高速公路市政化改造设计指标适应性研究

doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2023.06.001
高速公路市政化改造设计指标适应性研究
张雄伟 1，黄龙飞1，程佳伟2，张 强1
（1. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710068；2. 西安培华学院，陕西 西安 710125） 摘要：高速公路市政化改造设计指标的确定除考虑工程相关因素外，还需结合现状道路条件进行适应性分析。

本文依托石家庄市复兴大街市政化改造工程，重点介绍了市政化改造过程中道路工程设计指标的设置，预测和模拟了相关道路交叉节点的交通量和道路断面交通量。

结果显示复兴大街市政化改造后，从京港澳高速转借复兴大街纯过境通行的交通量并不会增加，其设计指标能够适应未来使用年限内的交通出行量，保证道路通行的质量和效率。

关键词：市政工程；高速公路；市政化改造；设计指标；适应性 中图分类号：U412.3
文献标识码：A
文章编号：1673-6478（2023）06-0001-05
Study on the Adaptability of Design Indexes for Expressway Municipal Transformation
ZHANG Xiongwei 1, HUANG Longfei 1, CHENG Jiawei 2, ZHANG Qiang 1
(1. CCCC First Highway Consultants Co., Ltd., Xi'an Shaanxi 710068, China; 2. Xi'an Peihua University, Xi'an
Shaanxi 710125, China)
Abstract: The determination of the design index for the municipal reconstruction of expressway shall not only consider the relevant factors of the project, but also conduct adaptability analysis in combination with the current road conditions. Relying on the municipal reconstruction project of Fuxing Street in Shijiazhuang City, this paper mainly introduces the setting of road engineering design indicators in the process of municipal reconstruction, and predicts and simulates the traffic volume at the intersection nodes and road cross-section traffic volume of the relevant roads. The design index can adapt to the traffic volume in the future use life and ensure the quality and efficiency of road traffic.
Key words: municipal engineering; expressway; municipal transformation; design indexs; adaptability
0 引 言
我国目前城市化发展迅速，大量城郊高速公路在设计修建时难以准确预估城市的发展，没有充分考虑城市扩张所产生的影响[1-2]。

高速公路进入城市后肩负市政道路的功能，高速通道功能变弱，对过境交通转换产生较大影响[3]。

城区高速公路市政化改造可以彻底破除其对城市发展的割裂影响[4]，带动沿线地块开发利用，联动组团发展，激活城市发展新动能。

因此，高速公路市政化改造是城市更新发展的重要举措。

收稿日期：2023-10-07
作者简介：张雄伟（1995-），男，陕西榆林人，硕士，工程师，从事道路工程设计及项目工程管理工作．（*****************）
高速公路和市政道路在功能作用、服务对象等方
面的不同[5-6]，
使得两者在设计指标、节点布置等方面也存在显著差异[7]。

一方面，高速公路设计主要考虑公路线形指标、填挖平衡、桥隧布置等需求[8]；而市政道路设计需要遵循规划条件，更多考虑与沿线周边地块的有效衔接，满足城市出行需求功能[9]。

另一方面，高速公路节点设置因素相对单一，交叉口没有信号灯控；而市政道路由于服务对象的复杂性，其节点设计时需要综合考虑多种控制因素及边界条件[10-11]。

因此，高速公路市政化改造需要综合分析设计指标的设置及其适应性。

2交通节能与环保第19卷
1项目概况及市政化改造的必要性
1.1 项目概况
本项目位于石家庄市复兴大街，自北向南涉及正定县、石家庄主城区及栾城区。

复兴大街（新元高速）于1987年12月通车，建成初期为京港澳高速公路（G4）新乐市至元氏县的旧线路；2021年10月，新元高速石家庄北收费站至石家庄南收费站段正式更名为“复兴大街”。

