（交通运输工程专业论文）高速公路改扩建工程方案研究.pdf

a s t u d yo nt h ee x t e n s i o np r o g r a mo ft h ee x p r e s s w a y c a n d i d a t e z h o ul e i s u p e r v i s o r ：p r o f x uj i n l i a n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 舢03jii03啪7_y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 一：f 飞磊 脚倒日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 铲伊 戈。产年多月夥日 山口年6 只谚b 摘要 随着我国社会经济的迅猛发展，高速公路交通量迅速增长，部分路段的通行能力已 明显不能满足交通量的需求，通行能力与交通需求的不适应性逐渐显现出来。为适应区 域经济发展的需要，确保区域内交通运输的安全、畅通，对原有道路进行改扩建是必要 的，也是紧迫的。高速公路改扩建方案一般分为两种：一是原有道路基础上的改扩建； 二是新建二通道。本文在着重研究旧路改扩建各个技术要点的同时，对新建二通道方案 进行研究，以期为高速公路改扩建提供一条新的思路。 本文以西铜高速公路改扩建工程设计为依托，通过对陕西省第一条高速公路一西铜 一级公路改扩建两年的实地踏勘和内业设计，介绍了改扩建工程从总体方案决策到具体 工程技术问题把握各层次的关键技术。论述了如何利用老路充分体现安全、环保、舒适、 和谐的设计理念。并为今后其他高速公路改扩建工程中存在的技术问题提供借鉴。 关键词：高速公路改扩建交通组织关键技术二通道 a bs t r a c t 目录 第一章绪论1 1 1 论文研究的背景l 1 1 1 我国高速公路发展概况2 1 1 2 开展高速公路改扩建方案研究的意义2 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 改建公路研究的概况3 1 2 2 公路改扩建方案研究的现状6 1 3 主要研究内容。8 第二章高速公路改扩建形式的确定。 9 2 1 我国现有高速公路改扩建形式9 2 1 1 新建方案与加宽方案比较9 2 1 2 改扩建车道数比较一1 0 2 1 3 改扩建加宽方案研究一1 1 2 2 现有西铜高速公路评价及扩建技术指标的应用1 4 2 2 1 现状公路的主要技术标准一1 5 2 2 2 扩建公路技术标准15 。： 2 3 西铜高速公路改扩建工程建设方案论证1 6 2 3 1 分离式路基加宽与整体式路基加宽的比较1 6 2 3 2 单侧路基加宽与双侧路基加宽的比较1 7 第三章西铜高速公路改扩建工程关键技术2 1 3 1 路线平、纵面的拟合技术2 1 3 1 1 平面线形设计2 1 3 1 2 纵面线形设计2 3 3 1 3 改扩建工程纵面拟合设计2 4 3 2 路基、路面加宽技术2 7 3 2 1 路基加宽技术2 7 3 2 2 加宽路基处理方法2 8 3 2 3 路面加宽技术2 9 i i i 3 2 2 加宽路面处理方法3 0 3 3 桥梁构造物加宽技术3l 3 3 1 加宽设计前的准备工作3 1 3 3 2 桥梁加宽设计3 2 3 3 3 涵洞加宽设计3 3 3 4 服务管理设施建设新理念3 3 3 4 1 服务区3 3 3 4 2 收费站。3 4 3 5 交通组织及畅保方案3 4 3 5 1 交通分流3 5 3 5 2 施工组织3 5 3 5 3 临时交通工程3 8 3 6 建设管理中的关键技术4 0 3 6 1 施工质量管理控制的内容4 0 3 6 2 路基施工质量管理控制4 0 3 6 3 路面施工质量管理控制4 2 3 7 西铜高速公路改扩建工程技术建议4 3 3 7 1 路线4 3 3 7 2 路基路面4 3 3 7 3 桥梁设计。4 6 3 7 4 涵洞扩建方案。4 8 3 7 5 交叉工程设计4 8 3 7 5 通道5 0 3 7 6 交通工程及沿线设施5 0 第四章高速公路改扩建中二通道方案研究5 5 4 1 二通道方案确定的条件研究5 5 4 2 西铜高速二通道路线方案研究5 6 4 2 1 二通道方案的确定5 6 4 2 2 二通道方案的必要性分析5 7 4 2 3 二通道方案的可行性分析5 8 i v 第五章结论与建议6 0 5 1 主要结论及研究成果6 0 5 2 需进一步研究的问题6 0 参考文献6 2 硕士期间发表论文6 4 致谢。