高速公路改扩建路线设计方法研究

2021-01-22彭向敏

四川水泥 2021年1期

关键词：线形路线高速公路

彭向敏

规划设计 Planning and design

高速公路改扩建路线设计方法研究

彭向敏

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

在高速公路建设过程中，施工质量受到投资成本、技术标准和规范要求的制约，早期高速公路一般采用双向四车道。但近几年来，我国经济生活水平不断提高，交通流量随之增大，对高速公路的需求也越来越大。因此，项目前期规划中的高速公路已逐渐不能满足现代出行和交通的需求，需要对高速公路进行改扩建。为保证改扩建工程的质量和效益，改扩建线路应首先进行规划和设计。

高速公路；改扩建；线路设计

0 前言

现在，我国的经济在不断的发展进步，道路工程也随之不断的增加。各种道路工程中，高速公路的地位越来越高，它不仅能满足人们的出行需要，而且能促进城市之间的交流与交往，对区域经济的发展也有好处。现在，有许多高速公路已经比较陈旧，已逐渐不能满足现代化交通的需要。因此，高速公路改扩建是必要的，本文对高速公路改扩建线路的设计方法进行了研究和阐述。

1 高速公路改扩建的方式和原则

1.1 方式

高速公路改扩建工程中，最主要的建设内容是拓宽道路，铺筑路面，从而提高公路的运行能力，使高速公路的宽度和平整度达到现代交通的要求。通过对现有工程案例的分析，归纳出高速公路改扩建的设计模式，常见的设计模式包括单侧分离式、混合加宽式、单侧拼接式、两侧分离式等，由于地形、环境等因素的影响，不同地区对高速公路改扩建的设计模式存在较大差异。就平原地区而言，这样的地区比较平坦宽阔，所以通常采用两侧拼接的方式。而山地多为崎岖地形，常采用单面加宽的改造方式。可根据具体情况选择合理的施工模式，既可采用单一施工模式，也可采用多种施工模式相结合的施工模式。

1.2 原则

高速公路改扩建时，为保证改扩建质量，应遵循相应的施工原则。改建、扩建是指在原有工程的基础上，对原有工程的设计方案和数据信息进行应用和分析，再进行改建、扩建设计，以实现高速公路升级改造。应遵循原规划的基本原则，保证改扩建的合理性，避免对周边居民造成过大影响，同时尽量保护好土地环境。在遵循设计原则的同时，也要遵循安全原则，这就要求我们要增强安全意识，把安全放在工程建设的首要位置。实践证明，既要保证原有公路的基础不受破坏，又要做好新建公路的安全运营工作。应全面分析线路，对易发生故障的路段进行改造、修正，消除安全隐患，确保行车安全。部分老式高速公路上的警示牌已不复存在，严重影响了交通运输安全，不利于驾驶员辨别方向和路线，在行驶过程中容易发生交通事故。因此，在改扩建工程中，需要加强对指示牌的维护或补充，以确保指示信息的完整，从而保证行车安全、平稳。另外，还要对原线进行认真全面的检查，掌握原线存在的安全隐患，做好统计排查工作。比如在隧道、桥梁等建筑施工中，由于线路的特殊性，必须对线路进行检查，根据检查结果对线路进行改造，以保证改造方案的合理性。

2 影响高速公路改扩建设的主要因素

2.1 线路因素

高速公路设计过程中，应根据路况指标进行设计，该指标主要对改扩建路段的设计参数提出要求，并可作为评价改扩建路段与原路段是否匹配的参考依据，只有符合路况标准，才能保证高速公路的服务水平，从而使车辆在高速公路上的行驶体验更舒适、安全。

2.2 工程因素

技术和方法是影响工程质量的主要因素，改扩建工程往往需要增加许多新的内容，因此施工难度往往较大，要掌握改扩建工程的特点和要求，根据实际情况进行方案设计，以保证技术、方法和工艺符合改扩建工程的要求。

