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1、浅谈高速路改扩建路线设计摘要： 早期高速公路建设受到资金和经济发展的制约，大部分高速公路均按照双向4车道标准进行建设，随着交通运输量不断增长，许多先期修建的高速公路面临着扩建。分析改扩建项目制约因素,并在此基础上提出改扩建项目路线设计方法。关键词：高速路改扩建；路线设计1.改扩建项目控制因素 原有道路由于受到建设时期的技术、经济、人文和环境等因素影响，所采用的技术标准各异，其路线线形技术指标已不能满足现行公路工程技术标准的要求,对其进行改扩建的同时要进行合理的取舍，通过道路改扩建，对线形不良组合路段进行改造。近年来,由于大范围的城镇化建设，部分既有公路两侧建筑物密集，地方道路纵横,道路扩建将引
2、起两侧建筑物大量拆迁和地方道路改移，通过建成区段的路线应做多方案比选，尽量减少征地、拆迁数量，降低工程造价。 2.改扩建项目路线设计方法 2.1数字化勘测技术 长大线路勘测可采用全数字化的航空摄影测量技术，快速完成项目范围的地形数据采集和数据处理，得到准确、高质量的数字地面高程、数字地形图和真彩色的航空正摄影像图。为改造时建立三维仿真环境、公路改建的线形设计、方案优化、工程方案的定性分析奠定基础。 同时,利用GPS和 RTK 综合技术进行全线控制测量和路线中桩放样，高精度、高效率得到既有公路中桩的三维坐标，为平纵面线形拟合、路基路面加宽、桥梁拼接等工程设计提供第一手外业勘测的基础数据。 2.1
3、.1空间视距检验技术 在公路三维仿真环境中可得到3种视距:公路路线设计规范(JTG D20-2006)规定的设计速度要求保证的停车视距，根据公路上不同类型车型实时点的实际运行速度，按小客车、大货车两种车型可得到运行速度对应要求的视距值；对于改造后公路，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。 将3种视距绘成曲线图，通过判断分析道路上各桩号3 种视距的对应关系，发现运行速度视距不足或视距不连续的路段，即不安全路段。再找出引起视距不足的原因，提出改善措施和综合处理方法。该项技术主要用于隧道、大型桥梁、互通立交等大型施工工点的安全性检测。 2
4、.2平纵线形拟合技术 平纵线形拟合是旧路改扩建设计的最基本数据准备，由于各种原因既有公路的平纵面线形不可能与原设计完全吻合,需要对现有道路进行详细测量，并通过数字化处治，建立数学模型，然后采用线形拟合技术，实现最大限度利用旧路。 在旧路平纵面数据采集中采用先进的GPS测量技术、航测遥感和 CAD集成技术解决测量中的关键性问题。利用GPS测量技术采集平面坐标，水准仪采集高程,每个断面采集4个点(中央分隔带两条黄线上的两个点、硬路肩与土路肩之间白线上的两个点)。 线形的拟合可采用CARD1、纬地、EICAD等设计软件进行拟合，考虑到不同软件功能特点不同，也可采用几种软件结合的方法进行拟合。如先用C
5、ARD1中最小二乘法的功能,根据零散分布点(各断面实测黄线两点连线的中点)确定一个基本单元，之后把各单元连接成整体。最小二乘法原理就是根据各零散分布点到单元的距离平方和最小来确定一个基本单元；然后用纬地的智能布线法把CARD1拟合的线位恢复成数据文件，再用纬地进行优化修改，尽量使拟合出的线位跟实测点的偏差最小。在具体操作过程中根据施工图文件及变更设计文件中的线位和实测的一些特殊点作为参照来确定单元曲线的起终点，同时还要利用施工图文件及变更设计文件中的数据检查拟合数据的准确性。 纵面采用基于遗传算法的纵面线形拟合技术,根据中桩外业实测数据,在计算机中再现地面高程点:根据既有公路的设计速度、线形标
6、准和拟合点距地面高程点的精度要求，即可随机产生有序列的设计线形方案组群；根据一定的评价体系评价线形方案中各个体的优劣性,其评价条件是必要的高程控制点和不同等级公路的线形要求等因素；根据一定方法选择线形方案群中的一个设计方案变坡点序列作为变坡点坐标、半径的操作对象，其中某个设计方案被选择的可能性与该个体的相对优劣性能密切相关；对选择的纵面设计线方案的变坡点序列对象进行交叉、变异等基因操作，得到更优组的设计方案变坡点序列；直到满足规定精度的要求，即为最终的拟合方案。 2.3基于运行速度的公路改扩建路线设计方法 旧的路线设计方法以设计速度为基础指标，设计速度一旦选定，公路的所有相关要素如平曲线半径、
