学士学位论文--高速公路扩建模式研究.doc

题 目 高速公路扩建模式研究
____交通学院__院（系）__交通运输_专业
学 号__________21205201____________ __
学生姓名_____________ ______
指导教师___________ __ ______
起讫日期_______2009.2.16—2009.6.8_______
设计地点__________ 交通学院 ______ ______

目录
高速公路扩建模式研究
学号 名： 指导老师
摘要
近年来，我国国民经济的快速发展刺激了区域间的交流，导致了区域交通节点间周转量的增加，加大了对高速公路通行能力的要求，因此，高速公路改扩建势在必行。
首先，分析研究了高速公路改扩建的时机条件，通过对服务水平各项因素对道路通行情况影响的分析，确定出高速公路改扩建的时机条件，并最终得出高速公路改扩建时机确定的简单步骤。其次，进行了高速公路扩建模式的分析研究，依照扩建原则将扩建模式总的分为路网加密方案与老路加宽方案两种，其中重点讨论了老路加宽方案。老路加宽方案又详细分为分离加宽方案、拼接加宽方案，具体介绍了这两种加宽方案，分析评价了这两种扩建方案的优缺点。最后，从整体的角度对高速公路改扩建方案进行了研究，对除了道路之外高速公路扩建工程中的其他基础设施：桥梁、收费站、互通式立交以及服务区的改扩建进行了分析，从而得到一个完整的高速公路扩建方案。

关键词：高速公路，扩建条件，扩建模式，整体方案，其他基础设施
A STUDY OF HIGHWAY’S EXPANSION MODELS
School Number：21205201 Name：Cui Shu Guidance teacher：Dawei Chen
interchangesand and service areas, resulting in a complete program of highway expansion.

Key words: Highway, The conditions of expansion, Expansion mode,The overall program, Other infrastructures
目录
摘要 I
Abstrast II
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究内容 2
1.2.1 高速公路改扩建时机条件研究分析 2
1.2.2 高速公路扩建模式分析 2
1.2.3 高速公路整体改扩建方案分析及评价 2
1.3技术路线 3
1.4 国内外研究现状 4
1.4.1 高速公路改扩建时机、条件等方面的研究 4
1.4.2 高速公路扩建模式方案等方面的研究 5
1.4.3 高速公路其他基础设施改扩建的研究 6
1.5 论文结构 7
第二章 高速公路扩建时机条件分析 8
2.1 通行能力与服务水平分析研究 8
2.1.1 通行能力与服务水平概述 8
2.1.2 影响高速公路服务水平的因素 10
2.2 高速公路改扩建时机条件的确定 10
2.2.1高速公路交通条件对改扩建时机的影响 11
2.2.2高速公路改扩建时机确定的简单步骤 13
2.3 本章小结 14
第三章 高速公路扩建模式分析 15
3.1 基本扩建原则 15
3.2 路网加密方案 15
3.2.1 路网加密方案的优点 16
3.2.2 路网加密方案的不足 16
3.3 老路加宽方案 16
3.3.1 分离加宽方案 16
3.3.1.1平面分离加宽 17
3.3.1.2纵面分离加宽 19
3.3.1.3分离加宽方案的优缺点 19
3.3.2 拼接加宽方案 20
3.3.2.1 单侧拼接加宽扩建方案 20
3.3.2.2 两侧拼接加宽扩建方案 21
3.3.2.3 拼接加宽方案的优缺点 22
3.3.3单侧与两侧加宽方式的比较 22
3.3.3.1单侧加宽的优缺点 23
3.3.3.2 两侧加宽的优缺点 23
3.4 本章小结 24
第四章 高速公路整体改扩建方案分析及评价 25
4.1桥梁改扩建方案分析 25
4.1.1扩建方式选择的基本原则 25
4.1.2各类桥梁改扩建方案分析 25
4.1.2.1主线桥的改扩建 26
4.1.2.2被交道上跨桥的改扩建 27
4.1.3桥梁改扩建的适用条件分析 28
4.1.3.1主线桥改扩建形式适用条件分析 28
4.1.3.2被交道上跨桥改扩建形式适用条件分析 29
4.1.4桥梁改扩建的组织对策 29
4.2收费系统改扩建分析 30
4.2.1收费站改扩建原则及控制因素 30
4.2.2正常布置的收费站 30
4.2.3分离式收费站 32
4.2.4中心偏移式的收费站 32
4.3互通立交改扩建分析 34
4.3.1高速公路互通式立交概述 34
4.3.2互通式立交改扩建原则及影响因素 35
4.3.3 喇叭型互通式立交具体改扩建方案 36
4.3.3.1互通形式不变 36
4.3.3.2需扩大通行能力的互通 36
4.3.3.3完善路网的重建及合并 38
4.4服务区改扩建分析 39
4.4.1服务区改扩建的影响因素 39
4.4.2服务区具体改扩建方案 40
4.4.2.1服务区总体的布设 40
4.4.2.2 服务区各类设施改扩建方案 41
4.5本章小结 42
第五章 结论 43
5.1主要结论 43
5.2不足以及展望 43
致 谢 45
参考文献 46

