張晗

（河北高速公路集團有限公司青銀分公司，河北石家莊 050000）

0 引言

高速公路在加強區(qū)域聯(lián)系、帶動城市經(jīng)濟發(fā)展中起著至關重要的作用。新時期，人們對高速公路的通行效率和安全性提出了較高的要求，高速公路改擴建項目逐漸增多。在改擴建項目建設中，科學優(yōu)化公路路線設計方案，能為高速公路改擴建工程的開展提供指導，提升項目整體的建設質量，滿足新時期高速公路通行的實際需要。

1 高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化原則

高速公路改擴建工程旨在提高公路通行能力，保證高速公路通行的安全性，見圖1。結合改擴建項目施工情況可知，高速公路改擴建工程受既有公路結構、線形結構的影響，在施工初期階段，需要做好公路路線設計方案的持續(xù)優(yōu)化工作。

圖1 高速公路改擴建現(xiàn)場

在改擴建工程路線設計方案優(yōu)化，需要遵循以下原則：一方面，改擴建工程路線設計應滿足路線設計標準及一般性原則，且需將這些原則作為最基本的要求，在保證路線設計科學、合理的基礎上，減少交通的擁堵率和事故率。另一方面，在考慮高速公路的長度、結構、通行需要的基礎上，應按照分級化的原則進行路線設計方案優(yōu)化。該過程中，若既有公路較短，則應靈活的設計改擴建方案；而當既有公路存在設計不合理、病害頻繁等多種問題時，應盡可能使用全新的路線設計方案。

此外，高速公路改擴建項目路線設計方案優(yōu)化還應堅持保護性原則，即工程設計施工人員既要保護既有公路構造物，又要最大限度地保護公路兩側的預留地，減少對農(nóng)用地的占用，實現(xiàn)公路建設經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一[1]。

2 高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化要點

2.1 安全評價優(yōu)化

高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化，首先應考慮路線的安全性評價設計。在公路線路安全性評價設計優(yōu)化中，行車速度檢測、平縱組合評價、空間曲率的標準評價是極為重要的三個分析因素。其中，在行車速度設計過程中，設計人員應對整體的線性關系進行系統(tǒng)統(tǒng)籌，并做好不同路段的極差分析，通過兩種以上的評價策略進行一致性評價，避免不同路段的車速設計獨立。而在平縱組合評價中，需要通過透視圖檢查的方式確保路線組合的系統(tǒng)性和均衡性；確保平面或縱面的協(xié)調發(fā)展。該環(huán)節(jié)中，為了確保公路設計的系統(tǒng)性，當部分平縱組合誤差較小時，應予以忽略。譬如，平面曲線半徑超過6000m 或縱向坡度小于1%時，應忽略數(shù)值，實現(xiàn)平縱組合的均衡。在空間曲率標準評價中，設計人員還應在考慮空間曲率指標的基礎上，系統(tǒng)構建事故率的安全模型，并繪出這兩個指標關系的模型曲線圖，見圖2，從而實現(xiàn)對公路安全性的有效評價[2]。

圖2 空間曲率與事故發(fā)生率曲線圖

基于上述三個因素，在高速公路改擴建項目安全評價優(yōu)化中，還需要對視距、平面線形、平縱組合、公路結構、交通路標等要素進行系統(tǒng)設計。

2.1.1 在改擴建公路視距設計優(yōu)化中，除了要考慮障礙物、路標、公路曲線等因素外，還應結合地形、水文、駕駛員舒適度等因素對視距進行優(yōu)化，重點做好對曲路線段障礙物的處理、視距觀測及曲線彎度要素的控制，保證駕人員視野開闊，行車安全。

2.1.2 平面線形設計中，要盡量保持路面線形的整體平穩(wěn)，避免因水平高差過大而對行車安全造成影響。

2.1.3 在高速公路改擴建項目的平縱組合設計中，一是盡量減少凹凸曲線的應用，確保駕駛員視距最大化，二是減少豎曲線在直線公路中的應用，保證高速公路平縱組合設計的合理性。

