張者

（商洛市交通設(shè)計院，陜西 商洛 726000）

0 引言

根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行道路平面線形擬合是城市道路改擴(kuò)建工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，但我國城市道路改擴(kuò)建工程方面缺乏平縱線形測量數(shù)據(jù)擬合的完善理論和技術(shù)支撐。道路平面線形擬合的關(guān)鍵在于道路線形數(shù)據(jù)的采集、曲線參數(shù)解析及恰當(dāng)擬合方法的選取，并進(jìn)行道路路線中樁點位于直線段還是曲線段的線形識別。改擴(kuò)建道路工程既要滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）及相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，又要充分利用原道路已經(jīng)建成的設(shè)施，故其路線平面擬合設(shè)計不同于新建工程路線設(shè)計。改擴(kuò)建公路路線擬合設(shè)計中，結(jié)合類似改擴(kuò)建工程線形設(shè)計實踐，平面擬合誤差不得超出10cm，而縱斷面設(shè)計必須充分考慮路面施工要求及既有構(gòu)造的限制，對路基應(yīng)寧填勿挖，而對橋梁等結(jié)構(gòu)物不填不挖。

1 工程概況

某城市道路建成于2001 年，根據(jù)該公路所處地形、地物條件及《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—2012），建設(shè)時劃分成兩個路段，其中長度1.194km 的K0+000—K1+194 段地形起伏不平，設(shè)計行車速度60km/h，路基寬18.5m；而其余段則位于平原微丘地區(qū)，設(shè)計行車速度80km/h，路基寬20.5m。結(jié)合對原道路全線運行速度協(xié)調(diào)性的調(diào)查，全線路段運行速度協(xié)調(diào)性不良，設(shè)計速度和設(shè)計運行速度協(xié)調(diào)性評價較差。通過對交通事故的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，該城市道路路段平面設(shè)計不合理，技術(shù)指標(biāo)運用失當(dāng)，平面組合設(shè)計單調(diào)，總體設(shè)計缺乏合理性。隨著該城市道路段交通運行量的不斷增大，車輛運行速度下降，高峰時段車輛擁堵十分嚴(yán)重，現(xiàn)有路況已經(jīng)無法適應(yīng)車輛正常通行的要求，交通事故發(fā)生頻率也呈明顯上升趨勢。為此，必須進(jìn)行改擴(kuò)建，以適應(yīng)交通量持續(xù)增長及交通安全運行的要求。本文主要針對該城市道路改擴(kuò)建K0+000—K1+194 段展開路線平面擬合設(shè)計。

2 路線平面擬合設(shè)計

2.1 控制網(wǎng)布設(shè)

該工程為舊路改擴(kuò)建工程，施工期間不中斷交通。為盡可能減少交通運行對施工的不利影響，應(yīng)沿道路兩側(cè)共同布設(shè)控制點。為保證路兩側(cè)水準(zhǔn)線統(tǒng)一及路線方案坐標(biāo)精度，應(yīng)每間隔5km 進(jìn)行一次路兩側(cè)水準(zhǔn)線聯(lián)測。在測量平面線形數(shù)據(jù)時，必須將測量點設(shè)置在道路中線處，并按照10～15m 間隔左右交替測量，同時統(tǒng)計測點三維坐標(biāo)。適當(dāng)加密測量直線段和曲線段結(jié)合處，測量人員必須能做出測點區(qū)域是位于直線段還是曲線段的合理判斷。

當(dāng)前CARD/1、緯地等道路設(shè)計軟件已經(jīng)具備依托最小二乘法原理展開直線、圓曲線擬合的功能。例如，使用CARD/1 軟件展開道路平面線形擬合設(shè)計時，其平面智能布線工具中設(shè)置由穿圓、穿直線等工具，可以展開對圓曲線及直線的擬合，減少設(shè)計人員手工擬合的工作量，并保證擬合精度。

2.2 擬合線形數(shù)據(jù)采集

應(yīng)用GPS-NET 網(wǎng)平差軟件控制測量數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)平差[1]，GPS 點的全部平面坐標(biāo)均通過WGS-84 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為80 坐標(biāo)系，并將最大相對點位誤差控制在4mm以內(nèi)，最大邊長相對中誤差控制在1/71000。通過對向觀測及中絲測高法施測外業(yè)三角高程；距離測量則采用現(xiàn)場觀測斜距、豎直角，并往返測距各測兩次的方式。內(nèi)業(yè)平差則應(yīng)用NASEW97 網(wǎng)平差軟件。必須對所采集到的外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗算，并判斷測量誤差，保證測量結(jié)果合格；對于超出規(guī)定范圍的誤差，必須超出原因所在并重新測量，直至符合設(shè)計要求。

