05高速公路改扩建形式的选取及分析.doc

高速公路改扩建形式的选取及分析徐邦凯 丁予责 廖朝华中交第二公路勘察设计研究院摘 要 通过对沪宁高速公路苏州北、苏州东复合式互通扩建方案研究的介绍和总结，探讨在高速公路的扩建过程中根据大型枢纽及复合互通的工程实际情况，对各种可能的改扩建方案进行综合分析、比选。并提出一些思考性的建议。主题词 高速公路 枢纽互通 扩建方案1前言目前我国早期修建的高速公路，都面临着大修改造期的到来，早期修建的高速公路都是国家主干道，现在它们面临的不只是道路正常的路面维修养护，而是要进行改扩建，有些高速公路横断面宽度已经不能满足要求。如何结合路面大修改造这个良好时机，对整个高速公路工程进行改扩建是十分重要的，如何合理的取定横断面结构形式也是十分重要的。只有确定好横断面结构形式之后。其他各方面的工作才可以正常进行。近年来随着交通量的发展，我国相继完成了沈大高速公路、杭甬高速公路、沪宁高速公路等项目的4扩8工程。2改扩建形式选择的控制因素2.1 最严格的土地政策不同的扩建形式有不同的占地需求，在经济技术方案可行的条件下应尽可能减少新增用地，最大限度发挥已有土地的作用。2.2 利于项目的可持续发展高速公路工程不是一个静态的项目，它是一个随时间发展的动态工程，高速公路的扩建、路网的发展、沿线经济发展布局的调整等都会对高速公路发展带来新的要求和新的制约条件，扩建工程研究中需要综合考虑这些因素，既充分考虑项目建设期条件，又为未来交通发展留有空间。实现可持续发展具体表现在以下几个方面：在满足设计年限内交通需求的同时预留一定的发展空间；积极考虑设计期后道路发展的可操作性；积极适应沿线发展规划，为沿线经济发展提供相应的空间；采用科学合理的工程技术实现节能、环保、高效；采用合理的方案实现全寿命周期的成本最低化。2.3 确保建设期道路的连续运行扩建工程必须保证道路的连续运行，并尽可能实现正常运行。要实现这一目标必须优选扩建形式，有其是控制工点的扩建形式和扩建方案，为保证建设期道路正常运营创造条件。2.4 有利于优化交通组织，提高道路的服务水平多车道高速公路在我国处于起步阶段，我国的车辆状况、驾驶员操作规范性等与国外有相当的差别，需要对交通组织方案进行研究，适应多车道高速公路运行要求，提高道路的安全性从而提高道路的服务水平。2.5 最大限度的利用现有工程最大限度的利用现有工程是扩建工程的基本要求，是实践科学发展的具体体现。要实现最大限度的利用需要有理念的创新和技术的保证。要最大限度的利用现有工程会涉及到设计规范、技术指标的掌握，涉及到相关工程与发展规划的适应性，涉及到可持续发展的具体的理解与落实，这些都需要大胆开拓、科学论证，实现工程的理念创新。要最大限度的利用现有工程还需要对原有工程及废旧材料加以充分利用，需要在道路现状评价、现有工程加固、废旧材料再生利用等方面进行深入的研究。2.6 因地制宜，采用成熟、合理的工程技术本项目里程长，地质条件多变，路基填料种类多，桥梁结构形式多，建设年历史复杂，工程技术控制差异性大，原有工程中还有一些病害。扩建工程必须针对工程状况，吸取已有扩建工程的经验和教训，采取措施处理已有病害，采用可靠的方案进行扩建，确保工程质量。2.7 工程费用合理尽管与新建工程相比扩建工程具有明显的经济优势，但是不同的技术方案、不同的建设理念必然会导致建设成本的变化，在扩建形式和方案选择中需要结合费用控制因素综合选择。38车道的扩建形式3.1 A单侧拼接将现有道路中央分隔带连接起来，改建为标准路面和桥梁，重新划分为单向4个车道（必要时将原路双向横坡调整为单向横坡），将其作为扩建后道路的半幅使用，再在一侧实施拼接工程，构成另半幅路基。以石安段例，该形式就是将现有4车道中央分隔带封闭（含桥），重新划分为同向运行的4车道，在原路基上重新设置中央分隔带，在余下路基上拼接出另半幅路基。如图：图9-4-2 单侧拼接断面从图中不难发现，该形式存在几个重大技术问题：1）桥梁两次拼接问题该形式既存在桥梁中分带拼接，又需要一侧边部拼接。