2.1.4 應重視公路結構、路標等要素的設計，在保證高速公路穩(wěn)定性、安全性的基礎上，提高車輛的運輸效率、避免交通阻塞問題。

2.2 平面擬合優(yōu)化

高速公路改擴建項目路線設計方案優(yōu)化中，設計人員還應對改擴建項目的平面進行擬合。該環(huán)節(jié)中，應在考慮既有高速公路左右幅實測資料的基礎上，結合明式構造物、隧道等要素進行路線擬合，并以此為基礎完成誤差分析，確保高速公路平面擬合設計優(yōu)化的合理性。

在平面擬合設計中，若兩路段通過拼接完成，則在通過擬合設計后，還應基本保持原路設計的平面線形。而對長度較大的圓曲線實施平面擬合優(yōu)化時，還需要通過對多圓復曲線擬合法的應用，減少擬合的整體誤差。另外，在平面擬合優(yōu)化中需要考慮復曲線因素，對復曲線中各段圓曲線的半徑和長度進行優(yōu)化，應參考測點位置繪制“樁號-曲率分布圖”，然后按照串珠法進行分析、確定。該環(huán)節(jié)中，應對各段復曲線長度實施嚴格控制，確保其滿足最短圓曲線長度的要求。

實施平面擬合優(yōu)化的過程中，設計人員應對擬合的精度進行控制，通常對明式構造物而言，其平面擬合精度誤差需控制在10cm 以內，而在一般路基段的平面擬合控制中，需將其擬合精度控制在10～20cm。在這些誤差指標的分析及優(yōu)化中，還應結合既有高速公路的實際情況，對相關的誤差指標進行調整[3]。

2.3 縱面擬合優(yōu)化

完成路面平面擬合后，還應系統(tǒng)地進行路線的縱面擬合優(yōu)化工作。在高速公路改擴建項目縱面擬合優(yōu)化中，首先，應注重縱面擬合要素的系統(tǒng)分析，除了要考慮高速公路與橋梁和其他線路交叉外，還需要對路面設計、軟基處理、沿線設施改造等內容的協(xié)調性進行分析。其次，在改擴建項目縱面擬合優(yōu)化中，應按照與平面擬合誤差分析相同的方式，進行分幅、分段擬合設計優(yōu)化，并在老路改造中，遵守“寧填勿挖”的改造原則。考慮到一些特殊路段受凈空及構造物的限制，在縱面擬合優(yōu)化及改擴建中，可放松對最短坡長指的控制。但是，在豎曲線最小長度擬合優(yōu)化控制中，需保證其滿足3S 的行程要求。再次，高速公路改擴建項目的縱面擬合，還應系統(tǒng)地考慮擬合精度，如針對明式構造物的擬合，需要結合其應力儲備控制擬合誤差，滿足結構安全管理需要。最后，在改擴建項目縱面擬合優(yōu)化中，需要對老路縱坡進行二次分幅調坡設計。實施此項擬合優(yōu)化時，除了考慮路面施工技術方案外，還應注重對路面加鋪厚度的有效控制，以滿足路面施工精度的控制需要，保證行車的舒適性。

2.4 線形及橫斷面設計優(yōu)化

開展高速公路改擴建項目路線設計方案優(yōu)化，還應對擬建路線的線形和橫斷面進行優(yōu)化。在擬建高速公路線形設計優(yōu)化中，應在考慮前期公路安全性評價建議的基礎上，對老路的平縱組合情況進行深層次分析。該指標下的分析內容不僅包含危險的曲線半徑，還涉及曲線線形銜接情況。此外，設計人員應對既有道路的線形指標進行分析、控制，實現(xiàn)事故多發(fā)等危險路段的有效補救和處理。

