摘要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，部分早期建成的山區(qū)高速公路改擴(kuò)建也成為一項(xiàng)重要和緊迫的任務(wù)。文章以廣東省汕梅高速公路改擴(kuò)項(xiàng)目為研究背景，針對(duì)山區(qū)高速公路提速改擴(kuò)建過(guò)程中遇到的技術(shù)難題，通過(guò)對(duì)整個(gè)工程設(shè)計(jì)方案的分析，總結(jié)了山區(qū)高速公路改擴(kuò)建的原則、思路和相關(guān)技術(shù)方案，并提出了相應(yīng)的解決方案，以期為后續(xù)同類型項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 山區(qū)高速；提速擴(kuò)建；總體設(shè)計(jì)；安全改善設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0076-03

0 引言

汕昆高速公路揭陽(yáng)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(jiǎn)稱“汕梅高速”）改擴(kuò)建作為廣東省內(nèi)的首條山嶺重丘區(qū)高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，在省內(nèi)尚無(wú)成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可以完全套用與直接借鑒。該文首先分析了山區(qū)高速公路改擴(kuò)建的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，然后針對(duì)性地提出了改擴(kuò)建的總體原則和總體方案，以及基于安全、均衡性的改擴(kuò)建具體技術(shù)方案等。研究成果可為類似工程提供有益參考，以促進(jìn)我國(guó)山區(qū)高速公路改擴(kuò)建技術(shù)的發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

汕梅高速是《廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2020—2035年）》中“縱二線”的組成部分。項(xiàng)目改擴(kuò)建里程約87.375 km，現(xiàn)狀為雙向四車道，揭陽(yáng)樞紐至豐順互通段采用100 km/h的設(shè)計(jì)速度，其余段落采用80 km/h設(shè)計(jì)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(shè)年代早，附城互通至畬江段位于山嶺重丘區(qū)，技術(shù)指標(biāo)低，貨車占比高，路段運(yùn)營(yíng)舒適性和安全性較差，交通事故多發(fā)，已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的交通瓶頸路段，亟待進(jìn)行改建擴(kuò)容。

2 項(xiàng)目改擴(kuò)建特點(diǎn)及難點(diǎn)

與平原區(qū)高速公路的改擴(kuò)建項(xiàng)目相比，山嶺重丘區(qū)高速公路存在其獨(dú)有的特點(diǎn)[1]。汕梅高速項(xiàng)目的特點(diǎn)、難點(diǎn)主要可概括為以下幾個(gè)方面：

（1）改擴(kuò)建走廊狹窄。區(qū)域地形起伏大、地質(zhì)條件復(fù)雜，鐵路、電力、油、氣管道走廊與老路并行。

（2）舊路標(biāo)準(zhǔn)低。受早期經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件限制，老路平縱指標(biāo)低；同時(shí)相比新標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，老標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的指標(biāo)低；老路事故黑點(diǎn)多。

（3）填挖規(guī)模大。山嶺重丘區(qū)路段的擴(kuò)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(qū)路段橋隧占比為46%，橋梁斷面、結(jié)構(gòu)類型及跨徑、橋臺(tái)型式多樣，拼接難度大，隧道標(biāo)準(zhǔn)低，擴(kuò)挖風(fēng)險(xiǎn)高。

（5）控制因素多。沿線涉鐵、涉洪、軍事區(qū)、桿管線，環(huán)境敏感點(diǎn)多。

（6）保通要求高。沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，交通流量大，貨車占比高，同時(shí)區(qū)域路網(wǎng)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(xiàng)目改擴(kuò)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合項(xiàng)目老路的相關(guān)特點(diǎn)，工可研究階段從建設(shè)條件、老路指標(biāo)、行駛安全、速度協(xié)調(diào)性、工程規(guī)模等方面對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)論證。最終推薦項(xiàng)目全線采用雙向八車道的高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改擴(kuò)建，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路－Ⅰ級(jí)。

在初步設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目組對(duì)既有隧道是否提速進(jìn)行了專題研究。

（1）既有隧道如提速，需對(duì)既有隧道進(jìn)行斷面擴(kuò)挖，以包絡(luò)現(xiàn)行規(guī)范100 km/h的建筑限界。擴(kuò)挖方案采用周邊擴(kuò)挖，其中既有隧道拱墻最大外擴(kuò)140 cm，仰拱外擴(kuò)99 cm，工程規(guī)模大、施工風(fēng)險(xiǎn)高。

