高速车道改扩建路线的设计方法

摘 要 ：早期的高速建设,受到了资金以及经济发展的制约,大部分的高速车道,均按照双向4车道的标准建设,然而随着交通运输量的不断增长,许多以前修建的高速车道面临着扩建.本文先分析了改扩建工程的制约因素,然后提出了改扩建公路路线的设计方法.

关 键 词 ：高速车道改扩建 路线的设计

一、改扩建工程的控制因素

原有的公路因为受到了建设时方法、经济人文以及环境等影响,所使用的标准不同,其路线线形的技术标准,已经不能够满足现行标准,进行改扩建的同时,必须要进行的取舍,通过公路的改扩建,对路线不良的路段进行整改.近年来,大范围城镇化的建设,部分已有公路两侧的建筑物过于密集,道路纵横,其扩建将导致两侧的建筑物必须大量的拆迁,因此,路线的设计必须要尽量的减少征地以及拆迁的数量,从而降低成本.

二、改扩建路线的设计方法

2.1数字化的勘测方法

较长的线路勘测可使用全数字化航空摄影的测量方法,从而得以快速的完成地形数据的采集以及数据的处理,并得到准确且高质量的数字地面高程、数字地形图以及真彩色的航空摄影图.为改造时建立三维的仿真环境以及工程方法的定性分析奠定了良好的基础.

2.1.1空间视距检验方法

在方法三维仿真环境中可得到3种视距：路线的设计规范规定的的设计速度需求保证的停车视距,按照方法上不同类型车型实时点的实际运行的速度,按小客车、大货车两种车型可得到运行的速度对应需求的视距值；对于改造后方法,车辆在其三维的立体几何模型上行驶,视点与前方行车道中心线上物体最远通视距离所得的路线几何视距一致.

2.2平纵线形拟合方法

平纵线形的拟合.是将旧路改扩建的最基本的数据上的准备,因为各方面的原因,已有方法的平纵面线形,已经不可能与原设计全部吻合,因此,工程师们需要对现有的公路进行详细的测量,并利用数字化的处治,建立数学模型,然后使用线形拟合的方法,达到最大限度的利用旧路的目的.

在旧路平纵面的数据采集中,使用GPS测量方法、航测遥感和CAD集成方法,来解决测量中将会出现的重要问题.通过GPS测量来采集平面坐标,

纵面使用基于遗传的算法的纵面拟合的方法,按照实测的数据,在计算机中,再现地面的高程点,按照已有方法的的设计速度、线形的标准以及拟合点距的地面高程点精度需求,即可产生有序的设计线形方法组群；按照一定评价体系,来评价这些线形方法中优劣性,其评价的标准是必要高程控制点以及不同等级方法的线形需求等；按照一定的方法来选择线形方法群中的其中一个变坡点序列来作为变坡点的坐标以及半径操作的对象,其中某设计方法被选择的可能性,和该个体相对的优劣性能是密切相关的；对所选择的纵面的设计方法变坡点序列对象使用交叉、变异等操作,得到更优组的设计方法变坡点序列；一直到该方案最后满足规定精度的需求,即得到了最终拟合方法.

2.3基于运行的速度的方法改扩建路线的设计方法

旧的路线的设计方法以的设计速度作为基础的指标,速度一旦被选定,所有的相关要素如平曲线的半径、纵坡、竖曲线的半径、视距以及超高等所有指标均要相匹配.然而,经过多年实践,工程师们发现这样的设计方法,其实存在一定的缺陷,因为它不能够保证线形标准一致性.实际车辆的行驶速度,总是随道路的线形、车辆的动力性能和驾驶员的技术等各种因素改变而改变.只要条件所允许的话,驾驶员一般都是倾向于使用较高的车速.从公路使用者安全的角度来考虑,工程师们在道路路线的设计时,应该以动态的观点考虑车辆的运行的速度,从而增强方法行车的安全性.

针对设计速度方法存在的主要问题,发达国家普遍应用了运行的速度为基础的路线的设计方法,国内很多工程的设计也已认识到,为有效解决路线的设计指标和实际行驶的速度所需求的线形指标脱节的困难,保证路线所有的相关要素,比如平曲线半径、竖曲线半径、纵坡以及视距和超高等指标和设计速度合理的搭配, 应使用以运行的速度为基础指标的设计方法,新道路路线的设计规范（JTG D20-2006）也采用了运行的速度的概念.