41

第一章 绪论
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
我国高速公路建设始于1984年，自始建以来一直处于持续发展的状态，进入21世纪，我国国民经济持续保持快速发展势头。国内生产总值增长持续增长，其中个别地区年人均收入超过5000美元，达到中等发达国家水平。经济的快速发展刺激了区域间的交流，导致了区域交通节点间周转量的增加，加大了对高速公路通行能力的要求。
由于上个世纪80年代至90年代中期，即我国高速公路建设的初始阶段，相关高速公路建设的技术标准与规范尚不完善以及高速公路建设资金短缺等影响因素，这个时期大多数高速公路设计普遍存在缺乏前瞻性的问题，并且对于未来目标年交通量预测值较为保守，加之90年代中后期国民经济迅速增长，发达地区交通量的增长速度几乎都在两位数以上，很多高速公路建成不久就出现了通行能力不足、服务水平下降，急需进行扩建。同时，早期建成的高速公路在区域公路网中占有极为重要的地位，基本上都属于经济发达地区的交通主干线，对区域经济的发展起着至关重要的作用。
根据国外高速公路的发展历程，我国高速公路建设也必将经历大规模扩建的历史时期。由于高速公路的扩建工程不仅涉及扩建标准、扩建模式这些工程本身的技术问题，还将牵扯到国家国民经济概预算、工程投资、环境与社会影响等方方面面。因此，如何对已建成高速公路进行改扩建，以提高现有高速公路的服务等级和通行能力，是目前面临的一个重要课题。
因此，我国建成于上世纪末的四车道高速公路陆续都在进行拓宽扩建，我国继2000年完成广州一佛山高速公路改扩建后，沪杭甬高速公路浙江段，沈大高速公路，沪宁高速公路等改扩建工程也相继完成；目前，黑龙江省将投资60亿元对佳木斯一双鸭山、牡丹江一绥芬河等高速公路进行改扩建；安徽省将投资17．87亿元对合宁高速公路大蜀山一陇西立交段进行扩建。
从以上我国高速公路扩建工程的背景资料可以看出，对高速公路进行扩建已成为缓解区域交通通道交通运行情况紧张的主要方法之一。因此，高速公路扩建工程在我国目前的交通领域具有非常重要的地位，不仅可以从本质上改善区域交通通道现有状况，加强其重要战略地位，而且必将是对国务院于2005年1月13日发布的“国家高速公路网规划”的有利支持。
在何种时机、怎样的情况下才需要进行高速公路的扩建，这是研究高速公路扩建模式的前提，也是本篇论文需要研究的主要内容之一，具有非常重要的意义。
针对不同的工程，高速公路的扩建模式有多种选择，是新增车道，还是修建复线?这是非常值得深入研究的问题。因此，如何利用科学的方法对高速公路扩建模式进行比较研究，是现在亟待解决的问题。同时，对高速公路扩建方案进行各个方面的综合评价是对扩建模式进行多角度综合分析比较、遴选的有力依据。从这一角度来看，对高速公路扩建模式方法进行研究具有重要的现实意义。
当然，在扩建项目中，还存在着桥梁拼接、收费站改扩建、互通式立交改建、服务区改扩建等其他交通基础设施的问题，这些问题必然存在于高速公路改扩建工程中，如何应对这些方面的困难也是高速公路扩建工程中需要考虑和解决的，也同样具有十分重要的意义。
1.2研究内容
论文主要是对高速公路扩建模式进行研究，具体包括以下几个方面：
1.2.1 高速公路改扩建时机条件研究分析
这部分内容是对高速公路改扩建的时机条件进行了分析，在怎样的情况下、在何种时机进行扩建是建设中重要的宏观决策问题。本部分内容具体是：利用有关数据对高速公路改扩建工程基本路段通行能力和服务水平进行研究, 分析研究影响服务水平的各个因素对高速公路改扩建时机所产生的影响, 提出高速公路改扩建时机的基本步骤。
1.2.2 高速公路扩建模式分析
这部分内容是对高速公路的各类扩建模式进行具体、客观的分析，根据高速公路扩建原则对各种扩建模式的具体扩建方法进行详细的分析研究，针对每一种扩建方法分析得出其采用过程中所需考虑的各种影响因素、优缺点等。
1.2.3 高速公路整体改扩建方案分析及评价
本部分内容是：
对除了道路以外高速公路扩建工程中的其他基础设施的改扩建进行了分析，从而得到一个完整的高速公路扩建方案。具体的基础设施包括：
1）对高速公路扩建过程中桥梁拓宽的结构形式进行分析，主要分析进行桥梁拓宽的过程中所应该考虑的影响因素以及简单的桥梁拓宽拼接方案。
2）对高速公路扩建过程中收费系统的改扩建情况进行分析，了解收费站土建设计原则及控制因素，根据不同情况得出相适应的改造方案，并针对各个方案进行具体分析。
3）对高速公路扩建工程中互通式立交的改扩建进行了分析，主要分析互通式立交改扩建的影响因素以及改扩建方案。
4）对高速公路扩建工程中服务区的改扩建进行了分析，得出具体的改扩建方案。
1.3技术路线
本文主题总共分为三个部分，高速公路扩建时机条件分析、高速公路扩建模式分析以及高速公路整体扩建方案研究分析。
第一步：高速公路扩建时机条件分析，利用有关数据对高速公路改扩建工程基本路段通行能力和服务水平进行研究, 分析研究影响服务水平的各个因素对高速公路改扩建时机所产生的影响, 提出高速公路改扩建时机的基本步骤。
第二步：具体分析不同的高速公路扩建模式。针对每一种扩建方法分析得出其采用过程中所需考虑的各种影响因素、优缺点等
第三步：对除了道路以外高速公路扩建工程中的其他基础设施的改扩建进行了分析，从而得到一个完整的高速公路扩建方案。
通行能力
服务水平
扩建条件分析
扩建模式评价
高速公路整体扩建方案
收费系统改扩建