（2）既有隧道若不提速，隧道內(nèi)輪廓滿足原規(guī)范80 km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但不滿足現(xiàn)行規(guī)范80 km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如要滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，則需降低隧道內(nèi)路面標(biāo)高10 cm，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行全部挖除；同時(shí)，由于路面高程變化，還需對(duì)洞口接線的橋梁高程進(jìn)行調(diào)整，工程規(guī)模較大。參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 "第一冊(cè) "土建工程》（JTG 3370.1—2018）17.4.2規(guī)定“隧道改建，當(dāng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件限制時(shí)，可采用原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”，因此經(jīng)過(guò)綜合考慮，既有隧道最終維持了原80 km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4 總體改擴(kuò)建方案研究

4.1 改建設(shè)計(jì)原則

（1）規(guī)范性原則。高速公路路線方案設(shè)計(jì)的主要目的是保障工程項(xiàng)目安全經(jīng)濟(jì)，因此應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，有效規(guī)避各種安全隱患。

（2）安全選線原則。路線方案比選應(yīng)注重安全選線，合理選用技術(shù)指標(biāo)，優(yōu)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(diǎn)，保證公路施工及后期運(yùn)營(yíng)的安全。

（3）老路利用原則。盡可能地利用老路，靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，在保證行車安全的前提下，可適當(dāng)降低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高老路利用率。

（4）指標(biāo)協(xié)調(diào)原則。平面線形應(yīng)舒展連續(xù)，指標(biāo)大小均衡。

（5）地質(zhì)選線原則。在路線布設(shè)時(shí)，應(yīng)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，避免地質(zhì)災(zāi)害，保障運(yùn)營(yíng)安全。

4.2 總體改擴(kuò)建方案

國(guó)內(nèi)高速公路改擴(kuò)建常用的改擴(kuò)建方式一般包括雙側(cè)增建、單側(cè)增建、全幅增建、立體擴(kuò)建等形式。而雙側(cè)增建細(xì)分為雙側(cè)拼寬、雙側(cè)分離，單側(cè)增建細(xì)分為單側(cè)拼寬、單側(cè)分離。不同項(xiàng)目的改擴(kuò)建方式不能一概而論，應(yīng)根據(jù)老路運(yùn)營(yíng)狀況、兩側(cè)建設(shè)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(qū)以兩側(cè)拼寬為主的擴(kuò)建方案，山嶺重丘區(qū)高速公路因地形地質(zhì)復(fù)雜、走廊狹窄、原路技術(shù)指標(biāo)低、原路擴(kuò)建難度大、代價(jià)高等因素，采用單側(cè)拼寬、單側(cè)分離的方案居多。此次設(shè)計(jì)采用單側(cè)分離增建、局部分離新建的方案，占路段全長(zhǎng)的97.45%。

5 基于安全、均衡的改擴(kuò)建路線設(shè)計(jì)

路線指標(biāo)的選取關(guān)系舊路利用率、通行安全、保通的便利及總體的工程規(guī)模，對(duì)改擴(kuò)建總體方案起到至關(guān)重要的作用[3]。

5.1 既有高速路線指標(biāo)的分析與評(píng)價(jià)

（1）改擴(kuò)建設(shè)計(jì)應(yīng)采用運(yùn)行速度對(duì)以下路段線形進(jìn)行檢驗(yàn)，特殊路段則需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行速度的調(diào)查：

1）平、縱面指標(biāo)變化大的路段。

2）受條件限制，采用平、縱面指標(biāo)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(fā)路段。

（2）通過(guò)對(duì)既有道路事故原因的分析，結(jié)合運(yùn)行速度檢驗(yàn)，需改善視距和路線幾何指標(biāo)。

1）長(zhǎng)直線后接小半徑圓曲線是需要改善的線形。

2）在連續(xù)上坡或下坡路段，平面線形應(yīng)避免出現(xiàn)急劇變化，尤其是下坡終點(diǎn)，應(yīng)避免長(zhǎng)直線或大半徑接小平曲線半徑。

3）連續(xù)上下坡加S彎路段，其平縱配合不協(xié)調(diào)，需進(jìn)行改善。

5.2 路線平面指標(biāo)的合理選用

（1）項(xiàng)目對(duì)于設(shè)計(jì)速度為80 km/h且一般值R=400 m及以下的圓曲線半徑，應(yīng)考慮提速后能否繼續(xù)利用。設(shè)計(jì)從平曲線指標(biāo)、超高值、縱斷面指標(biāo)、平縱組合、構(gòu)造物分布、運(yùn)行速度分析、事故率分析、通行能力及服務(wù)水平、指標(biāo)提升后增加的建設(shè)成本等方面進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)速度100 km/h選用圓曲線半徑，在挖方、橋梁規(guī)模增加不大或并行油氣管線無(wú)須遷改的情況下，均應(yīng)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(dǎo)致切山體、挖方邊坡較高、增設(shè)橋梁規(guī)模大或油氣管線遷改較長(zhǎng)，則應(yīng)減小圓曲線半徑使路線適應(yīng)地形地勢(shì)，選用

