山區高速公路改擴建設計實踐

摘要 隨著我國經濟的持續發展，部分早期建成的山區高速公路改擴建也成為一項重要和緊迫的任務。文章以廣東省汕梅高速公路改擴項目為研究背景，針對山區高速公路提速改擴建過程中遇到的技術難題，通過對整個工程設計方案的分析，總結了山區高速公路改擴建的原則、思路和相關技術方案，并提出了相應的解決方案，以期為后續同類型項目提供技術參考。

關鍵詞 山區高速；提速擴建；總體設計；安全改善設計

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）24-0076-03

0 引言

汕昆高速公路揭陽新亨至梅州畬江段及梅汕高速公路梅州程江至畬江段（以下簡稱“汕梅高速”）改擴建作為廣東省內的首條山嶺重丘區高速公路改擴建項目，在省內尚無成熟的技術經驗可以完全套用與直接借鑒。該文首先分析了山區高速公路改擴建的現狀和存在的問題，然后針對性地提出了改擴建的總體原則和總體方案，以及基于安全、均衡性的改擴建具體技術方案等。研究成果可為類似工程提供有益參考，以促進我國山區高速公路改擴建技術的發展。

1 項目概況

汕梅高速是《廣東省高速公路網規劃（2020—2035年）》中“縱二線”的組成部分。項目改擴建里程約87.375 km，現狀為雙向四車道，揭陽樞紐至豐順互通段采用100 km/h的設計速度，其余段落采用80 km/h設計速度，路基寬度分別有23 m、24.5 m、26 m三種。老路在2001—2005年期間分5段建成通車，建設年代早，附城互通至畬江段位于山嶺重丘區，技術指標低，貨車占比高，路段運營舒適性和安全性較差，交通事故多發，已成為制約經濟發展的交通瓶頸路段，亟待進行改建擴容。

2 項目改擴建特點及難點

與平原區高速公路的改擴建項目相比，山嶺重丘區高速公路存在其獨有的特點[1]。汕梅高速項目的特點、難點主要可概括為以下幾個方面：

（1）改擴建走廊狹窄。區域地形起伏大、地質條件復雜，鐵路、電力、油、氣管道走廊與老路并行。

（2）舊路標準低。受早期經濟技術條件限制，老路平縱指標低；同時相比新標準、規范，老標準、規范的指標低；老路事故黑點多。

（3）填挖規模大。山嶺重丘區路段的擴建及新建高邊坡共33段，其中邊坡高度大于50 m的有13段。

（4）橋隧占比高。山區路段橋隧占比為46%，橋梁斷面、結構類型及跨徑、橋臺型式多樣，拼接難度大，隧道標準低，擴挖風險高。

（5）控制因素多。沿線涉鐵、涉洪、軍事區、桿管線，環境敏感點多。

（6）保通要求高。沿線經濟發達，交通流量大，貨車占比高，同時區域路網單一、分流條件差，需考慮采用雙四的保通方式，施工期間保安全、保暢通壓力大。

3 項目改擴建技術標準

結合項目老路的相關特點，工可研究階段從建設條件、老路指標、行駛安全、速度協調性、工程規模等方面對技術標準進行詳細論證。最終推薦項目全線采用雙向八車道的高速公路標準進行改擴建，設計速度為100 km/h（原隧道則維持80 km/h），整體式路基寬度為42 m，分離式路基寬度為20.75 m，橋涵設計汽車荷載等級采用公路－Ⅰ級。

在初步設計階段，項目組對既有隧道是否提速進行了專題研究。

（1）既有隧道如提速，需對既有隧道進行斷面擴挖，以包絡現行規范100 km/h的建筑限界。擴挖方案采用周邊擴挖，其中既有隧道拱墻最大外擴140 cm，仰拱外擴99 cm，工程規模大、施工風險高。