互通立交扩建

扩建原则
分析各模式
各模式优缺点
服务区改扩建

桥梁改扩建

1.4 国内外研究现状
近年来，随着我国经济快速发展和实施西部开发战略，公路建设得到了迅猛发展。在东部经济较为发达的地区，国道主干线交通量迅速增长，有些早期建设的四车道高速公路已趋于饱和，不能满足交通发展的需要，因此高速公路的扩建问题已成为了国内众多学者关注研究的重要课题。高速公路扩建模式的研究便是高速公路扩建问题中一个较为普遍的课题。
1.4.1 高速公路改扩建时机、条件等方面的研究
Peter S.pell在《Developments In Highway Pavement Engineering-1》中提到了老路改造扩建的原因。一是公路项目立项初期，在制定工程规模和工程技术标准时，一般是按满足工程完成后20年内的预测交通量要求来确定的，但是由于交通量发展的不确定因素较多，偏差往往很大，尤其对于经济热点地区和经济.
高速发展时期的交通量增长估计不足;老路改建的另一个原因是由于交通量的迅速增长，重车超载以及路面设计、施工方面存在的缺陷，致使一些高级公路路面在未达到设计使用年限时就提前破坏了。因此需要一个前提条件、一个标准去衡量一条道路是否需要扩建。
武汉理工大学2007届毕业的硕士研究生刘铁鑫在其毕业论文《高速公路改扩建时机决策研究》中针对高速公路改扩建时机问题，从高速公路道路服务水平变化趋势和高速公路改扩建项目经济效益两方面进行研究。一是运用高速公路出入口OD矩阵推算技术对改扩建高速公路路段未来交通量进行预测。二是根据改扩建和新建高速公路经济评价方法的区别和高速公路本身的经济特性，选择总量法对改扩建高速公路进行经济评价。最后，结合高速公路改扩建工程实例，对基于道路服务水平和道路经济效益的改扩建时机决策进行实证研究，以期为高速公路改扩建工程正确地进行项目决策，适宜地选择改扩建时机提供参考。
道路结构与材料交通行业重点实验室北京交通部公路科学研究院的方靖、周荣贵, 柴华在其文献《高速公路改扩建工程交通量标准》中利用交通仿真技术现针对改扩建公路分析给出高速公路改扩建工程的通行能力和服务水平分析流程, 以合理确定改扩建标准，避免扩建规模与实际交通需求脱节的不良现象。
1.4.2 高速公路扩建模式方案等方面的研究
早在2001年交通部规划研究院的陈胜营、刘祖祥就已在文献《高速公路改扩建方案思考》中提出了路网加密、近距离新建、老路加宽三种扩建方式，并提到要做好方案比较工作。随着沪宁高速公路的扩建工程的开展，江苏省交通规划设计院的胡安兵，凌九忠在文献《高速公路扩建方案研究》中通过对高速公路不同扩建方式及具体方案的比较论证，结合交通组织方式的优化，提出了适合高速公路的扩建方案以及具体工点的处理方法。凌九忠在文献《深入探讨高速公路扩建方法》中分析了直接拼接方式和分离扩建方式这两种基本扩建方式的优缺点,进一步提出了由这两种基本扩建方式形成的高速公路各种扩建方案的适用条件,特别是提出了"以分离为主,局部采用直接拼接"这一具有"快速+集散"功能的方案并进行了分析,以期在今后的高速公路扩建方案设计中能有所突破。粱兴胜在其文献《高速公路改扩建经验探讨》中从高速公路改扩建工程的路基路面拼接、桥梁拼接、交通组织及征地拆迁等方面分析了高速公路改扩建工程的建设特点和成功经验，指出借鉴国内外已有高速公路改扩建工程的经验和成果对目前高速公路改扩建具有重要的指导意义。
华中科技大学2005届毕业的硕士研究生沈顺柳在其毕业论文《沪宁高速公路改扩建可行性研究》中从沪宁高速公路改扩建工程建设的必要性、技术可行性、实施可能性、工程经济性等研究出发，探讨高速公路的改扩建方法，首先通过交通量分析和预测、通行能力计算和服务水平的评定来论证改建的规模和方式并根据针对既有工程提出的改扩建方案进行了经济效益分析及相关的国民经济评价、财务评价和综合经济评价。最后对高速公路改扩建给出了建议。