由于桥梁的特殊性和各异性，桥梁中分带连接既有拼接的技术问题，又有小范围施工控制问题；整个桥梁拼接后还有整体性评价问题，总体技术难度高于单一的外侧拼接。2）原有道路横坡调整问题由于原道路双向横坡的存在，调整为单向行车后出现了同向双横坡问题，给行车舒适性带来一定的影响。消除同向双横坡是一件十分复杂的事，尤其是在桥梁路段。3）净空不足问题显著由于需要在单侧拼接出4个车道，与两侧拼接相比，因横坡造成的净空损失更加明显，净空不足问题将更加突出。3.2 B单侧平面分离、C单侧平、纵分离以现有老路为半幅路基，在现有老路基的一侧以完全分离方式或以中央分隔带隔离方式新建另半幅路基即为单侧分离方式。根据工程中是否需要调整新建路基的纵面划分为B单侧平面分离加宽（纵面微调不影响中分带设置）和C单侧平、纵分离加宽（新老路高差大，不能正常设置中分带）。B、C形式的提出主要是为了回避A形式带来的很多技术问题，采用B、C形式一般不再对现有道路进行断面形式的调整。对比B、C形式，在净空问题突出的路段采用C形式更具灵活性，采用在B形式中设置向内的标准横坡（北京段如是设置）同样可以避免因加宽引发的净空问题，但会增加中央排水工程及排水难度。图9-4-3 单侧分离断面图9-4-4 单侧分离B图9-4-5 单侧分离C 3.3 D两侧拼接根据技术标准，8车道整体路基标准断面宽度取42m，因此本项目京石段主体两侧加宽15m，单侧7.5m，石安段两侧加宽16m，单侧加宽8.0m。两侧拼接加宽在技术标准不作调整的道路扩建中应用广泛，它的最大优势是节约资源和投资，利于运行交通组织。技术难度低于单侧拼接，高于单侧分离。图9-4-6 两侧拼接断面图9-4-7 两侧拼接平面 两侧拼接除了增加各项工程拼接技术难度外，最大的弱点是普遍存在的净空不足问题。由于两侧同坡拼接会减少边缘路基高度约16cm，由于本项目通道、分离式立交净空富余少，采用该形式将出现明显的通道、分离式立交桥下净空不足问题。3.4 E两侧平面分离、F两侧平纵面分离两侧拼接加宽不可避免会产生施工交通组织、道路桥梁拼接技术处理等问题，加上建设条件的限制、交通组织的需要，一些特殊路段常不能实施两侧拼接方式，此时，两侧分离加宽就是一个有价值的选择。两侧分离方案相当于在现有4车道高速公路两侧各新建2车道与现有2车道构成同向4车道，整体成为8车道高速公路。新建路基与老路间的分离宽度视实际条件而定，为减少用地同时考虑构造物施工方便，根据工程实践，一般情况下可按23m控制。为了减少净空不足问题的出现，两侧分离路基的纵面可以适当调整，实际上构成两侧平纵同步分离。图9-4-8 两侧分离平面 8车道全线采用两侧分离实际上是两条4车道，主要问题是运行效率低、运行管理困难，建设费用最高，占用土地多，同时在互通段扩建方案较复杂。全线采用两侧分离形式在互通路段需要进行处理，一种是在互通段前后转化成拼接形式，一种是实现内外车道的交通转换。实现转换的方式可以采用美国、加拿大采用的“右出左进”、“左出右进”法连接，该方法工程规模较小；也可以采用拉开分离距离、主线与匝道立交的方式实现传统的“右进右出”，该方法占地大、费用高。图9-4-9 分离路基“右出左进”、“左出右进”法连接 图9-4-10 分离路基“右出右进”法连接3.5 组合形式在具体路段扩建形式选择时往往受建设条件的限制较多，此时可以采用上述方案进行组合加以解决。常见的组合有：G两侧拼接与单侧分离的组合、H两侧拼接与两侧分离的组合。组合方案可以发挥共同的优点而减少各自弱点的影响。图9-4-11 两侧拼接与单侧分离的组合图9-4-12 两侧拼接与两侧分离的组合 4结合京港澳高速京石段进行扩建形式的优缺点比较根据8车道特点，结合项目条件，将上述四类扩建形式进行多方面的定性与定量比较，结果列于下表中。