（2）既有隧道若不提速，隧道內輪廓滿足原規范80 km/h的技術標準，但不滿足現行規范80 km/h的技術標準，如要滿足現行規范要求，則需降低隧道內路面標高10 cm，應對現有路面結構進行全部挖除；同時，由于路面高程變化，還需對洞口接線的橋梁高程進行調整，工程規模較大。參考《公路隧道設計規范 "第一冊 "土建工程》（JTG 3370.1—2018）17.4.2規定“隧道改建，當技術和經濟條件限制時，可采用原有技術標準”，因此經過綜合考慮，既有隧道最終維持了原80 km/h的技術標準。

4 總體改擴建方案研究

4.1 改建設計原則

（1）規范性原則。高速公路路線方案設計的主要目的是保障工程項目安全經濟，因此應嚴格遵循相關規范標準，有效規避各種安全隱患。

（2）安全選線原則。路線方案比選應注重安全選線，合理選用技術指標，優化改善既有公路的平縱面線形，處治既有公路的病害和隱患，消除事故黑點，保證公路施工及后期運營的安全。

（3）老路利用原則。盡可能地利用老路，靈活運用技術指標，在保證行車安全的前提下，可適當降低技術標準，提高老路利用率。

（4）指標協調原則。平面線形應舒展連續，指標大小均衡。

（5）地質選線原則。在路線布設時，應結合區域地質條件，避免地質災害，保障運營安全。

4.2 總體改擴建方案

國內高速公路改擴建常用的改擴建方式一般包括雙側增建、單側增建、全幅增建、立體擴建等形式。而雙側增建細分為雙側拼寬、雙側分離，單側增建細分為單側拼寬、單側分離。不同項目的改擴建方式不能一概而論，應根據老路運營狀況、兩側建設條件、行政審批難度、施工期保通要求、工期等因素綜合確定[2]。相比平原區以兩側拼寬為主的擴建方案，山嶺重丘區高速公路因地形地質復雜、走廊狹窄、原路技術指標低、原路擴建難度大、代價高等因素，采用單側拼寬、單側分離的方案居多。此次設計采用單側分離增建、局部分離新建的方案，占路段全長的97.45%。

5 基于安全、均衡的改擴建路線設計

路線指標的選取關系舊路利用率、通行安全、保通的便利及總體的工程規模，對改擴建總體方案起到至關重要的作用[3]。

5.1 既有高速路線指標的分析與評價

（1）改擴建設計應采用運行速度對以下路段線形進行檢驗，特殊路段則需進行現場實際運行速度的調查：

1）平、縱面指標變化大的路段。

2）受條件限制，采用平、縱面指標低限值的路段。

3）平、縱面線形組合有異議的路段。

4）交通事故多發路段。

（2）通過對既有道路事故原因的分析，結合運行速度檢驗，需改善視距和路線幾何指標。

1）長直線后接小半徑圓曲線是需要改善的線形。

2）在連續上坡或下坡路段，平面線形應避免出現急劇變化，尤其是下坡終點，應避免長直線或大半徑接小平曲線半徑。

3）連續上下坡加S彎路段，其平縱配合不協調，需進行改善。

5.2 路線平面指標的合理選用

（1）項目對于設計速度為80 km/h且一般值R=400 m及以下的圓曲線半徑，應考慮提速后能否繼續利用。設計從平曲線指標、超高值、縱斷面指標、平縱組合、構造物分布、運行速度分析、事故率分析、通行能力及服務水平、指標提升后增加的建設成本等方面進行綜合的技術經濟論證，推薦R=650 m以下的圓曲線半徑均不予以利用，而R≥650 m的圓曲線半徑在提速后則可考慮利用。

分離增建段完全按設計速度100 km/h選用圓曲線半徑，在挖方、橋梁規模增加不大或并行油氣管線無須遷改的情況下，均應選用R＞1 100 m以上的圓曲線半徑，以滿足左偏圓視距要求。若R＞1 100 m的選用導致切山體、挖方邊坡較高、增設橋梁規模大或油氣管線遷改較長，則應減小圓曲線半徑使路線適應地形地勢，選用