6 5 v 长安大学硕士学位论文 1 1 论文研究的背景 第一章绪论 改革开放以来，我国公路建设有了长足的发展，取得了显著的成绩。实施“三主一 支持”长远发展规划取得了突破性进展。相继建成了一大批高速公路、大型桥梁和长大 隧道等基础设施。交通固定资产投资规模持续扩大，公路通车里程迅猛增长。到2 0 0 8 年底，全国公路通车里程达3 7 3 0 2 万公里，全国高速公路里程达到6 0 3 万公里。高速 公路建设在短短十多年的时间走完了发达国家三、四十年的发展历程。党的十六大提出 了全面建设小康社会的奋斗目标。为全面建设小康社会，加快推进社会主义现代化建设， 实现交通新的跨越式发展，紧紧抓住加快发展交通工作的这个“第一要务 ，交通部制 定了公路交通新的跨越式发展的目标：到2 0 2 0 年，全国公路总里程达到2 6 卜3 0 0 万公 里。高速公路里程达到7 万公里以上，连接所有目前人口在2 0 万以上的城市，基本形 成国家高速公路网。 改革开放的3 0 年来，是我国历史上公路发展速度最快、规模最大、最具活力的时 期。我国公路建设取得了迅速的发展，公路等级也在不断的提高。公路里程增加了3 8 5 万公里，高速公路从无到有，公路通达深度和覆盖面有了很大提高。1 9 8 8 年l o 月沪嘉 高速公路建成通车，实现了我国大陆高速公路零的突破。随后，我国高速公路建设事业 迅速发展。2 0 0 0 年底，高速公路通车总里程达到1 6 万公里；2 0 0 3 年底，我国高速公 路通车总里程已达到2 9 8 万公里。我国高速公路发展用短短十多年的时间走过了发达 国家三、四十年的发展历程，目前我国高速公路仍处于高速发展阶段。高速公路及其它 高等级公路的建设，较好的改善了我国公路的技术等级结构，改变了我国公路事业的落 后面貌，同时也大大缩短了我国同发达国家之间的差距。 我国早期修建的高速公路，目前已经接近或超过使用年限。这些高速公路上的交通 量多数超过了设计交通能力，部分道路已经出现严重的堵塞现象。因此，对早期的高速 公路进行改扩建，使其继续为经济和社会活动提供服务成为一个地方性乃至全国性的紧 迫问题。但是，何时改扩建以及如何改扩建，是困扰公路建设者和管理者的两大难题。 论文对我国高速公路改扩建工程方案进行研究，不仅可以完善现行的公路设计方法，也 可以为高速公路的改扩建提供技术指导。 第一章绪论 1 1 1 我国高速公路发展概况 自2 0 世纪8 0 年代以来，我国加大了公路基础设计的建设力度和投资力度，加快了 公路建设的速度，截止2 0 0 1 年底，公路通车里程达1 4 3 万k m ( 香港、澳门特别行政区和 台湾的公路里程未统计在内) ，其中高速公路通车里程达1 9 万k m ，公路网密度达到 1 4 6 k m 1 0 0 ( k m ) 厶一张干支衔接、布局合理、四通八达的全国公路网已初步形成。这标 志着公路交通运输体系中已占有极其重要的位置，对促进国民经济增长，提高综合运输 能力、降低运输费用、改善投资环境和加快中国社会主义现代化建设已起到了举足轻重 的作用。 为了适应未来我国国民经济和社会发展的需要，以及便利中国与周边国家的经济贸 易和文化交流，交通运输部于2 0 0 2 年制定了中国公路交通三阶段交通规划。第一阶段， 到2 0 1 0 年，公路交通紧张和制约国民经济发展的状况要得到全面改善，以高速公路为 主的国道主干线要将人口1 0 0 万以上城市和人口5 0 万以上的大部分城市贯通；第二阶 段，到2 0 2 0 年，初步形成国道主干线和国家重点公路形成的公路网，全国公里里程将 达2 3 0 万k m ，高速公路5 5 万l ( i i l ；第三阶段，到2 0 4 0 年，公路交通基本实现现代化， 达到中等发达国家的水平，形成全高高速公路网，高速公路总里程将达8 万k m 。 1 1 2 开展高速公路改扩建方案研究的意义 ( 1 ) 是使现行公路网有效和协调的必要手段 某些道路改扩建规模的大小与该道路在区域公路网内所起作用密切相关。区域公路 网中各等级道路的相互连接具有一定的科学性和协调性，将科学、合理规划的路网和现 行公路网相比较可以发现，许多规划路线与现有道路应是重合的，从中可以发现，少数 道路无论是布局还是现有技术参数都是不合理的或不满足交通需要的，由此可以提出改 扩建或新建道路的要求。 ( 2 ) 是有效利用投资、创造更大经济效益的必要手段 道路的改扩建工程，包括对现有道路的监测与评价、可行性研究、规划、设计和施 工，并不是一个凭空提出的概念，而是各个道路管理部门在资金有限的条件下，考虑怎 样把有限的资金使用到最需要采取措施并能取得最佳效果的道路上去，使现有路网保持 合理的服务水平。