表9-4-2 8车道基本扩建形式比较表比较项目两侧拼接两侧分离单侧拼接单侧分离尽可能节约土地资源、减少拆迁数量(权重2.0)1）两侧拼接增加断面宽度与用地增加宽度相同为1516m，同地量最小。2）高速公路两侧限制建筑区的存在，不同形式拆迁数量差异不大，但本形式加宽小对电缆、地物影响最少。该项得分41）断面总宽不小于56.557.5m，较两侧拼接增加用地宽度14.515.5m（2.0倍）。2）互通路段与老路连接时用地范围增加明显。3）拆迁量大于两侧拼接方式。该项得分11）断面宽度与两侧拼接相同，占地也相同。2）由于加宽路基在单侧，对路侧电缆的影响程度大于两侧拼接。3）互通改建规模大，用地增加。该项得分31）新增路基宽度约22.5m，用地是两侧拼接的1.5倍。2）新线单侧加宽大，超出建筑界，拆迁数量增加。压覆电缆长度最大。3）互通改建规模大，用地增加。该项得分2利于项目的可持续发展(权重1.0)1）该方式扩建后远期再需扩建时两侧仍然有分离扩建的可能和扩建的空间。2）该方式为后期地方路网的发展留下了空间，降低了地方路网连接高速公路的难度。该项得分41）该方式中分离路基保留了较宽的硬路肩，为远期增加行车道打下了基础。若加大分离距离更可以为再扩建提供空间。2）扩建后在分离路段增设互通会明显加大工程量，若不做好预留后期实施困难。该项得分3与两侧拼接基本相当，但再建互通等构造物时技术处理上较复杂。该项得分2该形式保留了老路的原貌，无论是后期再扩建扩建还是再建互通等工程复杂程度均大于两侧拼接和单侧拼接。该项得分1确保建设期道路的连续运行(权重1.5)1）路基及构造物下构施工过程中对老路交通的影响较小；2）路面及构造物上构施工时需进行临时交通组织；3）本项目互通以菱形、半苜蓿叶为主，改建时交通影响较小，其他互通改建时交通组织难度稍大。该项得分31）大部分路段扩建道路与老路分离，施工过程中对老路交通的影响大为减小；2）由于互通改建规模大，交通组织难度增加；3）老路施工可以在分离新建工程结束后进行，交通组织难度降低。该项得分41）两次拼接，施工组织次数多、复杂；2）互通改建规模大，交通组织难度增加；3）涉及铁路、相交高速公路立交桥拆建多，协调难度增加。该项得分11）单侧分离可以进一步减少对老路交通的影响，交通组织最为简单；2）互通、分离式立交等处交通组织难度增加；3）涉及铁路、相交高速公路立交桥拆建多，协调难度增加。该项符合系数为3该项得分2有利于优化交通组织，提高道路的服务水平(权重1.5)1）整体式断面利于交通组织管理、养护管理及救援组织；2）在交通量较小的阶段可以采取客货分离的方式或大小车分离的方式，提高小车的服务水平，但需提高管理力度。该项得分31）采用分离扩建，可以强制实行限速或限车型通行，提高服务水平；2）为了便于养护及事故时的交通组织，需要增加新老路基的连接，交通组织的灵活性较差。该项得分31）总体与两侧拼接相同；2）由于一侧存在双横坡问题，对正常行驶习惯有影响，早期可能会影响道路的安全性。该项得分21）该形式一侧是拼接、一侧是分离，具有综合特点；2）由于单侧分隔带的存在，利于分车型运行管理，但增加了养护、事故时交通组织难度；3）两个行驶方向形式不同，对行驶习惯有影响，也增加了运行管理的难度。该项符合系数为1最大限度地利用现有工程(权重1.5)1）最大限度地利用了现有路基、桥梁、互通、交通工程，老路利用率最高；2）在利用的同时必须对原有道路结构物等进行加固、维修，提高承载能力和耐久性。该项得分31）完全利用了现有道路；2）互通、分离式立交等工程改造量增加明显。3）为了提高原路路面质量、处理桥梁病害等仍需对原路进行改建。该项得分41）基本利用了现有道路；2）在单侧拼接时部分工程不能利用；3）互通、分离式立交等工程改造量增加明显。4）需对原有道路及结构物等进行加固、维修。该项得分31）完全利用了现有道路。2）互通、桥梁等工程改造量增加明显。3）为了提高原路路面质量、处理桥梁病害等仍需对原路进行改建。