿足通行能力和服務水平的要求；常規六車道雖然在近遠期的通行能力上滿足條件，但是選用標準過于超前，設施閑置，性價比低；加寬硬路肩的四車道在前期投入增加不大的情況下，兼顧了近遠期的交通需求，近期是交通量逐漸增長的適應階段，采用四車道即能滿足通行要求，加寬的硬路肩的使用更偏于安全，遠期轉變為城市快速路功能后，雙向六車道快速路最大服務交通量折合成當量小客車的年平均日交通量為60 000～120 000 pcu[10-11]，設計速度100 km/h，三級服務水平下，最大服務交通量可達120 000 pcu/d，是常規四車道高速公路的2.4倍，是常規六車道高速公路的1.7倍，是準六車道高速公路的1.9倍。

2.4.3綜合效益

常規四車道雖然前期投入最少，在交通量一定的情況下更有利于吸引社會投資人參與，但遠期通行能力不足后，進行四改六或四改八的投資反而最多。常規六車道前期投入最多，且設施未充分使用，經濟效益和社會效益較差。加寬硬路肩的四車道前期投入適中，運營期滿足交通量增長需求，遠期快速化后通行能力增加顯著，綜合效益最高。

3 結論

1)山區都市圈環線高速公路遠期進行快速化改造是提高交通容量的重要途徑之一。

2)宜按統籌近遠期原則、合規性原則、經濟性原則、適用性原則、適當超前原則進行斷面布設。

3)加寬硬路肩的四車道斷面的確定，可先按城市快速路布置六車道斷面，確定路基總寬度，然后保持路基總寬度不變，硬路肩寬度作為唯一變量，采用反推法，根據公路相關規范，計算四車道的硬路肩最終寬度，從而得到加寬硬路肩的四車道斷面。

4)加寬硬路肩的四車道斷面方案在投資上比常規四車道斷面方案多約6.9%，比常規六車道斷面方案投資節省約18.5%，投資差距因橋隧比不同而有所差別。

5)加寬硬路肩的四車道斷面方案遠期快速化后在通行能力上是常規四車道高速公路的2.4倍，是常規六車道高速公路的1.7倍，具有較好的綜合效益。

加寬硬路肩的四車道斷面為遠期轉變為城市道路功能、劃線為六車道提供了空間，可為交管部門在節假日或平時交通事故等偶發事件中提供更多的應對空間，所以，該斷面設計是對山區具備都市圈環線功能高速路段的一種有益探索。