道路管理部门在日常工作中要不断地作出有关道路改扩建的各项决 地 柬0 ( 3 ) 是改善道路的使用性能的重要途径 2 长安大学硕士学位论文 道路在使用过程中，其使用性能会因行车荷载和环境因素的不断作用而逐渐变坏。 道路使用状况的好坏将直接影响到车辆的行驶的舒适性和行车费用。显然，道路使用性 能的恶化，将增加车辆的运营费用，增加燃油，轮胎和保修材料的消耗，以及增加行车 时间等费用，直接影响到社会和经济效益。在道路使用期间内，还需投入大量资金以维 护( 包括日常养护和改建) 道路，使之保持一定的使用性能，充分发挥其经济效益，因此， 养护工作具有十分重要的经济价值和社会效益。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 改建公路研究的概况 1 、国外的研究现状 国外由于早在2 0 世纪3 0 年代就开始修建改造高速公路，对于高速公路改造升级的 方法和技术进行了比较深入的研究。随着技术的进步和对于环境的重视，国外高速公路 改造也由过去简单考虑满足交通功能的思维模式转变为考虑交通、生态、环境、经济、 技术、社会影响等多目标的改建模式。 美国在高速公路建设上取得的成就是有目共睹的。二战以来，因国防要求，美国开 始在国内大规模的建设高速公路，到2 0 世纪6 0 年代中期，美国的高速公路网基本成 型。随着经济的发展，交通量的不断增加，2 0 世纪7 0 年代中期以后至8 0 年代中期， 美国面临了一轮大规模的高速公路改造。这期间，对扩建方案的研究主要集中在具体项 目中的工程技术领域。随着对道路扩建问题总结的深入，1 9 8 3 年在由t r b 组织在美国 召开了公路扩建工程专题国际会议，该会议比较完整的总结和集中了发达国家近1 0 来 年对高速公路扩建的技术方法。但会议主要集中在结构拼接和施工方法上的总结。在方 案设计比选以及几何设计没有过多的介绍。由美国的j a c ke l e i s c h1 9 8 3 年在i t e j o u r n a l 上发表的名为p l a n d e s i g nf e a t u r e sa n dc a s es t u d i e si nf r e e w a yr e c o n s t r u c t i o n 。 较为系统的论述了高速公路改建拓宽中在几何设计上普遍遇到的问题。尤其在立交上设 计的问题做了很精辟的总结。此外，我国台湾省的f a n s s 也发表了题为“f e a s i b i l i t ys t u d y o nw i d e n i n go f a h i g hv o l u m ef r e e w a ys e c t i o n 的论文，对扩建方案中道路预测流量与扩 建后的关系做了分析。在8 0 年代末之后到今天，在发达国家，环境与公共关系对道路 改建项目的重要性越来越突出的体现出来，国外研究越来越多的侧重于扩建项目如何减 少对自然环境和公众生活的影响，如何与公众有效的沟通，如何利用先进技术参与工程 等问题。在扩建项目的方案比选上技术已经日臻成熟。 第一章绪论 2 、国内的研究现状 国内由于高速公路起步较晚，而高速公路改建只是近几年的事情，且最初的高速公 路改建都限于路面的加铺等项目，很少有扩建的内容。主要研究仅限于最近两年为数不 多的几个项目。 1 国内各个项目取得的成就 广佛高速公路2 0 0 1 年开始改建，2 0 0 3 年竣工通车，采用部分路段四车道加宽为六 车道，其余为八车道的双向整体拼接的形式；沈大高速公路从2 0 0 2 年开始改建，于2 0 0 4 年完成通车，全线采用四车道扩建为八车道的整体对称拼接形式；沪杭甬高速公路于 2 0 0 0 年起分段、分期扩建，基本上是采用四拓八的整体拼接形式。沪宁高速公路从2 0 0 3 年开始扩建，扩建方式也是整体拼接的“四拓八”的形式。 从正在进行的或已完成的这几个项目看，在方案比选上，每个项目在技术上都有一 定的突破和成就，其中，沈大高速公路充分的比选了两侧对称拼接方案和单侧拼接方案， 为其他类似工程积累了宝贵的经验；沪杭甬高速公路扩建在方案中，为了克服拼接宽度 过大造成右侧硬路肩无法设置的难点，采用了灵活的“紧急停车带 的措施，具有一定 的创新和突破性；沪宁高速公路拓建项目，提出了“可持续发展与方案选择的结合， 提出了全线采用“集散加快速通道方案 ，是非常重大的突破。这表明，国内的设计者 已经开始用发展的眼光看待工程项目。 2 专项会议成果 由于扩建项目的独特性和复杂性，2 0 0 4 年1 1 月在由交通部专家委员会在南京主办 了高速公路扩建工程技术研讨会，会议总结了近几年国内几条高速公路扩建的经验和技 术问题。 会议在方案制定、路基拼接处理、路面材料应用、桥梁与互通的改建等多项议题作 了专题讨论，总结了国内近几年来在高速公路扩建研究中的最新成果。