该项得分4因地制宜，采用成熟、合理的工程技术(权重1.5)1）本项目地质条件较好，路基拼接技术风险小；2）路面拼接已有丰富经验，风险较小；3）结构物拼接技术已相对成熟，本项目结构物拼接技术风险较小。该项得分21）路基搭接难度小于两侧拼接；2）路面拼接段落少风险减小；3）结构物拼接少，风险小。该项得分31）本项目地质条件较好，路基拼接技术风险小；2）路面拼接已有丰富经验，风险较小；3）该形式结构物拼接技术相对复杂，难度高于两侧拼接。该项得分11）局部存在路基搭接处理难度低；2）其他工程类似新建道路技术难度低。该项得分4工程费用合理(权重2.0)该方式工程费用最低。该项得分4该方式工程费用高。该项得分1该方式工程费用居中该项得分2该方式工程费用高该项得分1得分合计36.52822.523.5综合比较，8车道扩建推荐两侧拼接形式。5结论与展望根据对上述各方案的分析，由于主线分离加宽方案即由4车道分离成2+2车道，交通如何组织则是一个有待于进一步研究的课题。且由于各方案缺点十分明显，根据沪宁扩建指挥部多次组织各方面专家组织的专题研究讨论，综合各方面因素考虑，在该枢纽路段宜放弃分离加宽的扩建方式和拼宽成低标准的8车道方案；该项目重点对余下二个方案进行深入研究比较：方案一：拼宽成标准8车道。该方案关键问题是改建苏嘉杭高速公路跨沪宁路分离式立交桥和其他多座匝道桥的工程可行性，从工程量、施工工期和施工期的影响等方面进行比较，除实施难度较大外，重点是要协调好交通分流和组织等各方面关系。 方案二：主线拼成6车道，两侧设集散道路。即单侧3直行车道+2集散车道的方案。该方案的重点是技术标准降低是否可行。前面虽然对该方案进行了详细论述，但由于现行公路工程技术标准对扩建工程中类似问题尚未提及，而且高速公路改扩建在我国也属于新生事物，尚无太多经验可循，因此，结合该工点的实际情况，提出了3+2方案。虽然有效的解决了苏嘉杭高架桥的拆除问题，也较好的适应了交通量的需求，但随着交通量的不断增长，直行交通不如8车道顺畅，从这个角度讲该方案留有遗憾。确定后的上述二个方案存在共性问题是施工期间交通组织。主要考虑不中断沪宁高速公路和苏嘉杭高速公路的直行交通。苏州北由于匝道主要以连续结构的桥为主，各方案在调整匝道与主线或集散道路连接时，均需改建匝道桥，故转向交通会中断，解决方式主要在苏州北枢纽以南6km苏嘉杭高速公路的苏州互通、苏州北枢纽以北8km苏嘉杭高速公路的太平互通实行转向交通的分流。苏嘉杭高速公路上跨沪宁高速公路的分离式立交桥改建时则可分幅实施，半幅通车维持直行交通。在苏州北枢纽互通两个改建方案的基础上，苏州东互通的改建则结合227省道的加宽进行设计，苏州市建议227省道按快道加辅道的方式进行扩建，并将互通主体由南侧移至北侧进行改造，其技术上相当于新建，对整个复合式互通方案选择不构成重大影响。初步分析认为，方案一与方案二各有优点，主要体现在如下几个方面：通行能力方面：方案一拼宽8车道后辅助车道仍维持大于700m，满足最小长度的要求。主线车道连续，通行能力高，不存在降低标准的遗憾；方案二拼接6车道、两侧设集散道路，虽主线车道数减少，但由于转向交通引入集散道路，减少了出入口数量，主线不存在交织，通行能力较高。路容方面：方案一整体拼宽的8车道形式简洁、整体性强。方案二集散道路与主线平面基本平行、纵面标高基本相同，通过景观设计，也能达到较好效果。 鉴于该路段处苏嘉杭高速公路的现状和实际情况，以及根据本枢纽互通处的直行和转弯交通量的分配比例分析，在最终的施工方案中采用了3直行车道+2集散道的扩建方案。参考资料1沪宁高速公路（江苏段）扩建工程 工程可行性研究报告 中交第二公路勘察设计研究院 2003.05 。2沪宁高速公路（江苏段）扩建工程 苏州段两阶段初步设计 中交第二公路勘察设计研究院 2003.12 。3沪宁高速公路（江苏段）扩建工程 无锡段两阶段初步设计 中交第二公路勘察设计研究院 2003.12 。4公路工程技术标准（JTG B01-2003） 人民交通出版社 北京 2004.02 。9