7、纵坡、竖曲线半径、视距和超高等指标均与之相匹配。但经过多年的实践，发现这种设计方法本身存在一定的缺陷，不能保证线形标准的一致性。实际的行驶速度总是随公路线形、车辆动力性能及驾驶员特性等各种条件的改变而改变。只要条件允许，驾驶员总是倾向于采用较高的行驶速度。从公路使用者的安全角度考虑，在进行公路路线设计时，需要以动态的观点考虑车辆的运行速度，从而提高公路行车的安全性。 针对设计速度方法存在的主要问题，许多发达国家广泛应用了运行速度为基础的路线设计方法，我国许多工程设计也已经认识到，为了有效地解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线形指标脱节问题，保证路线所有相关要素如平曲线半径、纵坡、竖曲线半径
8、、视距和超高等指标与设计速度的合理搭配, 应该采用以运行速度为基础指标的线形设计方法，新版公路路线设计规范(JTG D20-2006)也引用了运行速度的概念。 1)既有公路线形指标与技术标准、规范的符合性评价平面技术指标分析。根据拟合结果，对路线平面直线长度、圆曲线半径、缓和曲线长度等指标进行评价纵面技术指标分析。根据纵断面拟合结果，对路线纵坡、坡长，凸、凹型曲线半径等技术指标进行评价。 2)既有公路平纵面线性指标评价相邻路段指标的一致性) ) ) 即运行速度协调性。相邻路段的线形特征点的运行速度差每百米超过 10km/h，相邻指标发生突变，需调整平、纵面设计，运行速度与设计速度的一致性。 运
9、行速度与设计速度相差大于20km/h路段,运营中会存在安全隐患。 2.4路线平纵面升级改造设计 根据运行速度安全性评价结果,路线平纵面设计的基本原则： 平纵面指标小于规范中最小值，大于或等于极限值，在前后技术指标均衡条件下，一般不进行调整。对平面线形指标小于极限值的路段，有条件情况下应进行改善线形设计，如果道路两侧建筑物密集,改善线形导致拆迁量较大，实施困难的情况下，应收集该段道路运营资料，查看该段道路是否属于交通事故多发地段，如若不是，可维持现有平面线形指标,通过加强交通安全设施设计，提高道路运营的安全性。 对纵面线形指标不符合坡长限制要求路段，在不过多增加改造工程量的情况下，尽可能通过局部
10、调整，改善线形，提高路线平纵面技术指标。 2.4.1平面技术指标 平曲线半径：半径小于极限最小值的路段根据场地条件进行改造。缓和曲线长度：对缓和曲线长度不满足规范要求路段，设计中根据地形条件、构造物分布情况和路基边坡高度，在增加工程规模不大的条件下，对平面线位进行调整，使缓和曲线长度符合规范要求，工程困难路段，尽可能使缓和曲线长度满足平面曲率过渡要求，超高过渡不满足要求时，拟采取将部分超高过渡段插入圆曲线或直线。 曲线间直线长度：在增加工程规模不大的条件下，对平面线位进行调整，使之满足规范要求，工程困难路段拟考虑采取交通工程措施来解决。 2.4.2纵面技术指标 对于纵坡超规范要求或坡长超限，应
11、对纵断面进行调整，若竖曲线间直坡段长度较短，可不进行改建；对局部路段路基沉降严重路段应对纵断面进行改造。 2.5路基加宽方案 2.5.1双边加宽 旧路基两侧对称加宽，新旧路基中心线基本重合，如图1所示。该方案优点是新旧道路中心线重合，中央绿化带保持不动，旧路面利用率较高;缺点是路基两侧加宽，需两侧征地、拆迁，难度较大，新旧路基存在两处纵向拼接缝，加大了路基纵向开裂的可能性，路基两侧加宽宽度较窄，压实困难，对于高填路堤，容易造成滑坍。 图1 双边加宽 2.5.2单边加宽 路基采用单侧加宽，新旧路基中心线不重合，如图2所示。该方案优点是仅需单侧拆迁和征地，难度相对较小，新旧路基存在一处纵向拼接缝，
12、路基单侧加宽，宽度较宽，利于机械压实；缺点是中央绿化带需调整位置，绿化带中管线和排水系统等均需改迁，由于加宽半幅部分旧路面需调横坡，旧路面利用率较低，与桥梁、隧道相接路段较难处理,工程造价较高。 图2 单边加宽 在选择路基加宽方案时，应充分考虑沿线拆迁征地情况、路基路面的改建费用、实施难度等因素，通过备选方案的经济技术比较来选定最合理的路基加宽方案。 3.结束语 公路改扩建已经成为一个相当紧迫的任务，路线设计是改扩建项目最重要的步骤，它直接影响改扩建项目的成败，随着大量新技术、 新方法的不断应用，改扩建项目路线设计方法也必将越来越完善、科 学。 参考文献: 【1】 沈金安.改性沥青与SMA路面.北京:人民交通出版社,1999. 【2】 JTG B01-2003公路工程技术标准.中华人民共和国行业标准, 2004. 【3】 广清高速公路扩建工程全线控制测量及数字化地形图测量技术总结.广东:广东省公路勘察规划设计院,2007.