复兴大街（新元高速）市政化提升改造工程道路全长约11.7公里，其中正定段（石家庄北收费站至安济路）长5.8公里，栾城段（南三环至石家庄南收费站）长5.9公里。

道路等级为双向8车道布设的城市快速路，设计速度100km/h，采用城-A级汽车荷载。

主要建设内容包括道路、桥梁、交通、绿化、亮化及附属设施配套工程。

1.2 市政化改造的必要性
城市快速发展更新的同时，城市功能和路网布局亟待优化调整[12]。

首先，通过市政化改造破除原有高速公路对城市空间的割裂，提升城市对外出行条件[13]；其次，市政化改造是拉大城市格局，为主城区与新区构建快速联系通道，促进城市各区域一体化发展，加强都市区交通连接、产业协作及协同发展的需要[14]；最后，复兴大街市政化改造对于优化城市空间布局，提升城市综合形象，建设国际化、现代化绿色花园城市，发挥石家庄区位交通优势，具有十分重要的意义。

综合而言，高速公路市政化改造建设已经刻不容缓。

2高速公路市政化改造设计指标
2.1 平面设计
复兴大街正定段（石家庄北收费站—安济路）道路平面包括主线和匝道设计。

2.1.1 主线
本项目属于旧路拟合，为确保路基段拟合精准，最大化对既有工程进行利用，平面线形设计结合实际测量成果进行路线拟合。

主线设置2个交点，圆曲线半径最大值为8 900m，最小值为1 465m，按照拟合精确度分为两段。

（1）拟合段（K0 + 000～K4 + 600）
该段起于K0 + 000，终点至K4 + 600，长约4 600m，拟合后本段平面线形误差在50mm以内的路段占路线全长的64.5%，误差在50～100mm的路段占路线全长的14.8%。

（2）调整段（K4 + 600～K5 + 800）
该段起于K4 + 600，终点至K5 + 800，长约1 200m，因该段拟合后误差在200mm以上，且位于安济路桥梁改造段，属于新建段落，因此对原有平面线位进行重新调整。

2.1.2 匝道
根据交通转换需求，结合快速路出入口设置原则，本范围内共设3对出入口，平均间距1 450m，分别为义慧路上下匝道、崇因路上下匝道及安济路北侧上下匝道，均采用平行匝道形式，匝道线位与主线平行，以保证车辆进出主线的效率。

2.2 纵断面设计
复兴大街正定段（石家庄北收费站—安济路）道路纵断面分为旧路拟合段和新建抬升段。

2.2.1 旧路拟合段
旧路拟合段纵断面设计以拟合现状高速为主，同时考虑被交路下穿情况，整体高差控制在5cm以内，拟合效果良好。

具体桩号为：K0 + 000～K0 + 860、K1 + 580.665～K2 + 056.380、K2 + 780.057～K3 + 614.611、K4 + 415.086～K5 + 360，总长3 115.183m。

2.2.2 新建抬升段
新建抬升段主要为桥梁段的纵断面抬升，具体段落如下：
（1）跨长宁路纵断面抬升范围K0 + 860～K1 + 580.665，最大抬升高度H = 2.853m，长度720.665m；
（2）跨义慧路纵断面抬升范围K2 + 056.380～K2 + 780.057，最大抬升高度H = 3.995m，长度723.677m；
（3）跨崇因路纵断面抬升范围K3 + 614.611～K4 + 415.086，最大抬升高度H = 4.734m，长度800.475m；
（4）跨安济路纵断面抬升范围K5 + 360～K5 + 800，最大抬升高度H = 1.19m，长度440m。

正定段主线纵断面设竖曲线15处，最大纵坡2.3%，最小纵坡0.02%，最小坡长253.659m，最小凸形曲线6 500m，最小凹形曲线8 300m。

匝道起点顺接主线临界纵坡，终点接现状道路高程或规划道路预留高程，设置纵坡最大值3.8%，最小值0.3%，同时满足最小坡长要求，设置纵坡最小凸形竖曲线半径2 000m，纵坡最小凹形竖曲线半径3 200m。