搜集整理了5 0 余篇论文，其中关于方案制定与几何设计方面研究论文有十多篇。这次会议极大的丰富 了我国对高速公路改建领域的技术成果，为日后的标准化制定和进一步的技术研究无疑 奠定了扎实的基础。 3 国内扩建方案研究中存在的问题 国内几条高速公路的改建方式无一例外的选择了对称整体拼接方案，且都采用了 “四拓八 的形式。但几条道路的自然条件，社会发展条件，交通量水平都不相同，在 拓建方案的可选方案相当多的情况下，最后为什么都选择了同样的结果? 个人认为有以 4 长安大学硕士学位论文 下几个原因( 一) 对于其他方案，尤其是分离方案，我国的技术并不成熟，这些方案的 实施都具有一定的难度和风险性。( - - ) 对于高速公路的方案设计的思想较为保守，立 足点不高，前瞻性不足。 总的来说，国内在扩建方案研究上主要存在以下问题： 方案研究从方法到模式有待标准化 目前国内对于高速公路改建扩容的研究还处于刚刚起步阶段，从方案的战略步骤制 定到具体的设计、施工、管理以及通车后的影响分析都在进行不断的探索和尝试。国内 目前对于扩建项目是出于“边规划、边设计、边研究”的模式。对于不同项目方案的研 究工作有很多的重复内容，比如对待国内外研究成果上出现重复研究的现象，在方案比 选论证的过程中，重复了前人的工作，造成人力、物力的浪费。从前述的形势来看，我 们迫切需要在高速公路改造方面进行必要的规范，为日后其他高速公路的扩容提供必要 的政策和技术保障。 多车道通行能力的研究明显不足。 在主要扩建项目为多车道( 双向六车道以上) 的背景下，国内尚无专门的研究和成 熟的结论，对于通行能力的分析和研究方法局限于整体式拼接方案中混合形式的状态， 对于不同的交通管理模式下的通行能力研究没有深入进行；通行能力计算盲目套用国外 的模式，使得计算结果与实际相差很大；在预测远景交通量时，由于诸多原因结果总与 实际相差甚远。许多高速公路建成几年就需要改造就是最好的证明。 已经采用的拓宽方案依然存在诸多的问题和隐患。 国内目前已经实践的几个方案几乎都是整体拼接，整体拼接的主要优点是造价比较 低，但从长远看，整体拼接又存在一定的不足，这种不足很可能导致对未来年的发展障 碍；同时，国内几个方案无一例外的采用几乎完全相同的横断面模式，没有采用左路肩， 没有对加宽后道路的中间带的作用和意义进一步分析，为高速公路的畅通安全留下了隐 患；在拼接方案中简单的采用完全拼接的模式，不能灵活的运用其他方式来降低难度或 投资。 以静止片面的目光看待远期的高速公路的扩建。 对待远期高速公路的方案仅仅凭借交通量预测的结果来分析道路的容量，然后简单 将四车道扩大为预测的车道数，设计完成的道路仅仅在预测交通量上满足要求( 实际预 测交通量的准确性尚待观察) 。片面的就交通谈交通，就道路谈道路，忽略了一些很重 要的问题。没有考虑城市的发展规划对道路要求的变化，没有考虑经济发展与其他模式 气 第一章绪论 高速公路的作用，没有分析未来高速公路发展可能带来的转变。没有充分分析国外在高 速公路扩建中 1 2 2 公路改扩建方案研究的现状 国内由于高速公路加宽工程刚刚起步，相关的理论研究无论在深度还是广度上更是 存在着严重的不足，需要作更加深人系统的研究。国外对于软土地基上高速公路加宽工 程的理论研究尽管起步较早，但大多都建立在离心模型试验和有限元模拟分析的基础之 上。主要开展了以下几方面的研究。 1 、填筑工艺的研究 高速公路一般都采用普通的水平填筑工艺，在原有道路的基础进行加宽扩建时，除 了可以采用普通的水平填筑以外，还可以采用间隙法( t h eg a p m e t h o d ) 施工( 如图1 1 所示) ，即先填筑加宽部分的外侧，在加宽部分与既有道路之间预留一定量的空隙，软 基在新近填筑部分荷载作用下达到一定的固结度以后，再填筑预留的空隙部分。国外有 一些学者和工程师就两种填筑工艺的作用效果做了大量的研究。大多采用p l a x i s 岩土 有限元软件，利用弹塑性摩尔一库仑模型或修正c a m c l a y 模型对加宽路基进行有限元 模拟计算，如h g b a l l e r s m a 等人( 1 9 9 4 ) 利用小型离心机模型结合p l a x i s 有限元程 序分析了加宽路基两种不同填筑方法( 普通水平填筑和间隙法填筑) 对加宽路基的影响。 关于这一点，还有e v o s ( 1 9 9 4 ) ，a n g v a nm e u r s ( 1 9 9 9 ) 等人 1 5 1 6 的研究工作，他 们都得到相似的结论：加宽路基的间隙法填筑较普通水平填筑可以有效地减少既有道路 的水平变形( 3 0 ) ，但是对竖向变形没有明显影响。