700 m≤R≤1 100m的圓曲線半徑時(shí)應(yīng)做好視距加寬設(shè)計(jì)。

（2）改擴(kuò)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(diào)整成單曲線或復(fù)曲線。插入的直線長(zhǎng)度（m）應(yīng)盡可能按設(shè)計(jì)速度（km/h）的6倍以上為宜，如果條件受限則可按設(shè)計(jì)速度（km/h）的4倍以上。

（3）隧道洞口連接線應(yīng)與隧道洞口內(nèi)線形相協(xié)調(diào)，隧道洞口內(nèi)外側(cè)各3 s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度范圍的平、縱面線形應(yīng)保持一致。特殊困難路段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證后，洞口內(nèi)外平曲線可采用回旋線，但應(yīng)增加線形誘導(dǎo)設(shè)施。

5.3 路線縱面指標(biāo)的合理選用

（1）最大縱坡值的采用和分析在山區(qū)高速公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。早期修建的山嶺重丘區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)速度大多為80 km/h，規(guī)范縱坡最大值為5%；為節(jié)省工程造價(jià)，早期山嶺段縱坡的最大采用值為4.5%～4.8%。對(duì)于提速擴(kuò)建項(xiàng)目，最大縱坡值的選取需結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、現(xiàn)狀車輛實(shí)際運(yùn)行速度、老路事故多發(fā)原因等進(jìn)行綜合分析[4]。

結(jié)合項(xiàng)目事故原因分析，該項(xiàng)目縱坡值較大路段的事故均高發(fā)，特別是平縱指標(biāo)均較低的路段。上坡路段主要原因是重載貨車爬坡運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于期望速度，實(shí)際僅達(dá)到40～55 km/h，部分車輛實(shí)際運(yùn)行速度甚至低于40 km/h；又由于項(xiàng)目載重車輛的占比較高，貨車占比接近50%，其占用內(nèi)側(cè)車道緩慢行駛或突然變道，極易發(fā)生追尾、碰擦等交通事故。下坡路段主要是因?yàn)榭v坡較大，車輛實(shí)際運(yùn)行速度超過(guò)設(shè)計(jì)速度，易引發(fā)追尾事故，同時(shí)直線接小偏角平曲線加大縱坡極易引起撞擊中央護(hù)欄的事故，同時(shí)圓曲線超高不足也易引起側(cè)翻及撞護(hù)欄事故等。

提速擴(kuò)建后，老路由雙向四車道擴(kuò)建為雙向八車道后，通行能力顯著提升，由于該項(xiàng)目貨車占比較高，無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)客貨分離。因此，此次設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)狀老路縱坡較大路段進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，一般路段應(yīng)盡量采用較小的平均縱坡，必要時(shí)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(yùn)營(yíng)多年，橫坡可能不規(guī)則，特別是遇到超高段位于大型橋梁構(gòu)造物段時(shí)，建議結(jié)合橫向力系數(shù)計(jì)算超高值，而橫向力系數(shù)的最大值建議取0.05～0.06，原則上應(yīng)盡量維持原有橫坡值。

5.5 停車視距的保證

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度為100 km/h，因貨車在交通量中占比較大，為安全起見(jiàn)，應(yīng)用貨車的停車視距進(jìn)行視距驗(yàn)算。整體式路基段可通過(guò)內(nèi)移中分帶護(hù)欄、加寬左側(cè)路緣帶的方式滿足停車視距要求；分離式路基段路側(cè)為波形梁護(hù)欄，僅能通過(guò)加寬左側(cè)路緣帶方式滿足停車視距要求。

6 安全改善具體設(shè)計(jì)

6.1 同向分離路段，既有老路橫斷面布設(shè)

該項(xiàng)目老路橫斷面有23 m、24.5 m、26 m三種斷面，對(duì)于單側(cè)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(yīng)優(yōu)先考慮調(diào)整老路橫坡；橋梁段受橋梁原有結(jié)構(gòu)、造價(jià)等因素的影響，需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況具體分析，可考慮采用以下方案：

