高速公路改擴(kuò)建路線設(shè)計(jì)方法
——以沈陽(yáng)至海口國(guó)家高速公路水口至白沙段項(xiàng)目為例

張迎春

湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410008

我國(guó)形成了完善的高速公路網(wǎng)絡(luò)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了良好的交通保障。我國(guó)的高速公路路網(wǎng)中，有很多為早期建設(shè)的，受到當(dāng)時(shí)的建設(shè)技術(shù)、資金等的限制，本身就存在著結(jié)構(gòu)性能方面的不足。當(dāng)前隨著高速公路建設(shè)和通行標(biāo)準(zhǔn)的提升，必須在原有高速公路的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母慕ê蛿U(kuò)建，使改擴(kuò)建以后的高速公路滿足當(dāng)下的通行要求，同時(shí)創(chuàng)造巨大的工程效益。但每條高速公路都有各自的特點(diǎn)，應(yīng)采取有針對(duì)性的路線設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

沈陽(yáng)至海口國(guó)家高速公路水口至白沙段項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱開陽(yáng)高速）位于珠江三角洲中西部地區(qū)，是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃“2縱”沈陽(yáng)至海口主線的一段，是唯一一條貫通中國(guó)東南沿海地區(qū)的高速公路，地理位置如圖1所示。開陽(yáng)高速自2003年9月建成通車以來(lái)，交通量快速增長(zhǎng)，路段交通量達(dá)到或接近高速公路路段所能適應(yīng)的通行能力。與較高的交通需求相比，現(xiàn)有公路交通的運(yùn)行環(huán)境已難以滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨螅绊懷鼐€各地區(qū)城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，急需提高開陽(yáng)高速通行能力。

圖1 沈陽(yáng)至海口國(guó)家高速公路水口至白沙段地理位置圖

2 開陽(yáng)高速改擴(kuò)建路線設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)行車視距的考慮

在該高速公路的改擴(kuò)建項(xiàng)目實(shí)施中，為了提升改擴(kuò)建合理性，應(yīng)注意對(duì)停車視距的有效控制。在改擴(kuò)建工程項(xiàng)目中，一般伴隨設(shè)計(jì)速度的加快，往往會(huì)同步出現(xiàn)部分停車視距不足的問(wèn)題，當(dāng)在整個(gè)路段的改擴(kuò)建過(guò)程中，面臨的是平面曲線路段，一旦存在橋墩、橋臺(tái)或者挖方邊坡、防護(hù)欄等對(duì)視距的遮擋情況，為了提升行車安全性，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行改擴(kuò)建方案的設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行平曲線視距橫凈距的驗(yàn)算，依據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，獲得每個(gè)平曲線路段內(nèi)側(cè)、外側(cè)車道的橫凈距，隨后結(jié)合對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的總體情況把握，判斷整體式和分離式道路結(jié)構(gòu)下現(xiàn)有橫凈距能夠與運(yùn)行速度條件下車輛視距的設(shè)計(jì)要求相匹配。不同的設(shè)計(jì)速度下所對(duì)應(yīng)的停車視距如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的停車視距

2.2 長(zhǎng)陡坡段縱斷指標(biāo)控制

在早期的高速公路工程建設(shè)中，因?yàn)槭┕ぜ夹g(shù)的限制，人們?cè)陂_展高速公路的設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)往往未完全考慮貨車超載現(xiàn)象、長(zhǎng)陡坡段交通特性等因素，再加上出于成本的考慮，在長(zhǎng)陡坡段的設(shè)計(jì)工作中往往表現(xiàn)出平均縱坡偏大、縱面指標(biāo)偏低的情況，這種設(shè)計(jì)方面的不足導(dǎo)致在高速公路投入使用以后，下坡向常常會(huì)出現(xiàn)各種的通行事故，且上坡向的通行能力不足。在針對(duì)這一高速公路的改擴(kuò)建線路設(shè)計(jì)中，為了有效克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方面所存在的不足，專業(yè)設(shè)計(jì)人員在最終的設(shè)計(jì)工作中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)原有公路通行事故情況的調(diào)查和分析，對(duì)幾種改擴(kuò)建線路設(shè)計(jì)方案加以綜合對(duì)比，不斷進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)和平均縱坡的科學(xué)優(yōu)化，以提升整體的設(shè)計(jì)水平。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要點(diǎn)：（1）最長(zhǎng)陡坡段的平均縱坡不應(yīng)超過(guò)2.5%，如果路段的高差達(dá)到了300m以上，其平均縱坡應(yīng)保持在2.0%～2.3%范圍；（2）長(zhǎng)陡坡段的最大縱坡應(yīng)保持在4%以下，如果緩和坡度在2%以下，對(duì)于坡長(zhǎng)沒(méi)有嚴(yán)格的限制；（3）長(zhǎng)陡坡段應(yīng)以平均縱坡作為基礎(chǔ)，保障分布的均勻性，盡可能避免出現(xiàn)上緩下急的問(wèn)題；（4）一旦在連續(xù)下坡中出現(xiàn)了短反坡或者緩坡情況，應(yīng)將其作為連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段。