2.3 经济因素

改建、扩建过程中要耗费大量的经济成本，而成本的高低是决定改建、扩建项目可行性的最主要因素。因此，也应从成本和效益两方面考虑，既要满足通行需求，又要保证经济收益，达到低投入高回报的建设效果。

3 高速公路路线设计原则

针对线路设计中存在安全隐患的影响因素分析，确定规范检查，路线设计原则主要从以下几个方面着手分析：

（1）平面设计

道路平面线形包括直线、圆曲线、缓和曲线，设计过程中要做好直线与曲线的组合。

直线距离短，直捷，通视条件好；汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易；便于测设；直线线形大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调；过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间间距。

《规范》规定，直线的最大长度和最小长度应有所控制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。合理利用地形和避免采用长直线。

圆曲线，是适应地形曲折变化和其它自然条件影响而设置的。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观等优点，使用十分普遍。

缓和曲线，当汽车从直线驶入曲线时，为克服离心力，必须在直线和曲线之间设置缓和曲线。

（2）路线纵面设计的内容一般要考虑以下几个方面：一是纵向坡度不得过大，不得超过国家规定的最大值。二是纵向坡度不得过长，不得超过规定的范围。三是纵向曲线半径的设计一定要控制好角度范围，公路路基坡度不宜过小，否则易造成路面积水漫过，影响路面的运行稳定。最后高填方过高的线路会使事故发生率增加，需要引起重视。

（3）横断面主要针对的是路面的宽度、爬坡车道的宽度，以及一系列的应急停车平面。综合考虑车辆行驶速度和通行能力等多方面因素，根据相关规范要求，高速公路每个车道宽3.75m，路缘宽度必须大于半米，硬路肩宽度宜为3m。车辆在爬坡过程中，需要严格控制好制动温度，当制动温度超过限位值，即超过260℃后，就有可能发生制动失灵等现象，要选择适当的减速方法，如使用避险带等，来减缓车速。在线路设计中遇到因当地地理条件无法避免的连续转弯情况时，应设置科学合理的避难点，以利于对大货车刹车失灵的有效控制，降低山区线路事故发生率。

4 高速公路改扩建设计方法

4.1 数字化勘测

高速公路改扩建工程中，采用现代数字测量技术，可提高测量效率和质量，为工程建设提供更多的数据支持。采用数字技术，可以获得精度较高的高程地形图，从而构建三维仿真环境，为高速公路改造提供方便条件。一般采用 GPS、RTK等技术，这两种技术可用于全线测量和桩基放样，具有较高的测量精度，可为后续工程施工提供准确的参考数据，从而保证工程质量。

4.2 路线平面拟合设计

在拟合设计过程中，首先要做好老路左右幅度数的分析，把握好隧道和明式构造物，它们对道路拟合有很大的影响，如果不把握好这两个因素，就会产生很大的误差。两段拼接时，应按原设计方案对原设计方案进行改造设计，确定平面线形。如需设计较大幅度的圆曲线，可采用多圆复曲线拟合的方法，保证设计符合规范和要求。该方法可减少设计误差，将单个圆曲线分割成几段，再进行径向连接，也可将不同半径的圆曲线连接起来，CAD技术可提高拟合精度。当进行拟合设计时，通常要控制明式构造物的距离，一般为10 cm以内。基床设计时，距离不得超过10-20 cm，按原公路设计规范调整即可。

4.3 路线纵面拟合设计

高速公路改扩建工程中，路线设计是一个非常重要的环节，如果遇到交叉、设计？等问题，需采用纵向拟合设计，以保证整体设计效果，为后续施工阶段打下基础。针对具体路面情况进行分析，保证了工程设计的合理性。公路设计过程中，应遵循相应的设计原则，避免影响工程的正常运行，保证公路的使用功能。

