高速公路改擴建老路中分帶開口長度探析

蔣云昕

（浙江中交通力工程設計有限公司，浙江 杭州 310011）

一、工程概述

目前，國內平原地區的改擴建以雙側加寬為主，但在山區高速公路采用雙側拼寬的改擴建模式不一定適合山區的地形和地質條件，部分區域采用雙側整體式加寬模式，工程上基本不可行。結合筆者參加的連霍國道主干線鄭州至洛陽高速公路改建工程的設計及施工配合全過程的經歷，本項目改建宜采用單側加寬的改擴建方式。這種改擴建模式在國內尚屬首次，可參考的資料較少。單側加寬改擴建模式涉及到老路由原來的雙向四車道改造成為單向四車道的行車模式，老路的互通立交前后中分帶開口長度及老路現狀中分帶如何利用等問題的研究，成為了本項目的關鍵性技術難點。

本項目起于鄭州西南繞城樞紐立交西側2km，止于洛陽西南繞城樞紐立交，改擴建采用單側加寬的改擴建方式。該方案的主要特點是：現狀老路的雙向四車道高速公路改造成新建后的八車道高速公路右半幅單方向的四個車行道，新建單側四車道作為左幅車行道。下面結合筆者參加本項目第二設計合同段的設計體會，對單側加寬高速公路老路中分帶開口長度確定的設計思路、方法與大家分享和探討。

圖1 單側加寬路基標準橫斷面圖

二、老路現狀

本項目山嶺區路段采用設計速度100km/h，路基寬度為24.5m，橫斷面布置為：行車道2×2×3.75m，左側路緣帶2×0.5m，硬路肩2×2.5m，中央分隔帶2m，土路肩2×0.75m。本項目平原區路段采用設計速度120km/h，路基寬度為26.0m，橫斷面布置為：行車道2×2×3.75m，硬路肩2×2.5m，左側路緣帶2×0.75m，中央分隔帶3m，土路肩2×0.75m。

三、改建后單側整體式加寬路基橫斷面

改建后的標準橫斷面為：現狀老路改造成為右幅的單向四車道，另外在現狀老路的左側增加單向四車道的整體式的路基橫斷面，左側加寬的左幅標準路基寬度19.5m，其中行車道寬度4×3.75m，右側硬路肩寬度 3.0m，左側路緣帶寬度 0.75m，土路肩寬度2×0.75m。平原區路段設計速度為120km/h時，中央分隔帶標準段L取3米，山嶺區設計速度為100km/h時，中央分隔帶標準段L取2米。單側加寬路基標準橫斷面及行車模式見圖1、圖2。

圖2 單側加寬高速公路行車模式平面示意圖

四、改建互通立交前后老路中分帶開口部長度論證

采用單側加寬的改擴建模式，應參考車輛的行駛方式。車輛在正常路段原則上無需進行變換車道行駛，但由于進出互通的需要，車輛在互通區前后路段存在著變換車道行駛的可能。為節省工程投資，同時根據車輛的行駛方式，現狀中分帶取消范圍主要集中在互通區前后路段，其他路段原則上保留現狀的中分帶不進行改造。

現狀老路的左半幅車流經中分帶開口段再進入老路的右半幅的行車模式為：首先車流從老路左半幅進入中分帶開口段為分流、減速過程，車流從中分帶開口段進入老路的右半幅為合流、加速過程。因此，中分帶開口段長度由三段組成：開口始端長度L1、開口段中間區長度、開口末端長度L2。

（一）開口始端長度L1確定

開口始端長度L1由分流漸變段和減速車道長度組成。根據《公路路線設計規范》（JTGD20-2006）第11.5.3條規定：高速公路主線的分岔漸變段的漸變率為1∶40。車輛從老路的左幅右側車道變道至老路的中間帶開口段，車輛的漸變段長度為：設計速度為120km/h時，距離為(3.75/2+3.75+4.5/2)×40=315米；設計速度為100km/h時，距離為(3.75/2+3.75+3.0/2)×40=285米。

減速車道長度根據減速車道長度計算公式L=（v12-v22）/26a可得；假設車輛擬設計速度120km/h(100 km/h)勻速橫移一個車道寬度行駛進入中央帶開口段，然后在新開辟的車道上減速至70km/h(60km/h)。從駕駛員舒適性角度考慮，減速度要在1.3m/s2以下，本次設計取a=1.3m/s2。經計算：設計速度為120km/h時，減速段長度為282米；設計速度為100km/h時，減速段長度為190米。因此，設計速度為120km/h時，開口始端長度L1=315+282=597米；設計速度為100km/h時，開口始端長度L1=285+190=475米。

表1 中分帶變換車道長度

（二）開口中間區段長度通過交織理論、穿越間隙理論、排隊理論等相關理論，結合不同的互通相關情況分別計算可得。根據不同互通的交通流情況、設計速度、車道寬度等參數，計算出本合同段5個互通的開口段長度為840m～540m不等，本次設計取840m。

（三）開始末端長度L2確定

開口始端長度L1由合流漸變段和加速車道長度組成。根據《公路路線設計規 范》（JTG D20-2006）第11.5.3條規定：高速公路主線的合流漸變段的漸變率為1∶80。車輛從老路的中間帶開口段變道至老路的右幅右側車道，車輛的漸變段長度為：設計速度為120km/h時，距離為(3.75/2+3.75+4.5/2)×80=630米；設計速度為100km/h時，距離為(3.75/2+3.75+3.0/2)×80=570米。

（四）老路中分帶開口段長度

為確保車輛充分變換車道需要，根據上述計算可得，互通前后老路中分帶變換車道范圍長度最小值如下表1。

五、結論

考慮到本項目的改擴建模式可借鑒的資料有限。項目業主在項目實施過程中同時也委托北京工業大學對鄭洛高速公路改建立交前后中央帶開口長度設置方案進行了系統的理論研究并進行了實驗模擬測試。北工大的理論研究與設計單位的論證分析對于老路中央帶開口段需要的長度，兩者結論基本一致。最后，本項目互通區前后老路中央帶開口范圍基本確定為互通區前3.5km～1.5km及互通區后1.5km～3.5km，其他路段現狀中央分隔帶均保留。

隨著我國經濟的發展，改擴建的高速公路既有平原區的也有山嶺區的高速公路，高速公路的改擴建模式也將結合地形、地質及結構物等不同而采用不同的改擴建模式。在今后的高速公路加寬改造過程中，單側加寬的高速公路改擴建模式也將會越來越多地被采用，單側加寬高速公路的改擴建勢必涉及到現有老路的改造利用問題，現有老路的行車模式的研究特別是互通區前后路段、現有老路的中央分隔帶開口長度、現有老路的左右幅雙向橫坡對行車的影響等，將是單側加寬高速公路改擴建的關鍵技術和重點需解決的技術難題。