高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)研究

白偉方

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)高速公路建設(shè)已取得較大成就，但早期建設(shè)道路基本達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，需及時(shí)做好擴(kuò)建改造工作，以此滿足當(dāng)前或今后交通量需求，高速公路改擴(kuò)建制約因素較多，如選取新建工程設(shè)計(jì)模式，根本無(wú)法有效處理改擴(kuò)建相關(guān)問(wèn)題，尤其是路線問(wèn)題，為此研究高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)意義重大。

關(guān)鍵詞：高速公路；改擴(kuò)建工程；路線設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0129-02

改革開(kāi)放以后，我國(guó)交通量日益增長(zhǎng)，汽車載重重型化愈加嚴(yán)重，導(dǎo)致道路服務(wù)水平持續(xù)降低，嚴(yán)重?fù)p壞路基路面，甚至危害道路正常使用。為滿足日益飽和的交通需求，必須做好公路改擴(kuò)建作業(yè)。目前主要包括兩類改建，即對(duì)現(xiàn)有非高速公路實(shí)施改擴(kuò)建，通過(guò)原有道路等級(jí)、線形及技術(shù)指標(biāo)提升的方法，實(shí)現(xiàn)行車條件改善。或?qū)ΜF(xiàn)有高速公擴(kuò)容，通過(guò)速度提升與車道增加的方式，提高道路通行能力，解決或緩解交通壓力。

1 高速公路改擴(kuò)建工程路線平面設(shè)計(jì)

在條件允許情況下，改建工程平面設(shè)計(jì)可選取新建工程布線法，但與新建工程相比，改建工程制約因素較多。為此，必須重視改建工程設(shè)計(jì)法的合理選擇。在充分考慮多種影響因素的基礎(chǔ)上，本文決定改建工程擬合設(shè)計(jì)法選用“綜合法”。綜合法是指先將路線測(cè)定環(huán)節(jié)確定的控制點(diǎn)輸入，通過(guò)樣條曲線實(shí)現(xiàn)擬合，構(gòu)成一條符合制約條件的光滑曲線，隨后順著曲線行走方向，計(jì)算并獲取準(zhǔn)確的間隔點(diǎn)曲率，并按照上述結(jié)果確定擬合曲線長(zhǎng)度，及繪制曲率關(guān)系圖。隨后按照該圖形狀，通過(guò)直線、圓、緩和曲線三個(gè)公路平面線形基本要素所對(duì)應(yīng)的曲率圖式處理擬合曲線，構(gòu)成和公路平面線形組合相同的樁號(hào)，及繪制曲率圖。并將曲線單元要素計(jì)算出來(lái)，通過(guò)“線元法”計(jì)算曲線，最終獲取公路平面線位圖。該設(shè)計(jì)方法主要是通過(guò)有機(jī)結(jié)合“擬合法”與“線元法”兩種方法，以此將擬合曲線曲率圖轉(zhuǎn)化為公路平面線形曲率圖，從而達(dá)到擬合曲線轉(zhuǎn)化為公路平面線形的目的。該設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用可優(yōu)化改建工程線位設(shè)計(jì)，并具有良好經(jīng)濟(jì)性。平面擬合設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

（1）直線。平面擬合設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常會(huì)將短直線布設(shè)到長(zhǎng)平曲線上，即便此類直線長(zhǎng)度符合相關(guān)規(guī)定，但有線形連續(xù)性、行車安全角度，還存在一定缺陷，為此應(yīng)直接選取曲線連接。擬合時(shí)，還會(huì)存在直線為原舊路路基大段的問(wèn)題，但對(duì)直線長(zhǎng)度的規(guī)定并不明確。經(jīng)研究表明，如車速在每小時(shí)100km的情況下，2min為2km直線的行車時(shí)間，如與景觀設(shè)計(jì)相互搭配，駕駛員在2min內(nèi)視覺(jué)上不會(huì)覺(jué)得枯燥、單調(diào)，但相比曲線，駕駛員行車更傾向于直線段。為此，很大程度上，改擴(kuò)建工程應(yīng)盡可能選用長(zhǎng)直線設(shè)置，并配備合理的景觀設(shè)計(jì)。

在直線段上，相比設(shè)計(jì)車速，實(shí)際車輛行駛速度普遍偏大，為此，設(shè)計(jì)過(guò)程中必須此類因素加以考慮。合理控制直線段、相鄰曲線段兩段間的行駛速度差，一般控制在每小時(shí)15km以內(nèi)。