1）已有方法的线形指标与方法标准、规范的符合性评价平面方法的指标分析.按照拟合的结果,对路线的平面直线的长度、圆曲线的半径、缓和曲线的长度等相关指标,进行评价纵面的指标分析.按照纵断面的拟合结果,对路线的纵坡、凸、凹型曲线半径、坡长等指标来评价.

2）已有方法的平纵面线性指标评价相邻的路段指标要有一致性,即运行速度的协调性.相邻的路段线形特征点运行的速度差每百米要超过 10km/h,相邻的指标发生突变,需要调整平、纵面的设计,运行的速度与设计速度要符合一致性.运行的速度与设计速度之差大于20km/h的路段,运营中也会存在较大的安全隐患.

2.4路线平纵面的升级改造设计方法

按照运行的速度安全性的评价结果,路线平纵面的基本设计原则如下：

平纵面的指标要小于规范中的最小值,大于或者等于极限值,在指标均衡的条件下,一般不需要进行调整.对于平面线形指标比极限值小的路段,有条件的情况下,最好进行改善线形的设计,若在公路两侧的建筑物过于密集,改善线形将带来大量的拆迁量的实施困难的情况下,可以收集该段公路的运营资料,查看该段公路是否是交通事故的多发地段,若不是,可维持现有的平面线形指标,并通过加强交通安全设备的设计,从而提高公路运营的安全性.

对于那些纵面线形的指标不符合坡长限制要求的路段,在不过多的增加改造工程量的前提下,可以尽可能的通过局部的调整,以改善线形,从而提高路线平纵面的技术指标.

2.4.1平面方法指标

平曲线半径：半径小于最小值的道路,按照场地的条件对其进行改造.缓和曲线的长度：对于缓和曲线长度未达到规范需求的路段,其设计中按照地形的条件、构造物的分布情况以及路基边坡的高度,在增加工程规模不是太大的前提条件下,可对平面线位进行一定程度的调整,使缓和曲线的长度符合规范的需求,在工程的困难路段,应该尽可能的使缓和曲线长度达到平面曲率过渡的需求,对于超高过渡不满足需求时,可以采取将超高过渡段插入圆曲线或者直线.对于曲线间的直线长度来说,在增加的工程规模不大的前提下,对平面线位调整,使其满足规范需求,在工程的困难路段,可以考虑考采取交通工程的措施来解决.

2.4.2纵面方法指标

对于纵坡超过规范需求或坡长超限,需要对纵断面实施调整,如果竖曲线间的直坡段长度较短,可以不进行改建；而对局部的路段路基沉降严重的路段,要对纵断面实施改造.

2.5 路基加宽方法

2.5.1双边加宽

旧路基的两侧可以对称加宽,是的新旧路基的中心线基本重合.该方法的优点是新旧公路的中心线重合,的绿化带可以保持不动,旧路面的利用率较高；缺点是如果路基向两侧加宽,则需两侧征地、拆迁,难度和成本都会较大,同时,新旧路基会存在两个纵向的拼接缝,进而加大路基纵向断裂的可能性,路基两侧加宽的宽度会较窄,导致压实困难,而对于高填路堤,更容易导致滑坍的发生.

2.5.2单边加宽

另一种办法是路基使用单侧加宽,这样新旧路基的中心线不重合.该方法的优点是仅仅需要从单侧拆迁和征地,难度较小,同时新旧路基只有一处纵向的拼接缝,再加上路基单侧加宽的话,所加的宽度较宽,则利于机械压实；缺点是的绿化带需要重新调整位置,绿化带中的管线以及排水系统等均需要进行改迁,又因为加宽半幅部分的旧路面需要调横坡,则旧路面的利用率较低,与隧道以及桥梁的连接路段会比较难以处理,工程造价较高.

工程师在选择路基加宽的方法时,需要充分的考虑沿线拆迁的征地情况、实施难度以及道路的改建费用等因素,将各个备选方法的成本进行比较,从而选定最适宜的路基加宽方法.

三、结束语

高速车道的改扩建,已成为刻不容缓的任务,而路线的设计,是改扩建工程中最重要的步骤,该步骤的成功与否,将直接影响着改扩建工程的成败,笔者相信,随着大量的新方法、新技术的不断应用,改扩建工程路线的设计方法,也会变得越来越科学、完善.

作者简介：

吉伟涛（1989.10.08）,男,湖北孝感人,本科生,土木工程专业.