h g b a l l e r s m a 还发现新老路基之 间的间隙宽度对新老路堤的稳定性有很大的影响，间隙较大时，新老路堤都不易发生失 稳，间隙变小时，老路堤都不易发生失稳，新路堤容易失稳。 2 、填筑材料的研究 为了使加宽部分路堤和既有道路紧密衔接形成整体，减少新老路堤的不均匀沉降， 防止路面开裂，加宽工程中经常采用土工合成材料处理。对土工合成材料在软土地基上 加宽路基工程中的应力应变特性，j u h af o r s m a n 和v e l i m a t t i u o t i n e n ( 1 9 9 9 ) 利用p l a x i s 有限元程序和现场试验进行了研究，发现使用土工合成材料可以降低由于路堤自重引起 的水平应力，从而减少水平位移，有效地防止路面开裂；影响作用效果的主要因素是土 工合成材料的刚度，并且刚度越高作用效果越好。杨茂等( 2 0 0 1 ) 成功地将土工合成材 料应用于我国内蒙古s 1 0 3 线喇嘛湾一大饭铺段公路改建中，解决了路基下沉和新旧路 6 长安大学硕士学位论文 基土体结合处路面反射裂缝等公路病害问题。李锁平等( 2 0 0 1 ) 将土工格栅砂砾垫层用 于软基上既有道路改造工程，认为土工格栅砂砾垫层能够有效地加强新帮填路基与既有 路基的整体性、提高地基的承载力和解决路基的不均匀沉降。另外， a g i h i o r t n a e s p e d e r s e n 和h b r o e r s ( 1 9 9 4 ) 曾利用大型离心机模型试验和p l a x i s 有 限元程序分析了加宽路基施工过程中软土地基的力学特性和变形特性。离心模型试验和 有限元分析具有较好的一致性，但也有一定的差异；加宽部分软土中量测的孔隙水压力 较有限元分析值大1 5 ；离心模型试验中加宽部分刚填筑完时，实测沉降是有限元分 析值的2 o 2 5 倍，但固结度达到8 0 时，两者又十分吻合；对于水平位移，采用弹 塑性摩尔一库仑模型的计算值是实测值的2 3 倍，而采用修正c a m c l a y 模型的计算值 和实测值比较相近。 3 、计算分析本构模型的选择 由于天然地基的复杂性、离散性和不均匀性，土力学中发展多种不同的本构模型。 每种本构关系采用不同土性参数，计算结果也有较大的差异。国外应用比较多是弹塑性 摩尔库仑模型或修正c a m c l a y 模型。r b j b r i n k g r e v e 和p a v e r m e e r ( 1 9 9 4 ) 针对软土 地基上的加宽路基工程分析了有限元计算中本构模型的选取不同所存在的计算差异，并 指出应用弹塑性摩尔一库仑模型或修正c a m c l a y 模型计算的竖向变形比较接近，而采 用修正c a m c l a y 模型计算的水平变形较采用弹塑性摩尔库仑模型计算的水平变形小 一些，前者和实测资料比较一致。 4 、其他 美国普渡大学的r i c h a r dj d e s c h a m p s 等人( 1 9 9 9 ) 对一般加宽路基进行了研究，提 出了加宽路基的设计指南和施工步骤，并对相应的规范进行了修订，但并未涉及软土地 基上路基加宽的问题。南京水利科学研究院( 1 9 9 3 ) 曾进行过沪宁高速公路的路基离心 模型试验，取得了较好的结果；苏超等人( 1 9 9 8 ) 应用土体固结非线性有限元对锡澄与 沪宁高速公路拼接段的沉降隔离墙的工作状态进行数值模拟；周志刚等运用弹性力学平 面应变有限元法，分析了非高速公路加宽中新路在自重作用下的沉降和应力分布规律， 并根据强度理论，提出了防止新旧路相接处产生裂缝的处理方法。孙贵清对高速公路加 宽工程从平、纵、横、路面及分期修建等五个方面阐述了各自的特点和设计时应该注意 的事项。 7 第一章绪论 1 3 主要研究内容 长安人学硕士学位论文 第二章高速公路改扩建形式的确定 2 1 我国现有高速公路改扩建形式 国内外高速公路改扩建方式一般为新建和加宽两种形式，在这两种方式中又各自派 生出不同的建设形式，每种形式中还有不同的具体建设方案。 对新建和加宽两种方式进行了研究比较，并对加宽方式中的两侧加宽、单侧加宽等 扩建方案进行了研究。 2 1 1 新建方案与加宽方案比较 新建方案就是在不改变现有道路的基础上另辟一条全新的道路，提高整个通道的通 行能力，进而达到分担现有高速公路交通量的目的。以安新高速为例，探讨比较新建复 线与原路改扩建方案的方法( 见表2 1 ) 。 原路改扩建与新建四车道高速公路复线比较表表2 - - 1。 序号比较内容新建四车道高速公路复线原路改扩建为标准八车道 形成新的经济带，增加辐射面。公充分发挥通道占用效益，提高通道 l 社会效益 路走廊资源浪费，社会效益较差 潜在运输能力。社会效益较好。 