东南大学2007届毕业的硕士研究生罗崴在其毕业论文《沪宁高速公路改扩建比选方案研究》中从宏观与微观两个层次分析总结了高速公路的扩建模式，指出高速公路扩建既可选择路网加密方案，也可选择老路加宽方案.由于路网加密方案的宏观特性，论文将研究对象定位于老路加宽方案，除了对其几种具体的扩建方案进行了分析之外，还对各方案的优缺点进行了比较。并提出高速公路扩建方案比选的过程是在各部分、各阶段、各层次评价的基础上，对多种因素所影响的事物或现象做出总评价，寻求系统整体功能的最优，而不仅仅是寻求某一项或几项指标的最优值。因此，论文提出高速公路扩建方案综合评价系统应由技术评价指标体系、经济评价指标体系与社会影响评价指标体系三部分构成，并分析了评价方式与评价期范围两个综合评价系统要素。
1.4.3 高速公路其他基础设施改扩建的研究
高速公路扩建除了道路的扩建之外还应该考虑其他基础交通设施的改扩建。包括：桥梁、收费站、互通立交、服务区等。
东南大学、中交第二公路勘察设计研究院有限公司的吴文清、叶见曙等在其文献《高速公路扩建中桥梁拓宽现状与方案分析》中写道文章针对沪宁高速公路沿线地质条件和原有桥梁情况，分析讨论了国内现有高速公路桥梁拓宽的工程现状以及相应的桥梁拓宽经验教训，提出了适合沪宁高速公路桥梁工程的拓宽总体方案。中交第二公路勘察设计研究院有限公司的张世平在文献《考虑施工交通组织的桥梁改扩建方案设计》——沪宁高速公路(江苏段)扩建工程中指出：桥梁工程的改扩建设计，需考虑施工交通组织的桥梁类型主要有3种：主线拼宽桥、主线新建桥、被交道上跨桥，其中被交道上跨桥梁包括互通式立交桥和分离式立交桥。文中对这3种类型桥梁改扩建的施工交通组织设计进行介绍与总结。
中交第二公路勘察设计研究院有限公司的闵泉、盛萍在文献《沪宁高速公路(江苏段)扩建工程收费系统改扩建的问题与对策》主要介绍了沪宁高速公路四车道改八车道扩建的工程实例，对收费系统改扩建中的情况和问题进行了阐述，并针对收费机电设施及配套土建在扩建工程中的特点及难点分别进行了分析和论证。
安徽省公路勘测设计院的陈修林在其文献《高速公路改扩建工程中互通立交的方案设计》中以合( 合肥) 宁( 南京) 高速公路扩建项目中的几个互通立交为例, 分析立交在扩建中的一些问题并研究其解决方法。广东省公路勘察规划设计院的刘桂红、梁文伟在其文献《广佛高速公路扩建工程互通立交初步设计》中针对广州一佛山高速公路扩建工程对互通立交扩建工程的设计作了一些探讨, 提出了解决办法, 并对扩建工程中的立交扩建设计作了较为全面的介绍。中交第二公路勘察设计研究院有限公司的徐邦凯、余泽新在其文献《喇叭形互通改扩建方案探讨》——沪宁高速公路(江苏段)喇叭形互通改扩建中指出喇叭形互通是沪宁高速公路上的典型互通形式，该文探讨了该类互通改扩建方案的影响因素、改扩建原则和具体实施方案。
江苏沪宁高速公路扩建工程指挥部以及中交第二公路勘察设计研究院的王宏伟等在其文献《沪宁高速公路改扩建工程服务设施规模的研究》中结合沪宁高速公路改扩建工程的实际, 对原有服务设施的规模和使用情况进行了充分调查, 提出了服务区改扩建中停车场、餐厅、公厕等服务设施建设规模的指导性意见。刘伟在其文献《河南省高速公路服务区改扩建设计研究》中对河南省高速公路现有服务区的现状和存在的问题作了分析，结合实践，阐述了服务区改扩建设计中的设计理念，并对服务区的布置及各功能区的设置作了探讨。
1.5 论文结构
论文大致由以下几个部分组成：
第一章：绪论，由研究背景及意义、研究内容、技术路线、国内外研究现状、论文结构五部分组成。
第二章：高速公路扩建时机条件分析，由通行能力与服务水平分析研究、高速公路改扩建条件标准划定、本章小结三部分组成。
第三章：高速公路扩建模式分析，由基本扩建原则、路网加密方案、近距离新建方案、老路加宽方案、本章小结五部分组成。
第四章：高速公路整体改扩建方案分析及评价，由桥梁拓宽方案分析、收费站改扩建分析、互通立交改扩建分析、服务区改扩建分析、本章小结五部分组成。
第五章：结论，对整篇论文进行总结，得出研究成果并指出研究的不足之处。