700 m≤R≤1 100m的圓曲線半徑時應做好視距加寬設計。

（2）改擴建路段平面線形擬合同向曲線間，不宜采用短直線連接，而宜調整成單曲線或復曲線。插入的直線長度（m）應盡可能按設計速度（km/h）的6倍以上為宜，如果條件受限則可按設計速度（km/h）的4倍以上。

（3）隧道洞口連接線應與隧道洞口內線形相協調，隧道洞口內外側各3 s設計速度行程長度范圍的平、縱面線形應保持一致。特殊困難路段，經技術經濟比較論證后，洞口內外平曲線可采用回旋線，但應增加線形誘導設施。

5.3 路線縱面指標的合理選用

（1）最大縱坡值的采用和分析在山區高速公路的改擴建設計中至關重要。早期修建的山嶺重丘區高速公路的設計速度大多為80 km/h，規范縱坡最大值為5%；為節省工程造價，早期山嶺段縱坡的最大采用值為4.5%～4.8%。對于提速擴建項目，最大縱坡值的選取需結合項目特點、現狀車輛實際運行速度、老路事故多發原因等進行綜合分析[4]。

結合項目事故原因分析，該項目縱坡值較大路段的事故均高發，特別是平縱指標均較低的路段。上坡路段主要原因是重載貨車爬坡運行速度遠低于期望速度，實際僅達到40～55 km/h，部分車輛實際運行速度甚至低于40 km/h；又由于項目載重車輛的占比較高，貨車占比接近50%，其占用內側車道緩慢行駛或突然變道，極易發生追尾、碰擦等交通事故。下坡路段主要是因為縱坡較大，車輛實際運行速度超過設計速度，易引發追尾事故，同時直線接小偏角平曲線加大縱坡極易引起撞擊中央護欄的事故，同時圓曲線超高不足也易引起側翻及撞護欄事故等。

提速擴建后，老路由雙向四車道擴建為雙向八車道后，通行能力顯著提升，由于該項目貨車占比較高，無法完全實現客貨分離。因此，此次設計對現狀老路縱坡較大路段進行了優化調整，一般路段應盡量采用較小的平均縱坡，必要時不大于3%，上坡路段宜盡量避免采用最大4%的縱坡。

5.4 超高的合理取值

老路運營多年，橫坡可能不規則，特別是遇到超高段位于大型橋梁構造物段時，建議結合橫向力系數計算超高值，而橫向力系數的最大值建議取0.05～0.06，原則上應盡量維持原有橫坡值。

5.5 停車視距的保證

該項目設計速度為100 km/h，因貨車在交通量中占比較大，為安全起見，應用貨車的停車視距進行視距驗算。整體式路基段可通過內移中分帶護欄、加寬左側路緣帶的方式滿足停車視距要求；分離式路基段路側為波形梁護欄，僅能通過加寬左側路緣帶方式滿足停車視距要求。

6 安全改善具體設計

6.1 同向分離路段，既有老路橫斷面布設

該項目老路橫斷面有23 m、24.5 m、26 m三種斷面，對于單側分離新建路段，既有老路變同向行駛且路基段取消中央分隔帶后，應優先考慮調整老路橫坡；橋梁段受橋梁原有結構、造價等因素的影響，需結合項目實際情況具體分析，可考慮采用以下方案：

（1）優先考慮采用單幅整體斷面的方案，可采用中分帶護欄拆除、老橋兩幅懸臂剛接，其中半幅橋結合實際情況頂升調整橫坡，從而與另外半幅橫坡對應一致；如對既有結構安全影響較大，可考慮采用半幅橋梁上部拆除、下部利用的方案，與另外半幅拼接后，形成橫坡一致的整幅橋梁，從而提高行車安全性。