路网布局与增加路网密度，提高运能。路网布提高路网结构达到提高通”4 j “b m 力。 2 结构局不尽合理，影响区重复叠加。路网布局较为合理，避免重复建设。 总通行能力较大。大小车辆混杂行总体通行能力较小。可按车型、车 通行能力与驶，行车、超车受到较大干扰，平速分道行驶，相互干扰小，平均行 3 交通安全均行驶速度明显降低。对行车安全驶速度高，对行车安全及顺畅通行 不利。有利。 对沿线城市i 缓解城市交通压力，影响产业布局保持现状连接和城市规划，有利于 4 的发展l 及城市规划。长远发展。 5 i 寡景土地及 新增占地较多，拆迁、移民量人， 对环境影响大。 新增占地较少，有利于环境保护。 技术方案和不存在技术难点，设计、施j = 、质路基、路面、桥涵、互通式立交的 6 实施难易程量保证措施相对简单，不影响现有改造，施工中的交通组织等方面难 度交通。度相对较大。 对现有交通在施工中，对原路及桥涵的拼接及 7 基本可避免对老路交通的影响。 的影响原路面的补强，对老路通行有影响。 8 投资估算新建复线平均每公里约3 1 0 0 万元改建平均每公里约2 4 0 0 万元。 经济评价指 指标相对较低，国民经济和财务效【指标相对较高，国民经济和财务效 9 标益相对较差。f 益相对较好。 1 0 结论不推荐 l 推荐 9 第二章高速公路改扩建形式的确定 2 1 2 改扩建车道数比较 国内高速公路改扩建的车道数一般有两种：六车道改扩建和八车道改扩建。 按六车道改扩建：标准六车道高速公路还是简易六车道高速公路 标准六车道高速公路：根据公路工程技术标准j t g b 0 1 - 2 0 0 3 ，选用标准六车车 道方案，路基宽度3 4 5 米，全线所有路基、路面、桥涵等均按标准六车道建设。 简易六车道高速公路：将紧急停车带部分划为外侧的一条车道，新建港湾停车区， 路基宽3 0 米。 按八车道改扩建：标准八车道高速公路还是简易八车道高速公路 标准八车道高速公路：根据公路工程技术标准j t g b 0 1 - 2 0 0 3 ，选用标准八车车 道方案，路基宽度4 2 米，全线所有路基、路面、桥涵等均按标准八车道建设。 简易八车道高速公路：将紧急停车带部分划为外侧的一条车道，新建港湾停车区， 路基宽3 7 5 米。 ( 1 ) 标准高速公路与简易高速公路的比较 道路功能与作用 道路的功能和作用对改扩建为标准高速公路还是简易高速公路有直接的决定意义。 对于走廊带资源宝贵的地区，需要较高的服务水平和运输效果，公路改扩建中为避免资 源的浪费，应直接按标准高速公路形式进行改扩建。 通行能力与交通安全 根据道路通行能力的分析计算，理论上简易的高速公路由于取消了右侧硬路肩的宽 度，使得高速公路的通行能力大为降低，只有标准高速公路通行能力的9 0 左右。而从 实际的行车情况看，由于无硬路肩，使得行车的安全系数大大降低，绝大部分车辆在中 间车道行驶，车道利用率较低，干扰较大，实际通行能力仅有7 5 - - 8 0 左右。 占用土地和工程投资比较 通过分析，简易高速公路新增占地较标准高速公路新增占地节约约2 0 左右。由于 占地、工程数量较小，所以简易高速公路工程投资亦相对较为节省。 ( 2 ) 改扩建车道数的选择 交通量因素 改扩建车道数的选择一个重要的因素就是根据项目交通量预测结果，分析路段的通 行能力，并结合该区域整体的规划发展需要，从长远着眼，适度超前考虑，既要避免浪 费，又要避免短时期内的二次改扩建。 服务水平因素 l o 长安大学硕士学位论文 改扩建车道数的选择还取决于道路的服务水平，研究分析道路发挥的作用，评价其 服务水平和运输效益，做出合理的选择。 工程质量因素 改扩建中增加的车道数太小，导致施工作业面过小，会对现有交通产生较大影响， 同时路基压实、接缝处理等技术难点突出，因此可以考虑适度地增加改扩建车道数，以 保证工程的质量。 2 1 3 改扩建加宽方案研究 1 ) 改扩建的基本原则 减少对现有道路影响 减少拆迁，节约土地 结合路网规划，确定工程规模，方便施工 注重道路维护和交通管理 充分利用现有资源，降低造价 2 ) 改扩建方式的选择 改扩建方式一般包括单侧加宽、两侧加宽、混合加宽等三种方式。 图2 - - 1 改扩建方式 单侧加宽 单侧加宽是原有公路- - n 受建筑物限制时，从另- i i 对原有公路拼接。 路基不加宽侧的防护、排水沟、防撞护栏等设施可继续使用。 施工对公路上的交通影响较小，原有的公路可继续维持交通。 路基中心线因发生偏移，平面线形需重新拟合。 第二章高速公路改扩建形式的确定 原有的中央分隔带用作行车道，其内部原有的排水、通信管道、防撞护栏等设施 须拆除，新中央分隔带内的这些设施须重建；路基加宽侧的防护、防撞护栏等设施不能 利用，也须拆除重建。 