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        高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化研究

        2021-06-25 01:59:48張晗
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2021年36期
        關(guān)鍵詞:高速公路公路優(yōu)化

        張晗

        (河北高速公路集團(tuán)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(qiáng)區(qū)域聯(lián)系、帶動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。新時(shí)期,人們對(duì)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(kuò)建項(xiàng)目逐漸增多。在改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)中,科學(xué)優(yōu)化公路路線設(shè)計(jì)方案,能為高速公路改擴(kuò)建工程的開展提供指導(dǎo),提升項(xiàng)目整體的建設(shè)質(zhì)量,滿足新時(shí)期高速公路通行的實(shí)際需要。

        1 高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化原則

        高速公路改擴(kuò)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(jié)合改擴(kuò)建項(xiàng)目施工情況可知,高速公路改擴(kuò)建工程受既有公路結(jié)構(gòu)、線形結(jié)構(gòu)的影響,在施工初期階段,需要做好公路路線設(shè)計(jì)方案的持續(xù)優(yōu)化工作。

        圖1 高速公路改擴(kuò)建現(xiàn)場(chǎng)

        在改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化,需要遵循以下原則:一方面,改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)應(yīng)滿足路線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)科學(xué)、合理的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)、通行需要的基礎(chǔ)上,應(yīng)按照分級(jí)化的原則進(jìn)行路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。該過程中,若既有公路較短,則應(yīng)靈活的設(shè)計(jì)改擴(kuò)建方案;而當(dāng)既有公路存在設(shè)計(jì)不合理、病害頻繁等多種問題時(shí),應(yīng)盡可能使用全新的路線設(shè)計(jì)方案。

        此外,高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化還應(yīng)堅(jiān)持保護(hù)性原則,即工程設(shè)計(jì)施工人員既要保護(hù)既有公路構(gòu)造物,又要最大限度地保護(hù)公路兩側(cè)的預(yù)留地,減少對(duì)農(nóng)用地的占用,實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一[1]。

        2 高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化要點(diǎn)

        2.1 安全評(píng)價(jià)優(yōu)化

        高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化,首先應(yīng)考慮路線的安全性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)。在公路線路安全性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)優(yōu)化中,行車速度檢測(cè)、平縱組合評(píng)價(jià)、空間曲率的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)是極為重要的三個(gè)分析因素。其中,在行車速度設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)整體的線性關(guān)系進(jìn)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(píng)價(jià)策略進(jìn)行一致性評(píng)價(jià),避免不同路段的車速設(shè)計(jì)獨(dú)立。而在平縱組合評(píng)價(jià)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(diào)發(fā)展。該環(huán)節(jié)中,為了確保公路設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性,當(dāng)部分平縱組合誤差較小時(shí),應(yīng)予以忽略。譬如,平面曲線半徑超過6000m 或縱向坡度小于1%時(shí),應(yīng)忽略數(shù)值,實(shí)現(xiàn)平縱組合的均衡。在空間曲率標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)中,設(shè)計(jì)人員還應(yīng)在考慮空間曲率指標(biāo)的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)構(gòu)建事故率的安全模型,并繪出這兩個(gè)指標(biāo)關(guān)系的模型曲線圖,見圖2,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公路安全性的有效評(píng)價(jià)[2]。

        圖2 空間曲率與事故發(fā)生率曲線圖

        基于上述三個(gè)因素,在高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)優(yōu)化中,還需要對(duì)視距、平面線形、平縱組合、公路結(jié)構(gòu)、交通路標(biāo)等要素進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

        2.1.1 在改擴(kuò)建公路視距設(shè)計(jì)優(yōu)化中,除了要考慮障礙物、路標(biāo)、公路曲線等因素外,還應(yīng)結(jié)合地形、水文、駕駛員舒適度等因素對(duì)視距進(jìn)行優(yōu)化,重點(diǎn)做好對(duì)曲路線段障礙物的處理、視距觀測(cè)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(shè)計(jì)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(duì)行車安全造成影響。

        2.1.3 在高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的平縱組合設(shè)計(jì)中,一是盡量減少凹凸曲線的應(yīng)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(yīng)用,保證高速公路平縱組合設(shè)計(jì)的合理性。