2.3 平面擬合設(shè)計(jì)

開陽(yáng)高速采用兩側(cè)直接拼寬方案，因此路線中心線選定為中央分隔帶中心線。首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，按10m間距采集1組4個(gè)點(diǎn)，分別為中央分隔帶兩側(cè)點(diǎn)和硬路肩外邊線點(diǎn)。路線平面擬合根據(jù)零散分布點(diǎn)（各斷面實(shí)測(cè)中分帶邊緣點(diǎn)）確定一個(gè)基本單元，運(yùn)用最小二乘法原理把各單元連接成整體，然后把擬合的線位恢復(fù)成數(shù)據(jù)文件后進(jìn)行優(yōu)化修改，盡量使擬合出的線位跟實(shí)測(cè)點(diǎn)的偏差最小。在具體操作過(guò)程中根據(jù)竣工圖文件中的線位和實(shí)測(cè)的一些特殊點(diǎn)作為參照來(lái)確定單元曲線的起終點(diǎn)，同時(shí)利用竣工圖文件中的數(shù)據(jù)檢查擬合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.4 縱面擬合設(shè)計(jì)

縱斷面線形的擬合，利用實(shí)測(cè)高程，參考竣工圖文件中的縱坡、豎曲線半徑等，根據(jù)明式構(gòu)造物、路基加鋪方案，分左、右幅分別初步擬訂10個(gè)方案并選取其中最優(yōu)方案，然后進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)實(shí)測(cè)地面高程適當(dāng)調(diào)整坡長(zhǎng)及坡度，盡量使擬合出的線位跟實(shí)測(cè)點(diǎn)的偏差最小。

在左右兩幅的縱面線形擬合完成后，才能開始兩側(cè)拼寬路段的縱面設(shè)計(jì)。縱面設(shè)計(jì)主要以路面擴(kuò)建加鋪層厚度和構(gòu)造物的橋面加鋪層厚度為控制因素。考慮到開陽(yáng)高速的路面擴(kuò)建加鋪層厚度、20m及以下跨徑的橋梁的橋面加鋪厚度、其他大中橋的加鋪厚度和特殊橋梁的加鋪厚度都不同，提出三種縱面設(shè)計(jì)方案來(lái)調(diào)整橋頭路段存在的高差。

方案一：既有橋梁位于豎曲線上的，利用豎曲線來(lái)調(diào)整高差。

方案二：既有橋梁位于直坡段上的，在橋梁兩頭設(shè)置漸變過(guò)渡段來(lái)調(diào)整高差

方案三：縱面設(shè)計(jì)僅考慮路面擴(kuò)建加鋪層厚度，橋梁范圍根據(jù)不同的加鋪厚度提出相應(yīng)的調(diào)坡標(biāo)準(zhǔn)圖。

以上縱面嚴(yán)格遵循寧填勿挖的原則，不對(duì)最短坡長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行控制，但是豎曲線最小長(zhǎng)度以3s行程進(jìn)行控制。各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表2所示。

表2 各方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.5 橫斷面擬合設(shè)計(jì)

（1）直線及不設(shè)超高曲線段。根據(jù)開陽(yáng)高速公路竣工文件及實(shí)測(cè)資料，直線段及不設(shè)超高曲線段路面橫坡基本為-2%，為了最大限度地利用原有工程，方便路面加鋪，減少工程量，此次擬合設(shè)計(jì)直線段及不設(shè)超高曲線段路面橫坡按-2%擬合。

（2）超高漸變段及全超高段。該項(xiàng)目原路基寬度為28m，繞中分帶邊緣旋轉(zhuǎn)，路面超高寬度為11.75m，-2%～2%漸變段的長(zhǎng)度為120m，超高漸變率為1/255。改擴(kuò)建至42m路基寬后，路面超高寬度為18.75m，若直接順接原有橫坡，-2%～2%漸變段的超高漸變率為1/160，不滿足《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）第7.5.4條超高漸變率的要求，需調(diào)整路拱橫坡。

將-2%至2%超高漸變段長(zhǎng)度由120m調(diào)整為190m。為了避免引起剩余緩和曲線段（2%至全超高路段）及全超高段橫坡調(diào)整，向直線段延伸，從而最大限度地減少工程量。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段的高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目日漸增多，在開展線路改擴(kuò)建時(shí)，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合既有公路的路線指標(biāo)和交通事故種類和發(fā)生頻次，嚴(yán)格遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，全面提升改擴(kuò)建線路的設(shè)計(jì)水平。