5 高速改扩建路线选线注意事项

为保持我国高速公路可持续发展，在设计高速公路路线时，应注意路线的选择，同时注意生态环境保护。节约能源和保护环境的公路设计理念，要求在选择线路时，要把高速公路周边的生态环境是否遭到破坏，对周围水土是否造成不利影响等因素考虑在内，以保证公路沿线环境的协调发展，为我国高速公路发展提供一个环保、节能、绿色的发展路径。旅游公路景观设计水平的高低，应以高速公路周边环境水平为标准，以其评价机制和成功与否为标志。对旅游公路进行科学合理的景观设计，是减少交通事故，减少后期养护管理，促进地方旅游业发展的重要手段。

（1）路线设计应着重考虑选择路线指标值。在山区公路上，平曲线、竖曲线的长度一般占总长度的比例较大。线路设计应根据地形、地质条件，灵活布线，在符合相关行业技术规范和标准的前提下，合理采用平面、纵向指标值，以少占地、少拆迁、控制工程规模、节省工程投资为原则，通过地质勘察，避开滑坡、泥石流、顺层边坡等不良通道地带；避免对线路两侧建筑厂房、河道等的侵占。

（2）路线设计要注意与自然环境相协调，高速公路的速度设计，要充分考虑速度对视觉的影响，优化道路设计可以使驾驶人更容易与自然融为一体，驾驶感更强。

（3）在高速公路经过坡度地形时，应结合路基宽度，查明区域地质、水文情况，核实该段是否有顺层滑坡、塌方等地质病害情况，合理布设线路，控制工程规模，根据实际情况，可考虑半幅公路、半幅桥型。

（4）路线横跨江河时，如为特大型桥梁，应以该桥梁为主控点，对该桥梁段的路线进行优化，使其尽可能地与河流方向保持正交，确保桥梁及其两侧引道范围的线形与总的路线线形协调一致，并保持连贯流畅，路线平纵组合合理。桥段纵坡和引道坡度应满足规范要求。

（5）路线以隧道形式通过山体时，在对区域水文地质等情况进行仔细踏勘调查后，选择洞口位置，隧道洞身线形和洞口连接线应与道路线形相协调。隧洞内不宜设置超高，应注意平直曲线半径值的选择。公路隧道内行驶速度与基段一般有差异，但不宜大于20 km/h，且隧道入口及出口平纵线形状应保证在3 S内行驶里程一致，确保行车安全。对不同的设计速度路段段，应设置相应的过渡段。

（6）高速公路设计速度较高，路线设计更要注意平、纵、横三者之间的最佳组合，保证线形连续，指标均衡，视觉效果好，安全舒适。

（7）路线平面线形设计时，应注意圆曲线半径、回旋线长度及相关比的合理选择，同向反向曲线间的夹线长度应尽量避免设置小于7°的小偏角曲线。

（8）路线纵面线形设计应注意竖曲线半径、坡长、纵坡值的合理选取，有关构造物段(桥隧等)应注意平纵组合设计。

（9）路线设计还应考虑到沿线设施如停车区、服务区、互通式立体交叉的布置原则。如果在高速公路经过城镇路段时，为了实现交通流量的相互转换，需要考虑设置互通式立体交叉。首先根据交通流量预测的结果，选择合适的互通类型，对互通匝道进行布置，并做好连接线、收费站的设计。各匝道的主线和互通线路设计应统筹考虑，确保线形协调，符合规范。通过设置加、减车道，匝道与主干道顺适衔接。设在高速公路左右两侧的停车区、服务区，还应注意与主线的衔接关系，确保线形流畅，行车舒适。

（10）路线设计应注意高速公路主线和沿线相交道路的上跨和下穿关系，保证纵面净宽要求以及主线和被交叉道路的交角符合规范要求值，开通后互不干扰。

（11）路线设计应考虑确保整段路基土石方开挖平衡，避免大量借方或大量弃方。

（12）要做好长大纵坡段的路线设计，山区高速公路的平均纵坡一般都比较大，要按照国家规范，避免设置连续长下坡和大纵坡，要合理设置缓坡段。

（13）应进行行车速度检查，相邻路段的行车速度差应小于20 km/h，同一路段的设计速度和行车速度的差值应小于20 km/h，作为行车路线设计的依据。