（2）圓曲線。平面擬合時(shí)，改擴(kuò)建工程往往會(huì)出現(xiàn)“小偏角”現(xiàn)象，也就是平曲線最小長(zhǎng)度問(wèn)題。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求，應(yīng)按規(guī)定在小轉(zhuǎn)角設(shè)置時(shí)，曲線長(zhǎng)度充足。如因地形地質(zhì)等因素制約，保證平曲線長(zhǎng)度符合規(guī)定，局部少數(shù)部位可進(jìn)行小偏角設(shè)置。如7°以上為偏角角度，線形曲線長(zhǎng)度過(guò)短，此時(shí)必須增加平曲線半徑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)曲線長(zhǎng)度加大的目的。圓曲線布設(shè)時(shí)需充分考慮地形條件，一般選取超高為2%到4%之間的圓曲線半徑。同時(shí)，需保證與其相連平、縱線形條件相符，保證曲線線形具有連續(xù)性、均衡性。

2 高速公路改擴(kuò)建路線縱斷面設(shè)計(jì)

2.1 路線縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)是指按照改擴(kuò)建原理，在原有道路實(shí)測(cè)高程前提下，根據(jù)改擴(kuò)建公路技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)縱坡、豎曲線。縱斷面線形設(shè)計(jì)，應(yīng)與行車、視覺(jué)誘導(dǎo)、安全等需求相符，并對(duì)工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)性充分考慮。作為一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，高速公路改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計(jì)流程如下：

（1）按照交通量分析結(jié)果，將路面設(shè)計(jì)彎沉值準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。（2）按照原有道路路面彎沉值，對(duì)所有路段路面強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定，并完成路段劃分，及對(duì)各個(gè)路段彎沉值、當(dāng)量回彈模量計(jì)算出來(lái)。（3）按照路基橫斷面測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)路拱補(bǔ)強(qiáng)部位確定，并對(duì)路線縱斷面最小控制標(biāo)高加以確定。（4）按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)縱斷面，確保所有斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高大于或等于最小控制標(biāo)高。

2.2 平縱組合

在充分考慮行車舒適性及安全性的前提下，合理設(shè)計(jì)公路平縱線形組合。在線形設(shè)計(jì)時(shí)，可將公路三維線形向四維、五維空間提升，在重視行車時(shí)間及舒適性條件的同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注駕駛員視覺(jué)及心理方面。要求嚴(yán)格按照以下原則合理設(shè)計(jì)平縱斷面線形組合。

第一，視覺(jué)方面能夠?qū)︸{駛員視線起到誘導(dǎo)作用，保證視覺(jué)連續(xù)性；

第二，平、縱面線形技術(shù)指標(biāo)必須具備均衡性特點(diǎn)，保證在視覺(jué)、心理雙方面線形協(xié)調(diào)；

第三，合成縱坡組合應(yīng)具備合理性，以此為路面排水、行車舒適提供有利條件。

因改擴(kuò)建道路平縱技術(shù)因素受限較多，為實(shí)現(xiàn)舊路充分利用的目的，根本無(wú)法滿足新建工程要求。為此，必須在充分了解設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，做到以下幾點(diǎn)：

（1）平曲線需重合于豎曲線，相比豎曲線，平曲線長(zhǎng)度應(yīng)多一點(diǎn)，這樣才能保證線形設(shè)計(jì)質(zhì)量及美觀性。（2）平縱曲線半徑大小必須具備均衡性特點(diǎn)。是指平曲線具有較大半徑時(shí)，豎曲線半徑也應(yīng)隨之增加。以此滿足線形連續(xù)、美觀，且視覺(jué)不受影響的效果。具體指標(biāo)如表2所示。（3）通常情況下，需在0.5%～8.0%之間合理控制合成縱坡，且不得出現(xiàn)急坡結(jié)合陡坡的現(xiàn)象。如具有較大合成坡度，將加大行車危險(xiǎn)性。如合成坡度較小，則對(duì)路面排水極為不利，進(jìn)而影響道路安全。（4）不宜將小半徑平曲線設(shè)置到凸形豎曲線頂部或凹形底部位置。且以上兩位置應(yīng)避免與平曲線拐點(diǎn)重合。（5）通常可將多個(gè)變坡點(diǎn)布設(shè)到相同平曲線內(nèi)，但必須合理控制坡差，避免影響駕駛員視覺(jué)。小半徑豎曲線不得重疊到緩和曲線內(nèi)，防止駕駛員出現(xiàn)操作失誤，出現(xiàn)安全事故。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的過(guò)程中，必須滿足日益增長(zhǎng)的交通量需求。為此，必須根據(jù)具體情況，采取科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方法，有效提升道路行駛通暢性。高速公路改擴(kuò)建工程線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與所有設(shè)計(jì)規(guī)范、指標(biāo)規(guī)定相符。要求必須做好高速公路平面、縱斷面線形設(shè)計(jì)，并全面考慮施工場(chǎng)地的自然環(huán)境、行車安全、地形地勢(shì)等因素，以期更好地解決我國(guó)高速公路改擴(kuò)建線形設(shè)計(jì)問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)合理性，保證行車舒適性、安全性。

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