第二章 高速公路扩建时机条件分析
第二章 高速公路扩建时机条件分析
高速公路发展是通过基础设施建设来满足社会经济发展对它们运输服务能力的需要。在高速公路改扩建时机条件决策的过程中，可能存在两个弊端：一是若扩建时机滞后，将成为阻碍社会经济发展的一大不利因素；二是若改扩建时机超前，将造成资源浪费，高速公路运营效益不佳。因此，如何确定高速公路改扩建项目的最佳时机是一个十分关键的问题。
要想分析出高速公路改扩建的时机条件，首先必须要从高速公路本身的通行能力以及服务水平入手，利用预测以及实测的数据，确定通行能力以及服务水平。其次，再具体分析高速公路改扩建时机条件的确定。
2.1 通行能力与服务水平分析研究
本节首先对高速公路通行能力以及服务水平的等级划分进行简单的介绍，其次分析了影响服务水平因素，这些因素将成为具体描述高速公路服务水平的重要组成部分，从而为下一节划定高速公路扩建的标准提供依据。
2.1.1 通行能力与服务水平概述
通行能力即为在不同的运行质量情况下1h所能通行的最大交通量，亦即可求得在指定的交通运行质量条件下所能承担交通的能力。[1]
公路通行能力的分析研究离不开交通运行质量，所以通行能力的分析必须与服务水平的分析在一起进行。公路服务水平和道路的通行能力是从不同的角度反映公路的性质与功能。通行能力主要反映公路服务的数量或服务的能力，而公路服务水平主要反映公路的服务质量或服务的满意程度，严格来说没有无通行能力的服务水平也没有无服务质量的通行能力。两者是分不开的。
公路服务水平是交通流中车辆运行的以及驾驶员和乘客所感受的质量量度，亦即公路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平。通常与行车速度、行驶时间、驾驶自由度、交通阻塞程度以及舒适和方便程度等因素有关。不同道路的服务水平不同，一定的服务水平允许通过的交通量称之为服务交通量，服务水平搞得道路服务交通量低、车速快、用路者开车的自由度大、舒适、安全性好。但对于服务水平低下的道路，其相应的服务交通量大，行驶车速受到限制，甚至出现拥挤、受阻，时行时停等难以忍受的最低服务水平。
我国公路服务水平分为四级，如下表所示：
表2-1 四级服务水平的定性规定[4]
等级
交通流状况

一级

交通流处于自由流状态。交通量小，速度高，行车密度小。驾驶员能自由或较自由地按照自己的意愿选择所需的速度，行驶车辆不受或基本不受交通流中其它车辆的影响。超车需求远小于超车能力，被动延误少。在交通流内驾驶的自由度大，为驾驶员、乘客或行人提供的舒适度和方便性非常优越。

二级
交通流处于稳定流的中间范围。驾驶员基本上按照自己的意愿选择行驶速度，但是开始要注意到交通流内有其它使用者，并可能影响到行驶速度的选择。相对于一级服务水平而言，交通流中驾驶的自由度略有下降。因为交通流中其它使用者的存在。开始影响部分操作，交通设施所提供的舒适和方便程度已经下降。

三级
交通流处于稳定流范围下限，车辆运行明显地受到交通流内其它车辆的影响，速度和驾驶的自由度受到明显限制。在交通流中驾驶，要求驾驶员切实提高普惕。总的舒适度和方便性明显下降。