（1）優(yōu)先考慮采用單幅整體斷面的方案，可采用中分帶護(hù)欄拆除、老橋兩幅懸臂剛接，其中半幅橋結(jié)合實(shí)際情況頂升調(diào)整橫坡，從而與另外半幅橫坡對(duì)應(yīng)一致；如對(duì)既有結(jié)構(gòu)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(duì)于隧道群路段，橋梁利用方案應(yīng)結(jié)合既有隧道群進(jìn)行綜合考慮，可將隧道分幅路段進(jìn)行延長(zhǎng)，將既有路基、橋梁中分帶護(hù)欄拆除，內(nèi)側(cè)兩車道保持線形連續(xù)，二、三車道間設(shè)置2.25 m的中間帶，施畫標(biāo)線，禁止車輛跨越行駛，標(biāo)線位置不另外設(shè)置軟隔離設(shè)施，而外側(cè)三、四車道則采用1∶100漸變率進(jìn)行線形過(guò)渡。

（3）對(duì)于中分帶寬度較寬的橋梁，應(yīng)考慮保留中分帶護(hù)欄，不調(diào)整橫坡，橋梁前后段按分離線形予以設(shè)計(jì)。

6.2 既有隧道的改造設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目既有隧道均采用單側(cè)增建，將導(dǎo)致既有隧道中的一個(gè)洞需調(diào)整行車方向。既有長(zhǎng)隧道洞身設(shè)置了車行橫洞及緊急停車帶，調(diào)整行車方向后，需增設(shè)新的緊急停車帶并對(duì)車行橫洞進(jìn)行改造。其中，將既有緊急停車帶擴(kuò)挖為新緊急停車帶，根據(jù)擴(kuò)挖位置不同又分為單側(cè)擴(kuò)挖和一側(cè)擴(kuò)挖、另一側(cè)回填兩種情況。

針對(duì)既有緊急停車帶一側(cè)擴(kuò)挖、另一側(cè)回填形式，根據(jù)既有緊急停車帶斷面尺寸，以及擴(kuò)挖、回填的跨度，基于最大程度保護(hù)利用既有襯砌結(jié)構(gòu)，應(yīng)控制擴(kuò)挖過(guò)程中對(duì)圍巖的擾動(dòng)。同時(shí)，將臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)相結(jié)合，綜合考慮施工及運(yùn)營(yíng)安全，通過(guò)設(shè)置斜撐豎向減跨，減小施工過(guò)程中的沉降變形，并確定非對(duì)稱受力條件下的襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)及合理的施工工序，創(chuàng)新提出既有隧道緊急停車帶“同步擴(kuò)填”的新型工法。

6.3 超寬路面排水

山區(qū)高速路線平面指標(biāo)較低，大部分屬于超高路段；擴(kuò)建為八車道后，匯水面積及排水路徑加長(zhǎng)，需注重受限條件下八車道路面的綜合排水。根據(jù)國(guó)內(nèi)目前研究，雨后路面車輛側(cè)滑主要有以下兩種成因：

（1）當(dāng)路面排水路徑較長(zhǎng)時(shí)，若產(chǎn)生的水膜厚度超過(guò)5 mm，高速行駛車輛易產(chǎn)生側(cè)滑。

（2）當(dāng)路面產(chǎn)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(shí)會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑；當(dāng)徑流深度大于胎面花紋深度時(shí)，深度差超過(guò)4 mm時(shí)會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑。

結(jié)合廣東地區(qū)的特點(diǎn)，該項(xiàng)目路面排水設(shè)計(jì)方案主要考慮如下情況[5]：

（1）對(duì)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(shè)置排水路面。

（2）對(duì)于排水路徑大于50 m的“拋物線形”路段的中部、凹曲線底部?jī)蓚?cè)及長(zhǎng)大縱坡段，應(yīng)結(jié)合排水路徑長(zhǎng)度、預(yù)估水膜厚度合理設(shè)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(shè)橋面專用UHPC排水槽。

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

（4）橋面及外側(cè)設(shè)有混凝土護(hù)欄的路段，應(yīng)在匯水側(cè)邊部預(yù)留矩形邊溝（10 cm×4 cm）。一般路段橋梁泄水孔間距按3 m設(shè)置，緩和曲線、凹曲線底部、路面加寬等特殊路段的泄水孔應(yīng)加密至2 m。

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

7 結(jié)語(yǔ)

在此次改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的過(guò)程中，基于安全改善的方案突出了運(yùn)行安全思想，靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)全線歷年發(fā)生的安全事故進(jìn)行了梳理，找出事故多發(fā)路段并進(jìn)行重點(diǎn)研究，分析原因，采取有效的技術(shù)措施以改善原有道路的行車安全性。在方案設(shè)計(jì)過(guò)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(biāo)的連續(xù)性、均衡性。充分利用現(xiàn)有老路，結(jié)合施工期間交通組織，合理布設(shè)路線方案。該文中論述的具體方案可為山嶺重丘區(qū)高速公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

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