        2.1.4 應(yīng)重視公路結(jié)構(gòu)、路標(biāo)等要素的設(shè)計(jì),在保證高速公路穩(wěn)定性、安全性的基礎(chǔ)上,提高車輛的運(yùn)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(kuò)建項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化中,設(shè)計(jì)人員還應(yīng)對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目的平面進(jìn)行擬合。該環(huán)節(jié)中,應(yīng)在考慮既有高速公路左右幅實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合明式構(gòu)造物、隧道等要素進(jìn)行路線擬合,并以此為基礎(chǔ)完成誤差分析,確保高速公路平面擬合設(shè)計(jì)優(yōu)化的合理性。

        在平面擬合設(shè)計(jì)中,若兩路段通過拼接完成,則在通過擬合設(shè)計(jì)后,還應(yīng)基本保持原路設(shè)計(jì)的平面線形。而對(duì)長度較大的圓曲線實(shí)施平面擬合優(yōu)化時(shí),還需要通過對(duì)多圓復(fù)曲線擬合法的應(yīng)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(fù)曲線因素,對(duì)復(fù)曲線中各段圓曲線的半徑和長度進(jìn)行優(yōu)化,應(yīng)參考測(cè)點(diǎn)位置繪制“樁號(hào)-曲率分布圖”,然后按照串珠法進(jìn)行分析、確定。該環(huán)節(jié)中,應(yīng)對(duì)各段復(fù)曲線長度實(shí)施嚴(yán)格控制,確保其滿足最短圓曲線長度的要求。

        實(shí)施平面擬合優(yōu)化的過程中,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)擬合的精度進(jìn)行控制,通常對(duì)明式構(gòu)造物而言,其平面擬合精度誤差需控制在10cm 以內(nèi),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(biāo)的分析及優(yōu)化中,還應(yīng)結(jié)合既有高速公路的實(shí)際情況,對(duì)相關(guān)的誤差指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整[3]。

        2.3 縱面擬合優(yōu)化

        完成路面平面擬合后,還應(yīng)系統(tǒng)地進(jìn)行路線的縱面擬合優(yōu)化工作。在高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目縱面擬合優(yōu)化中,首先,應(yīng)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(duì)路面設(shè)計(jì)、軟基處理、沿線設(shè)施改造等內(nèi)容的協(xié)調(diào)性進(jìn)行分析。其次,在改擴(kuò)建項(xiàng)目縱面擬合優(yōu)化中,應(yīng)按照與平面擬合誤差分析相同的方式,進(jìn)行分幅、分段擬合設(shè)計(jì)優(yōu)化,并在老路改造中,遵守“寧填勿挖”的改造原則??紤]到一些特殊路段受凈空及構(gòu)造物的限制,在縱面擬合優(yōu)化及改擴(kuò)建中,可放松對(duì)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(kuò)建項(xiàng)目的縱面擬合,還應(yīng)系統(tǒng)地考慮擬合精度,如針對(duì)明式構(gòu)造物的擬合,需要結(jié)合其應(yīng)力儲(chǔ)備控制擬合誤差,滿足結(jié)構(gòu)安全管理需要。最后,在改擴(kuò)建項(xiàng)目縱面擬合優(yōu)化中,需要對(duì)老路縱坡進(jìn)行二次分幅調(diào)坡設(shè)計(jì)。實(shí)施此項(xiàng)擬合優(yōu)化時(shí),除了考慮路面施工技術(shù)方案外,還應(yīng)注重對(duì)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(shè)計(jì)優(yōu)化

        開展高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化,還應(yīng)對(duì)擬建路線的線形和橫斷面進(jìn)行優(yōu)化。在擬建高速公路線形設(shè)計(jì)優(yōu)化中,應(yīng)在考慮前期公路安全性評(píng)價(jià)建議的基礎(chǔ)上,對(duì)老路的平縱組合情況進(jìn)行深層次分析。該指標(biāo)下的分析內(nèi)容不僅包含危險(xiǎn)的曲線半徑,還涉及曲線線形銜接情況。此外,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)既有道路的線形指標(biāo)進(jìn)行分析、控制,實(shí)現(xiàn)事故多發(fā)等危險(xiǎn)路段的有效補(bǔ)救和處理。