四级
分为上下两部分。其中上半部分的运行条件等于或接近通行能力值。所有车辆的速度都降到很低，但运行速度相对一致，交通流中驾驶的自由度极少，为了适应这种驾驶，一般需要行人或车辆让路。舒适度和方便性极差，驾驶员和行人受到的限制一般都很大。在这个水平上运行通常不稳定，因为交通流中流量稍有增大或微小的波动，都会引起交通阻塞。下半部分是通常意义上的强制流或阻塞流。这一服务水平下，交通设施的交通需求超过其容许的通过量，车流排队行驶，队列中的车辆出现停停走走现象，运行状态不稳定，可能在不同交通流状态间发生突变。
根据《公路工程技术标准》的要求，高速公路基本路段、匝道-主线连接处、交织区均采用二级服务水平。但在不得已的情况下，匝道-主线连接处及交织区可降低要求采用三级服务水平。这是高速公路建设所要求的运行标准，在二级服务水平下的运行才符合高速公路的服务要求。但高速公路的运行状态会随着使用年限、交通量的增加等而发生改变，一般情况下高速公路都会越来越拥挤，从而不符合建设是所要求的运行标准，因此会需要扩建。在何种时机、何种运行状态是需要进行扩建就是本章的主要内容。
2.1.2 影响高速公路服务水平的因素
1）行车速度和运行时间。高速公路的一个重要标志就是行车速度比一般公路高，行驶速度越高，运行时间越短，服务水平越高。因此，服务水平与行车速度是成正比例相关，与行驶时间成反比例相关。
2）车辆行驶时的自由程度。服务水平与行驶的自由程度（通畅性）成正相关，行驶自由程度越大，服务水平越高。
3）交通受阻或受干扰程度，以及行车延误。服务水平与每公里停车次数成负相关。
4）行车的安全性。服务水平与行车事故率和经济损失成负相关。
5）行车的舒适性和乘客满意程度。服务水平与行车的舒适性和乘客满意程度成正相关。
6）经济性。服务水平与行驶费用成正相关。
7）车辆组成。车辆组成对服务水平的影响不能简单的以正负相关来描述，是由我国高速公路的特殊情况决定的，之后具体分析时会详细介绍。[2]
由此可见，高速公路的服务水平受各个方面不同因素的影响，这些条件因素的改变直接影响服务水平的等级划分，从而影响高速公路的设计、维护、扩建等各项工程。因此，在分析高速公路的扩建时机条件时，要具体分析这些因素的变化情况，从而确定相应的服务水平，划定高速公路改扩建的标准。
2.2 高速公路改扩建时机条件的确定
高速公路的改扩建时机即为：在高速公路现有的通行能力下，在对高速公路交通量发展规模预测的基础上，确定的高速公路改扩建的启动点（何时开始进行高速公路扩建）。
交通量是高速公路运营过程中最为显著的特征量，在一定程度上能反映高速公路的拥挤情况。但是，在相同运营交通量情况下，同一设计速度、规模和几何特征的两条高速公路，由于地理位置和交通组成等的不同，两条高速公路的拥挤程度是不同的。因此，交通量不能直接作为确定扩建的决定参数，而应当选取高速公路服务水平作为确定扩建的决定参数。
2.2.1高速公路交通条件对改扩建时机的影响
高速公路改扩建以服务水平为决定参数，而在实际确定服务水平时，要从细节入手，具体分析决定服务水平的各项组成部分，从而得到高速公路改扩建的时机标准。具体分析高速公路的通行情况并确定服务水平时主要包以下几个方面的内容：1.行车速度与自由程度；2.运行时间；3.车辆组成； 4.V/C比。
1）行车速度与自由程度
简单的来说，通行状况好、服务水平高的公路行车速度高、自由程度较大。
根据一项调查结果，可以明显的发现高速公路上行驶的各类车辆在公路通行状况良好的情况下行车速度基本依照各自车型的行驶水平并且不同类的车辆车速相差比较大，自由程度比较大；而随着公路通行状况的改变，多数情况下为：行驶车辆数量会随着使用时间逐渐上升，道路的使用效率会相对下降。这种情况下，公路上行驶的车辆的行驶速度值会越来越趋近于同一个范围，各类车辆车速值的差距会缩小，自由程度逐渐降低，车辆与车辆之间的相互制约会越来越明显。
据2000年的一项高速公路数据调查（见附录一），可知昆（明）—玉（溪）高速公路以及成（都）—渝（重庆）高速公路不同车型的速度变化情况，统计得到：昆玉高速的车辆不同车型车速几乎不存在差别，均速为57km/h；成渝高速的车辆不同车型车速相差比较大，小型车为113km/h、中型车为89km/h、大型车为58km/h；两条高速公路车速与服务水平的关系如下图：
服务水平
车速
昆玉高速
成渝高速