上跨桥梁因主线平面线位向一侧偏移，导致桥梁净空( 净宽和净高) 不足，须拆 除重建，原主线桥梁分两幅设置，合并为一幅技术难度大，施工困难且对旧路造成交通 干扰，加宽侧互通匝道线形调整较大。 两侧加宽 长安大学硕士学位论文 分离加宽 分离加宽是在新老路基之间设置分隔带或将新老路基拉开一定的距离，使平面和纵 面同时分离，以便跨越全部的互通和主要被交道路。 分离方案结合运营交通组织和“集散加快速”的思路还可以分出多个细节的方案： 内侧老路作为“集散”道路，满足短途交通的需求，外侧新建车道作为直达车道 ( 只与部分互通连接) 满足快速通行的需求。 内外侧车道都与互通相接，内侧行驶小汽车、外侧行驶其余车辆，为小汽车提供 快速服务。 外侧车道与互通相接，封闭老路上部分现有互通的出口，实现内侧车道的直达通 行，将外侧车道作为“集散”道路使用。 方案设计时，拼接加宽和分离加宽并不完全孤立使用，根据不同路段的具体情况， 可联合使用。两侧拼接为主、局部分离的方式是对病害桥和重点互通路段进行分离，以 降低桥梁拼接的技术难度，利于互通的改扩建，更好的满足了互通转向交通量的需求。 图2 3 两侧分离加宽方式图 高架桥加宽 高架桥方式是分离加宽的一种。，其与现有道路间的交通量难以平衡，投资规模增 加明显。 0 “ ” 图2 - - 4 高架桥加宽方式图 1 3 第二章高速公路改扩建形式的确定 4 ) 双侧加宽和单侧加宽的比较 双侧加宽有利于减少拆迁数量，保护环境 采用双侧加宽方案将大大减少拆迁费用。而单侧加宽方案，拆迁量较大，有可能会 影响到高速公路的平、纵面线形，一般在地形受限情况下采用。 双侧加宽有利于施工及保证质量 长安大学硕士学位论文 未能实现真正意义的“全封闭”，农用车及非机动车大量混入，公共汽车随处停靠，严 重影响交通安全，形成诸多交通隐患。因此有必要对西铜公路改扩建问题进行研究。 2 2 1 现状公路的主要技术标准 项目研究范围内的西铜公路主要平纵面技术指标如下： 起点k 11 + 7 6 0 至k 7 3 + 9 0 0 段，设计速度1 0 0 公里d , 时，平曲线最大半径为1 0 0 0 0 米，最小半径7 0 0 米位于k 7 2 - - k 7 5 处，不设超高的最小半径为4 0 0 0 米，半径小于4 0 0 0 米的平曲线共9 处，均布设了缓和曲线；纵段面纵坡大于3 的路段共7 处，最大纵坡 3 9 ，凸型竖曲线最小半径8 5 0 0 米1 处，凹型竖曲线最小半径4 6 8 6 5 0 5 米1 处；本 段内平、纵配合基本良好，个别路段指标不满足现行规范，主要有：机场互通立交区主 线纵坡为3 5 ；k 4 8 + 7 8 0 k 5 2 + 0 8 0 之间3 3 0 0 米的路段仅设k 4 9 + 8 2 0 一处边坡点，两纵 坡及坡长分别为3 5 1 0 4 0 m 和3 9 2 2 6 0 m ；k 6 5 + 6 8 0 k 6 7 + 1 2 0 段为3 8 5 1 4 4 0 m 。 k 7 3 + 9 0 0 至k 9 8 + 7 0 0 段，设计速度6 0 公里d , 时，平曲线最小半径2 2 3 5 米，不设 超高的最小半径为1 5 0 0 米，半径小于1 5 0 0 米的平曲线共2 5 处，并布设缓和曲线，最 大纵坡4 1 4 2 ，凸型竖曲线最小半径5 7 9 6 6 1 米1 处；凹型竖曲线最小半径5 9 9 7 8 5 0 米l 处；线形指标较低。 由于研究范围内西铜公路修建时期不同，时间跨度较大，建设的指导思想和设计理 念也不断变化，因此西铜公路设计中采用的技术标准也不同。 西铜公路主要技术标表2 - - 2 ， i 西安至三原段 三原至铜川铜川( 耀县) ( 耀县) 段至黄陵段 k 1 1 + 9 0 0k 4 3 + 4 9 1 4k 7 3 + 9 0 0 起讫位置 k 4 3 + 4 9 1 4k 7 3 + 9 0 0k 9 9 + 4 0 0 公路级别一级公路一级公路 高速公路 设计车速1 0 01 0 06 0 路基宽度2 3 ( 桥2 7 ) 2 32 1 5 中央分隔带宽度 1 51 52 汽- - 2 0汽- - 2 0汽一超2 0 桥梁荷载 挂一1 0 0挂一1 0 0挂一1 2 0 2 2 2 扩建公路技术标准 按照部颁公路工程技术标准( j t gb 0 1 - 2 0 0 3 ) ，结合项目交通量预测、沿线地形 条件和项目在区域路网中的功能，该项目按照八车道高速公路整体式路基两侧加宽扩 第二章高速公路改扩建形式的确定 建，设计速度1 0 0 公里小时，路基宽度4 1 米，新建结构物汽车荷载采用公路一i 级。 互通连接线采用二级公路标准，辅道采用三级公路标准。 