（2）對于隧道群路段，橋梁利用方案應結合既有隧道群進行綜合考慮，可將隧道分幅路段進行延長，將既有路基、橋梁中分帶護欄拆除，內側兩車道保持線形連續，二、三車道間設置2.25 m的中間帶，施畫標線，禁止車輛跨越行駛，標線位置不另外設置軟隔離設施，而外側三、四車道則采用1∶100漸變率進行線形過渡。

（3）對于中分帶寬度較寬的橋梁，應考慮保留中分帶護欄，不調整橫坡，橋梁前后段按分離線形予以設計。

6.2 既有隧道的改造設計

該項目既有隧道均采用單側增建，將導致既有隧道中的一個洞需調整行車方向。既有長隧道洞身設置了車行橫洞及緊急停車帶，調整行車方向后，需增設新的緊急停車帶并對車行橫洞進行改造。其中，將既有緊急停車帶擴挖為新緊急停車帶，根據擴挖位置不同又分為單側擴挖和一側擴挖、另一側回填兩種情況。

針對既有緊急停車帶一側擴挖、另一側回填形式，根據既有緊急停車帶斷面尺寸，以及擴挖、回填的跨度，基于最大程度保護利用既有襯砌結構，應控制擴挖過程中對圍巖的擾動。同時，將臨時支護與永久支護相結合，綜合考慮施工及運營安全，通過設置斜撐豎向減跨，減小施工過程中的沉降變形，并確定非對稱受力條件下的襯砌結構參數及合理的施工工序，創新提出既有隧道緊急停車帶“同步擴填”的新型工法。

6.3 超寬路面排水

山區高速路線平面指標較低，大部分屬于超高路段；擴建為八車道后，匯水面積及排水路徑加長，需注重受限條件下八車道路面的綜合排水。根據國內目前研究，雨后路面車輛側滑主要有以下兩種成因：

（1）當路面排水路徑較長時，若產生的水膜厚度超過5 mm，高速行駛車輛易產生側滑。

（2）當路面產生不均勻分布的積水，在徑流深度小于胎面花紋深度（7 mm）的條件下，深度差大于6 mm時會出現側滑；當徑流深度大于胎面花紋深度時，深度差超過4 mm時會出現側滑。

結合廣東地區的特點，該項目路面排水設計方案主要考慮如下情況[5]：

（1）對主線合成坡度不大于0.7%或排水路徑大于50 m的路段，均設置排水路面。

（2）對于排水路徑大于50 m的“拋物線形”路段的中部、凹曲線底部兩側及長大縱坡段，應結合排水路徑長度、預估水膜厚度合理設置一道或多道橫向UHPC倒Ω形排水槽，橋面利用伸縮縫止水帶或增設橋面專用UHPC排水槽。

（3）設置排水路面的路段邊坡，應采用平緣石硬化土路肩并增設縱向路肩邊溝，順接坡面急流槽進行排水。

（4）橋面及外側設有混凝土護欄的路段，應在匯水側邊部預留矩形邊溝（10 cm×4 cm）。一般路段橋梁泄水孔間距按3 m設置，緩和曲線、凹曲線底部、路面加寬等特殊路段的泄水孔應加密至2 m。

（5）針對互通立交段落分合流漸變段，應在三角帶范圍內設置帶孔蓋板式矩形混凝土集水溝用于排水。

7 結語

在此次改擴建設計的過程中，基于安全改善的方案突出了運行安全思想，靈活運用設計指標。對全線歷年發生的安全事故進行了梳理，找出事故多發路段并進行重點研究，分析原因，采取有效的技術措施以改善原有道路的行車安全性。在方案設計過程中充分考慮視距要求，重視平縱組合的合理性，以及線形指標的連續性、均衡性。充分利用現有老路，結合施工期間交通組織，合理布設路線方案。該文中論述的具體方案可為山嶺重丘區高速公路的改擴建設計提供參考借鑒。

參考文獻

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[5]華設設計集團股份有限公司.汕昆高速公路揭陽新亨至梅州畬江段及梅汕高速公路梅州程江至畬江段改擴建工程兩階段施工圖設計[R].南京， 2022.