2.3 路線平面擬合及誤差分析

在進(jìn)行城市道路改擴(kuò)建設(shè)計時，必須在充分考慮現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的基礎(chǔ)上最大限度地利用既有道路設(shè)施。改擴(kuò)建工程路線平面擬合設(shè)計不同于新建工程，既不能簡單地利用舊路平縱面，又不能拋開舊路而展開設(shè)計。具體而言，可以采用單曲線、復(fù)曲線、多圓曲線等平面擬合曲線形式，通過坡長控制達(dá)到擬合縱坡過程中豎曲線半徑相應(yīng)調(diào)整的目的；考慮到路面不均勻沉降等可能造成縱面線形變化較多，為此擬合結(jié)束后必須依照現(xiàn)行規(guī)范檢驗擬合結(jié)果。

道路改擴(kuò)建工程施工誤差、運營期不均勻沉降等均會引起既有道路中線和原施工圖設(shè)計道路中線的偏差，引發(fā)局部范圍內(nèi)縱斷面起伏，故在平面擬合設(shè)計中必須十分注重指標(biāo)均衡性及其與平縱面組合的匹配關(guān)系[2]。

結(jié)合該城市道路改擴(kuò)建工程特點及類似工程線形設(shè)計經(jīng)驗，從公路施測精度控制角度考慮應(yīng)將平面線形擬合誤差控制在10cm 以內(nèi)。平面線位以2001 年該城市道路段施工圖和2002 年竣工圖為參考，外業(yè)測量時通過GPS-RTK 沿道路中線按照10m 間隔實測，并基于實測外業(yè)數(shù)據(jù)和1∶500 航測地形圖分析平面線形擬合誤差，保證現(xiàn)有道路改擴(kuò)建工程實際線位的最大精度。

為保證該改擴(kuò)建路段路線平面擬合線位準(zhǔn)確以及平面線和既有道路中線吻合，控制誤差，在進(jìn)行擬合時以原施工圖和竣工圖為基礎(chǔ)進(jìn)行擬合設(shè)計結(jié)果微調(diào)，確保長度及各曲線單元要素均滿足規(guī)范。統(tǒng)計線形擬合及誤差分析異常的路段及點位，并加強(qiáng)現(xiàn)場核查，保證基礎(chǔ)資料準(zhǔn)確。內(nèi)業(yè)則根據(jù)現(xiàn)有道路中線點位坐標(biāo)，應(yīng)用CARD/1 路線程序進(jìn)行路線平面擬合，起訖樁號K0+000—K1+194 段擬合誤差統(tǒng)計結(jié)果詳見圖1。

圖1 平面擬合誤差情況統(tǒng)計

起訖樁號K0+000—K1+194 段15375 個測點線形平面擬合誤差統(tǒng)計結(jié)果顯示，誤差＜0.05m 的測點數(shù)在總實測點數(shù)中占比76.4%，誤差在0.05～0.1m 以內(nèi)的測點數(shù)在總實測點數(shù)中占比17.9%，誤差＞0.1m 的測點數(shù)在總實測點數(shù)中占比5.7%。從擬合誤差統(tǒng)計圖中也可以看出，正負(fù)誤差主要以正態(tài)分布形式分布于中線兩側(cè)，擬合程度較好。

2.4 橫斷面擬合設(shè)計

該改擴(kuò)建路線平縱配合時必須進(jìn)行橫斷面設(shè)計，保證平縱線形順直，同時與工程所在地地形、周圍環(huán)境及現(xiàn)有道路設(shè)施相適應(yīng)。這種設(shè)計思路首先體現(xiàn)在平縱設(shè)計與地形天然曲率的協(xié)調(diào)一致方面，其次體現(xiàn)在城市道路與地形的協(xié)調(diào)性。故在城市道路改擴(kuò)建工程設(shè)計階段，必須充分結(jié)合地形條件，綜合考慮平縱組合設(shè)計及橫斷面設(shè)計。

整體拼接是應(yīng)用較為廣泛的橫斷面拓寬方案，可借鑒經(jīng)驗較多，目前國內(nèi)并無橫斷面設(shè)計相關(guān)的成熟規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，城市道路改擴(kuò)建仍以普通四車道高速公路技術(shù)指標(biāo)為參照，但是當(dāng)公路改擴(kuò)建方案實施后，部分技術(shù)指標(biāo)和方法可能因環(huán)境的改變而對于城市道路改擴(kuò)建工程不再適用[3]。