图2-1 昆玉高速、成渝高速行车速度与服务水平的关系
可见随着高速公路的逐年使用，在行车速度与自由程度方面会越来越不符合高速公路运行服务的要求以及驾驶员、乘客的满意程度，这个时候就会提出扩建。
2）运行时间
从运行时间的角度来说，当高速公路的通行通畅的时候运行时间会在驾驶员以及乘客的满意程度之内，但随着高速公路的逐年使用，高速公路的通行状况会随着发生改变，自由程度、行车速度等都会相对降低，这将直接影响到运行时间，运行时间的增大会直接影响到高速公路使用者的日常工作，使用者（驾驶员、乘客等）的满意程度会降低，从而现行的高速公路不能满足各方面的需求。这个时候就会提出扩建。
3）车辆组成
我国高速公路上货运车辆比例高、车辆性能差，这一情况使得在确定高速公路通行情况时需要特别注意。货运车辆比例高、车辆性能差的车辆组成情况造成在计算车辆换算系数——评价道路通行情况的重要指标时要着重注意：[6]
1.车辆折算系数应该基于服务水平计算,才能准确全面反应货车的影响。
2.在流量和混入率都很小的时候,没有必要进行车辆折算；在流量接近通行能力时,车辆折算系数主要受车辆尺寸影响；在中间稳定流状态,车辆折算系数分别随流量和混入率的增加先增后减。
3.货车速度对车辆折算系数有显著影响,在上坡路段等引起货车速度降低的地方,服务水平会迅速下降成为整个道路的瓶颈路段. 因此限制低速、性能差车辆的进入对保证高速公路的合理利用非常必要。
车辆折算系数的定义应该被规范为：在特定的道路等级、坡度、坡长以及交通组成条件下，所有非标准车相当于标准车对交通流流量影响的当量值。
依次计算出的各项指标才能准确地反映高速公路的通行状况，从而能够准确地确定出高速公路改扩建的时机条件。
4）V/C比
服务水平在数值上是以实际道路条件和交通条件每车道的最大服务交通量与实际设计速度对应的通行能力值的比例来决定的。V/C反映了道路的拥挤程度状况。[3]
（2-1）
一实际道路条件和交通条件每车道的最大服务交通量，辆小客车/h/车 道；
一 实际设计速度VR对应的通行能力值，辆小客车/h/车道；
据各项研究表示，当V/C达到1.0时交通流将会出现强制流或阻塞流，交通设施的交通需求超过其允许的通过量，车流排队行驶，队列中的车辆出现停停走走现象，运行状态极不稳定。在这种情况下将会考虑改扩建。
综上所述，以上各项指标在高速公路通行状况不良的情况下（使用者满意程度之外）可以总结为：运行条件等于或接近通行能力值。所有车辆的速度都降到很低，但运行速度相对一致，交通流中驾驶的自由度极少，为了适应这种驾驶，一般需要行人或车辆让路。舒适度和方便性极差，驾驶员和行人受到的限制一般都很大。在这个水平上运行通常不稳定，因为交通流中流量稍有增大或微小的波动，都会引起交通阻塞。
以上情况即为服务水平四级上半部分的情况，当高速公路出现此类现象时，说明其服务已不能满足客货流的需求，制约了当地交通的发展。图2-2反映了四级服务水平上半部分和下半部分的及下半部分的交通流状况：

图2-2 四级服务水平上半部分和下半部分交通流状况
所以本文认为：当服务交通量和通行能力之比V/C接近1.0，服务水平为四级上半部分时，就应该进行改扩建。
2.2.2高速公路改扩建时机确定的简单步骤
高速公路改扩建时机确定的步骤为：[5]
1）通过对服务水平各项影响因素的分析，确定高速公路基年道路服务水平（要特别注意车辆换算系数的选择）。确定原有高速公路是否需要改扩建的依据是原有高速公路的服务水平过低，造成拥挤；
2）根据高速公路所在区域的社会经济发展状况和交通状况预测未来各特征年的交通量，根据交通量计算各特征年的高速公路服务水平；
3）根据未来各特征年的高速公路服务水平，将服务水平进入四级服务水平上半部分的特征年，作为高速公路改扩建的启动点；
4）根据高速公路每年的实际交通量合适及服务水平进行交通量和服务水平滚动预测，调整或重新计算改扩建启动点；
5）在到达启动点前，及时做好高速公路改扩建的前期工作，并提出改扩建申请报告；
6）到达启动点，启动高速公路改扩建项目。
2.3 本章小结
本章首先对高速公路改扩建工程基本路段的通行能力和服务水平进行了分析，主要进行了对服务水平进行定义、级别划分以及影响因素分析。其次在第二节根据对服务水平各项因素对道路通行情况影响的分析确定出高速公路改扩建的时机条件，并最终得出高速公路改扩建时机确定的简单步骤。