全线主要技术指标表表2 3 主要指标单位 数值 公路等级高速公路 设计速度 k m h1 0 0 建设里程 公里 5 9 7 7 9 7 路基宽度 米 4 l 平曲线最小半径 米2 0 0 0 平曲线占路线总长 5 7 6 竖曲线最小半径 凸形竖曲线最小半径 m 个1 1 9 8 2 1 凹形竖曲线最小半径强 令 9 9 8 1 1 最大纵坡 4 最短坡长 米4 0 0 汽车荷载 公路一i 级( 新建幅) 2 3 西铜高速公路改扩建工程建设方案论证 旧路扩建方案的加宽方式主要有分离式路基加宽、单侧加宽、双侧加宽三种，其中， 单侧加宽、双0 n , 0 j n 宽又属于整体式路基加宽。 2 3 1 分离式路基加宽与整体式路基加宽的比较 分离式路基加宽方案的主要优点为基本无施工期交通干扰；既有工程可基本全部利 用( 互通式立交外侧废弃) ；新建一幅互通式立交规模小( 只需单侧，节省了跨线桥等 主要工程) ，避免了桥涵工程、路基、路面工程的拼接，降低了技术难度等。主要缺点 为工程量大，占地多、土地利用率低、拆迁量大、分离式路基中间边沟排水不便，原有 道路中央分隔带、路拱需改造，或老路改造后与人们出行习惯不符，车道通行能力低等， 如图2 - 5 。 1 6 长安大学硕士学位论文 图2 - 5 标准八车道双侧拓宽分离式路基横断面图 而整体式路基加宽方案具有工程量小、节约占地、拆迁量小、通行能力高，优势较 明显，如图2 - 6 。 l 图2 _ 6 标准八车道双侧拓宽分离式路基横断面图 2 3 2 单侧路基加宽与双侧路基加宽的比较 ( 1 ) 改造难度及施工质量 单侧路基加宽方案只有一条纵向接缝，但需要调整路拱横坡( 路面、桥梁) ，施工 复杂，工程量大；同时中央分隔带位于新路面的行车道上，必须对其处理、补强；双幅 桥梁的接缝处理施工难度大。 双侧加宽不需调整路拱横坡。同时加宽后原行车道为小型车行驶位置，新加宽部分 为大型车行驶位置，有利于在设计中采取针对性措施，加强新加宽部分路基路面强度， 更好承担重载交通，保证质量；也有利于减轻原有道路上的结构物的荷载，延长旧桥使 用寿命，确保行车安全。 ( 2 ) 利用旧路情况 单侧加宽能够较大限度利用既有互通式立交、桥涵构造物及排水防护工程等( 未拓 宽侧) ；新老路基衔接工程量小。但因调整路拱，其调整部分的路面工程不能有效利用。 双侧加宽时路基排水、防护工程需全部重建：未预留扩建条件的主线下穿分离立交 几乎完全废弃。 ( 3 ) 拆迁 由于部分路段建筑物距离公路较近，两侧加宽时，两侧征用土地和拆迁量相对较少， 而单侧加宽的征地宽度大，拆迁必然增大。 1 7 第二章高速公路改扩建形式的确定 ( 4 ) 其它项目采用情况 目前国内大多数的高速公路改扩建工程的绝大部分路段均采用两侧加宽的方式。 单侧加宽方案与双侧加宽方案比较表 表2 - 4 比较项目单侧加宽方案双g i ! , i j d n 宽方案 改造难度 难度大，质量难控制难度相对较小，易保证施工质量 及施工质量 能较好利用未拓宽侧的构造物和防 防护排水设施及未预留的 利用旧路情况护排水设施，但路面工程有一定程 主线下穿构造物基本不能利用 度浪费 拆迁拆迁及占用土地较多拆迁及占用土地相对较少 其它项目国内高等级公路扩建时多数采用，积累的 高等级公路扩建时较少采用 采用情况工程经验较多 结论比较推荐 综上，单侧加宽虽有一定优点，但施工复杂，拆迁量大，对周边环境影响稍大，投 资较高，双侧加宽更具优势。 因此西铜公路改扩建工程拟采用整体式路基两侧加宽方式对旧路进行扩建。 。 1 8 长安大学硕士学位论文 第三章西铜高速公路改扩建工程关键技术 3 1 路线平、纵面的拟合技术 3 。1 1 平面线形设计 条件允许情况下，改建工程的平面设计可采用新建工程的布线方法，但由于改扩建 工程的约束条件比新建工程多，有时路线被部分点，如桥涵构造物等控制得很严格，有 一个有利条件是路线的走向基本确定。在进行平面拟合设计时应充分考虑到这些特点， 采用适合于改扩建工程平面拟合设计的方法一“综合法 。 “综合法 的基本原理是： 首先，输入路线测设过程中所取的控制点，用样条曲线对其进行拟合，生成一条满 足约束条件的光滑曲线，然后沿曲线前进方向求算间隔点( 间距为1 m 或更小) 的曲率， 并以此生产拟合曲线的曲线长度一曲率关系图。根据曲率图的形状，利用公路平面线形 的三个基本要素( 直线、圆、缓和曲线) 相对应的曲率图式( 与x 轴重合、平行、斜 交的直线段) 对拟合曲线进行处理，生成与公路平面线形组合相一致的桩号一曲率图。 最后反算出曲线单元要素，利用“线元法进行曲线计算，得出公路平面线位图。其核 心是利用曲率图将“拟合法”和“线元法”结合起来实现拟合曲线的曲率图向公路平