城市道路改擴(kuò)建的主要目的在于提升道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及通行能力，但設(shè)計速度等技術(shù)指標(biāo)的提升必將造成圓曲線半徑增大以及曲線長度的延長，而這種較長緩和曲線的采用會使超高漸變率過小，進(jìn)而造成路面滯水，使路面邊緣外形過于扭曲，不利于安全行車。

該工程采用整體拼接的橫斷面拓寬方案，改擴(kuò)建的目的主要在于拓寬既有路面、提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并改善通行能力，同時避免采用長緩和曲線所引起的超高漸變率減小、路面積水、影響行車安全、引發(fā)路面邊緣外形扭曲等問題。結(jié)合所取得的該道路改擴(kuò)建工程實測路面點等外業(yè)資料，構(gòu)建起B(yǎng)IM 三維路面模型，并通過CARD/1 工具對超高圓曲線段的超高橫坡等數(shù)值展開統(tǒng)計，因受到路基不均勻沉降等不利因素的影響，改擴(kuò)建路段的路基超高橫坡比原設(shè)計值略小[4]。根據(jù)運行車速驗算原設(shè)計超高橫坡值后發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計超高橫坡基本滿足安全行車要求，故改擴(kuò)建后的路基超高橫坡應(yīng)與原道路設(shè)計橫坡保持一致。對于該改擴(kuò)建路段而言，主要采用明式構(gòu)造形式展開超高漸變段起點、終點以及超高漸變率參數(shù)的設(shè)計，以便在滿足規(guī)范和設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，使設(shè)計結(jié)果與原構(gòu)造物橫坡基本吻合。

考慮到該城市道路改擴(kuò)建工程所對應(yīng)的路線縱坡較為緩和，改建后的路面寬度比原路面大，為確保降雨能快速排出道路路面，為行車安全和路面結(jié)構(gòu)安全提供保證，在超高漸變段長度確定時按照16.25m確定行車道寬度。

依據(jù)工程K0+000—K1+194 段全部測點縱斷面擬合誤差統(tǒng)計結(jié)果顯示，縱斷面設(shè)計高程和實測高程誤差＜0.05m 的測點數(shù)在實測點數(shù)中占比77.6%，誤差在0.05～0.1m 以內(nèi)的測點數(shù)在總實測點數(shù)中占比18.8%，誤差＞0.1m 的測點數(shù)在總實測點數(shù)中占比3.6%。根據(jù)擬合誤差統(tǒng)計圖，對于誤差＜0.05m 的區(qū)域縱斷面擬合程度較好，而對于誤差在0.05～0.1m范圍的路段應(yīng)在下一階段分析中進(jìn)行縱斷面調(diào)整和優(yōu)化處理。

3 結(jié)語

城市道路改擴(kuò)建工程路線平面擬合設(shè)計過程中主要面臨現(xiàn)行道路技術(shù)規(guī)范要求與既有道路設(shè)施充分利用之間的矛盾，設(shè)計人員必須結(jié)合工程實際保證平面線形擬合設(shè)計的合理性，使路線在滿足既有規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，能最大限度地利用既有道路設(shè)施。結(jié)合該城市道路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計實踐，在改擴(kuò)建項目路線設(shè)計時，必須充分利用原道路優(yōu)勢，結(jié)合交通運行實際及地勘結(jié)果合理布局，并盡量選取占用土地資源少、利于車輛通行的路線方案。

2.5 縱斷面擬合設(shè)計

該路段改擴(kuò)建過程中在現(xiàn)有路面加鋪厚度4cm 的瀝青面層，并將路基段擬合設(shè)計和既有道路實測高差差值控制在0.05m 以內(nèi)。結(jié)合四等水準(zhǔn)實測點高程并應(yīng)用GPS-RTK 以10m 間隔在道路中線邊緣點、硬路肩邊緣點處展開參數(shù)測量，采用與橫斷面擬合設(shè)計相同的方法構(gòu)建路面三維模型，同時通過CARD/1 軟件，依托原竣工圖中坡長、坡度、曲線半徑等參數(shù)展開縱斷面擬合設(shè)計。為確保設(shè)計結(jié)果能較好地與現(xiàn)有道路縱斷面吻合，控制誤差，必須展開長大豎曲線分解，通過多重復(fù)合豎曲線等的使用，保證不同單元豎曲線半徑以及長度等參數(shù)取值滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范。在長大直坡路段增設(shè)變坡點，分解成短坡路段，同時按照規(guī)范要求的最短坡長確定短坡路段坡長[5]。根據(jù)縱斷面高程控制原則進(jìn)行縱斷面擬合誤差分析，起訖樁號K0+000—K1+194 段縱斷面擬合誤差統(tǒng)計結(jié)果詳見圖2。

圖2 縱斷面擬合誤差情況統(tǒng)計