第三章 高速公路扩建模式分析
第三章 高速公路扩建模式分析
国内外高速公路扩建工程，其扩建模式不外乎新建与加宽两种。这两种扩建模式又各自派生出不同的扩建方案，每种方案又分别有不同的具体扩建方案:如新建模式中可从国家干线公路网规划的宏观角度进行路网加密，重选区域交通走廊带，开辟高速公路新线；在加宽模式中既可选择分离定点直通专线方案(亦称之为分离加宽扩建方案)，也可选择两侧或单侧直接拼接加宽方案等。
3.1 基本扩建原则
根据国内外高速公路扩建的经验，在扩建时应遵循以下基本原则: [7]
l)合理选择方案，减少对现有道路交通的影响；
2)尽可能节约土地资源，减少拆迁数量；
3)利于项目的可持续发展；
4)利于优化交通组织，提高道路的服务水平；
5)有利于道路的维护和交通管理；
6)最大限度地利用现有工程；
7)因地制宜，采用成熟、合理的工程技术，控制工程风险；
8)工程费用合理。
3.2 路网加密方案
增加干线通行能力、解决交通拥挤问题，方法之一是加大高速公路线网密度(车道一里程密度)，即路网加密，使长、大距离行驶车辆选择不同的路线走廊。路网加密方案也可认作大范围的、“面”的扩建方案(沿老路扩建可认为是“线”的方案)，是宏观意义上的高速公路扩建方案。如将106国道走廊带交通条件改善提高，以达到分流107国道走廊带交通量的目的。我国交通部于2005年1月完成的“国家高速公路网规划”，主要目的之一就是从根本上、深层次上解决区域交通通道的通行能力问题。
路网加密牵涉到大范围的区域路网规划等重大因素，且小规模的路网加密，对吸引已建高速公路交通意义不大。因此，从某种意义上讲，路网加密方案与老路加宽扩建方案不具有可比性。路网加密并不是本文所要重点研究的扩建方式，本文主要研究的是在横向分布上存在的老路加宽方式，具体有以下两种:两侧直接拼接方式与分离扩建方式(双侧分离和单侧分离)。
3.2.1 路网加密方案的优点
与老路加宽方案相比，路网加密方案主要有以下优点:
l)由于是从宏观角度上进行路网优化，路网加密方案较大程度地考虑了区域高速公路网的协调程度，有利于加密方案所在沿线交通条件的改善，提高路网密度，完善路网布局，促进区域经济均衡发展；
2)路网加密方案最直观的效果是路网密度的增加，施工过程中对已建高速公路的交通不产生干扰；
3)已建高速公路能全部利用，不产生废弃工程；
4)路网加密方案的设计、施工及运营管理，独立性较强，实施起来相对简单。
3.2.2 路网加密方案的不足
然而，路网加密方案也有其自身的缺点，主要表现在:
l)路网加密方案中往往涉及数条或者数十条高速公路新建工程，工程投资规模极大，工期也较为漫长，相应地，发挥高速公路网的规模效益也需要较长时间；
2)加密方案中规划建设的新建高速公路对已建高速公路交通吸引有限，特别是加密高速公路建设规模较小时，对长、大距离交通吸引甚微。
3.3 老路加宽方案
老路加宽扩建方案是与路网加密方案相对的一种高速公路扩建方案，是在现有交通走廊内、充分利用老路的基础上提高高速公路通行能力的一种扩建方案。老路加宽扩建方案主要有以下两种方式：分离加宽方案和拼接加宽方案。（当然，也会出现分离、拼接混合的加宽方案，这种情况不会单独列出讨论）这两种方式是本章重点讨论的内容，下面将展开具体讨论。
3.3.1 分离加宽方案
分离加宽扩建方案，是指与已有高速公路基本平行，在距其附近范围内新建两条单向或一条双向高速公路，和老路一起组成多车道的高速公路组，从而达到扩建目的。一般情况下，采用分离加宽的高速公路路段需要满足以下要求:高速公路扩建范围基本上都是在技术上难以拼接加宽的大型构造物，或即使能够采用拼接加宽，但经济上极不合理，如城镇拆迁较大等。以下分平面、纵面两种方式讨论。
3.3.1.1平面分离加宽
1.依横向分离方式的不同，分离加宽方案分为单侧分离加宽扩建方案与两侧分离加宽扩建方案两类。
1）单侧加宽扩建方案[8]
单侧加宽扩建方案是在原有高速公路的一定距离范围内新建一条双向高速公路，其车道数与原路保持一致，同时新建高速公路替代原路发挥主道作用，并通过互通立交与老路或沿线城市进行联系。单侧加宽扩建方案的横断面图如图3-1所示。

图3-1 单侧加宽扩建方