在擬建公路線形設計優(yōu)化中，凹形豎曲線設計難度較大，這是因為其頂部容易出現(xiàn)排水不暢的問題。對此，在設計優(yōu)化中，還需要系統(tǒng)調整其縱斷面和橫坡設計內容，縮短排水不暢路段的長度。若施工區(qū)域存在同向曲線或S 形曲線路段，還應增加一定的誘導標準，以保證線形設計的合理性，確保后期的行車安全。另外，對于擬建高速公路的線形設計，應做好其與既有高速公路線形指標的堵截，確保高速公路整體的連續(xù)性、順捷性。

在對改擴建高速公路橫斷面進行設計優(yōu)化時，一方面，應注重路面橫坡的核查與設計優(yōu)化。譬如，當既有公路路面橫坡與新建路面橫坡差值不超過±0.5%時，在公路改擴建過程中，應確保原路的路面橫坡不變，防止對其超高設計情況進行調整、優(yōu)化。另一方面，若存在分離路段，還應做好分離路段斷面形式與老路斷面的銜接，確保高速公路整體的平順性。詳見圖3[4]。

圖3 高速公路改擴建路基標準斷面

2.5 局部分離路段的路線設計優(yōu)化

高速公路改擴建項目中，局部分離路段包括兩側分離和單側分離兩種形式。在公路路線設計優(yōu)化中，應做好這些分離路段的線路設計優(yōu)化。就單側分離路段而言，其受老路的制約較小，故而在路段的路線設計中，應盡可能選用與老路相同的縱面線形設計方法。

而在兩側分離路段的路線設計優(yōu)化中，應考慮使用雙側分離模式，擴建工程項目的規(guī)模、經(jīng)濟、用地等因素，均會對分離方式的應用造成影響，故而在路線設計優(yōu)化中，一是在分幅設計中嚴格遵守線形分離的設計要求，重視分合流端部的設計，做好交通組織規(guī)劃；二是在分離路段單側車道數(shù)控制中，要求其車道數(shù)不小于2 條，且這兩條車道應遵循車道數(shù)平衡的原則，若有必要，還應注重漸變段的設計、應用，提升分離路段線路優(yōu)化設計的整體水平。

3 高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化的注意事項

新時期，高速公路改擴建工程逐漸增多，路線勘察是高速公路改擴建項目設計方案優(yōu)化的基礎，其能為公路路線設計優(yōu)化提供準確、全面的參數(shù)支撐。在前期路線勘察中，除了要考慮新建工程的全部勘察內容外，還需要對既有公路的幾何設計參數(shù)進行調查。主要調查并采集的數(shù)據(jù)類型，不僅包括原高速公路的平、縱、橫面數(shù)據(jù)，還涉及各類構造物的三維數(shù)據(jù)。在既有高速公路測量中，應按照左、右幅的實際情況進行，要求在考慮曲線半徑的基礎上，完成公路縱向間距的測量與確定。

在實際測量中，還應重視數(shù)字化勘察技術的大規(guī)模應用，如使用低空大比例尺航空攝影、數(shù)字攝影測量等技術，從而有效建立較為精密的數(shù)字道路模型，提升改擴建工程路線設計的精度和效益，見圖4。另外，在新時期的高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化中，還應注重對BIM 等現(xiàn)代工程設計手段的應用，通過現(xiàn)代信息技術進行設計數(shù)據(jù)的分析、處理和應用，有效提升路線設計方案的優(yōu)化效果，為工程后期建設提供有效指導。

圖4 低空大比例尺航空攝影載體平臺

4 結語

綜上所述，優(yōu)化路線設計方案是高速公路改擴建工程路線設計的內在要求，其能充分保證高速公路改擴建工程設計的科學性、整體性，滿足工程項目的建設需要。新時期，設計人員只有深刻認識到高速公路改擴建工程路線設計方案優(yōu)化的原則和要求，結合工程實際進行多元要素的設計優(yōu)化，才能有效提升路線設計方案的優(yōu)化效果，指導工程項目建設工作的順利開展，繼而推動高速公路改擴建工程的可持續(xù)發(fā)展。