        在擬建公路線形設(shè)計(jì)優(yōu)化中,凹形豎曲線設(shè)計(jì)難度較大,這是因?yàn)槠漤敳咳菀壮霈F(xiàn)排水不暢的問題。對(duì)此,在設(shè)計(jì)優(yōu)化中,還需要系統(tǒng)調(diào)整其縱斷面和橫坡設(shè)計(jì)內(nèi)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(yīng)增加一定的誘導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn),以保證線形設(shè)計(jì)的合理性,確保后期的行車安全。另外,對(duì)于擬建高速公路的線形設(shè)計(jì),應(yīng)做好其與既有高速公路線形指標(biāo)的堵截,確保高速公路整體的連續(xù)性、順捷性。

        在對(duì)改擴(kuò)建高速公路橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí),一方面,應(yīng)注重路面橫坡的核查與設(shè)計(jì)優(yōu)化。譬如,當(dāng)既有公路路面橫坡與新建路面橫坡差值不超過±0.5%時(shí),在公路改擴(kuò)建過程中,應(yīng)確保原路的路面橫坡不變,防止對(duì)其超高設(shè)計(jì)情況進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。另一方面,若存在分離路段,還應(yīng)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(kuò)建路基標(biāo)準(zhǔn)斷面

        2.5 局部分離路段的路線設(shè)計(jì)優(yōu)化

        高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中,局部分離路段包括兩側(cè)分離和單側(cè)分離兩種形式。在公路路線設(shè)計(jì)優(yōu)化中,應(yīng)做好這些分離路段的線路設(shè)計(jì)優(yōu)化。就單側(cè)分離路段而言,其受老路的制約較小,故而在路段的路線設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能選用與老路相同的縱面線形設(shè)計(jì)方法。

        而在兩側(cè)分離路段的路線設(shè)計(jì)優(yōu)化中,應(yīng)考慮使用雙側(cè)分離模式,擴(kuò)建工程項(xiàng)目的規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、用地等因素,均會(huì)對(duì)分離方式的應(yīng)用造成影響,故而在路線設(shè)計(jì)優(yōu)化中,一是在分幅設(shè)計(jì)中嚴(yán)格遵守線形分離的設(shè)計(jì)要求,重視分合流端部的設(shè)計(jì),做好交通組織規(guī)劃;二是在分離路段單側(cè)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(yīng)遵循車道數(shù)平衡的原則,若有必要,還應(yīng)注重漸變段的設(shè)計(jì)、應(yīng)用,提升分離路段線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的整體水平。

        3 高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的注意事項(xiàng)

        新時(shí)期,高速公路改擴(kuò)建工程逐漸增多,路線勘察是高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的基礎(chǔ),其能為公路路線設(shè)計(jì)優(yōu)化提供準(zhǔn)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(nèi)容外,還需要對(duì)既有公路的幾何設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)查。主要調(diào)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(gòu)造物的三維數(shù)據(jù)。在既有高速公路測(cè)量中,應(yīng)按照左、右幅的實(shí)際情況進(jìn)行,要求在考慮曲線半徑的基礎(chǔ)上,完成公路縱向間距的測(cè)量與確定。

        在實(shí)際測(cè)量中,還應(yīng)重視數(shù)字化勘察技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,如使用低空大比例尺航空攝影、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等技術(shù),從而有效建立較為精密的數(shù)字道路模型,提升改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)的精度和效益,見圖4。另外,在新時(shí)期的高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化中,還應(yīng)注重對(duì)BIM 等現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用,通過現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的分析、處理和應(yīng)用,有效提升路線設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化效果,為工程后期建設(shè)提供有效指導(dǎo)。

        圖4 低空大比例尺航空攝影載體平臺(tái)

        4 結(jié)語

        綜上所述,優(yōu)化路線設(shè)計(jì)方案是高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)的內(nèi)在要求,其能充分保證高速公路改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、整體性,滿足工程項(xiàng)目的建設(shè)需要。新時(shí)期,設(shè)計(jì)人員只有深刻認(rèn)識(shí)到高速公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的原則和要求,結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行多元要素的設(shè)計(jì)優(yōu)化,才能有效提升路線設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化效果,指導(dǎo)工程項(xiàng)目建設(shè)工作的順利開展,繼而推動(dòng)高速公路改擴(kuò)建工程的可持續(xù)發(fā)展。

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