由于道路纵断为拟合现状道路，为减少工程造价，
第6期 张雄伟等，高速公路市政化改造设计指标适应性研究 3
避免浪费，纵坡无法满足0.5%快速路最小坡度要求，雨水通过设置的2%横坡进行排放，在凹形竖曲线和纵坡过小的路段，减小急流槽设置间距以加强排水。

2.3 横断面设计 2.
3.1 主路标准横断面
（1）路基段标准横断面
采用双向八车道，路基宽度 = 0.75m （土路
肩）+ 0.5m （路缘带）+（2 × 3.5m + 2 × 3.75m ）（机动车道）+ 0.5m （路缘带）+ 2.0m （中央隔离带）+ 0.5m （路缘带）+（2 × 3.5m + 2 × 3.75m ）（机动车道）+ 0.5m （土路肩）+ 0.75m （土路肩）= 34.5m 。

路面横坡和路肩横坡分别为2%和3%。

路基段标准横断面如图 1所示。

图1 标准横断面路基段示意图（m ）
Fig.1 Schematic diagram of standard cross section subgrade section (m)
（2）桥梁段标准横断面
采用双向8车道，桥梁跨径 = 0.5m （护栏）+ 0.75m （路缘带）+（2 × 3.5m + 2 × 3.75m ）（机动车道）+ 0.75m （路缘带）+ 0.5m （护栏）+ 0.5m （分幅间距）+ 0.5m （护栏）+ 0.75m （护栏）+ 0.5m （护栏）（机动车道）+ 0.75m （路缘带）+ 0.5m （护栏）= 34.5m 。

桥面横坡2%；
路面横坡在标准路段为2%，坡向两侧，在超高路段为3%，坡向单侧；路肩横坡在标准路段为3%，坡向两侧，在超高路段为3%，坡向单侧。

2.3.2 匝道标准横断面
匝道标准横断面宽度 = 0.75m （土路肩）+ 0.5m （路沿带）+ 2 × 3.5m （机动车道）+ 0.5m （路沿带）+ 0.75m （土路肩）+ 0.75m （挡墙）= 10.25m 。

匝道路面横坡与路肩横坡分别为2%和3%，坡向单侧。

2.4 超高设置
主线和匝道超高旋转轴分别为中央分隔带外侧
边缘和道路中心线，超高渐变率均以线性方式变化。

在正定段圆曲线半径1 465m 处设置超高，超高缓和段为175m ，超高横坡设置为3%。

该段主线相对应的安济路上下匝道分流鼻端处也进行超高设置。

2.5 出入口设计 2.5.1 出入口布设方案
项目范围内按路网规划和交通转换需求，分别在义慧路北侧、崇因路南侧、安济路北侧设置3对出入口，平均间距为1 450m 。

采用平行式出入口匝道形式，根据立交及出入口间距分析，由于崇因路至安济路出入口不满足最小设置间距，为保证交通转换功能，在崇因路至安济路主线交织路段设置辅助车道贯通。

出入口布设方案如图 2所示。

图2 出入口布设示意图
Fig.2 Layout
diagram of entrance and exit
4交通节能与环保第19卷
2.5.2 加减速车道设计
出入口均采用双车道匝道形式，其中入口设置为单车道出入以保证主线通行效率。

在互通匝道出入口设置渐变段和变速车道，出口匝道宽度渐变率1∶25～1∶15、减速车道130m、渐变段60m；入口匝道宽度渐变率1∶40～1∶20、加速车道210m、渐变段60m。

匝道出入口加减速车道设计如图 3所示。

图3 匝道出入口加减速车道设计图（m）
Fig.3 Design of Acceleration and Deceleration Lanes for Ramp Entrances and Exits (m) 3设计指标适应性分析
3.1 参数选取
特征年：根据城市快速路等级确定交通量预测期
限20年，选取建成后第1、5、10、20年作为特征年。

峰值小时流量比：通过对沿线流量的调查和相关
统计资料，确定峰值小时流量占全天总量的9%～
13%，并选取各特征年峰值小时流量比为11%。

方向不均匀系数：根据石家庄市道路交通量调查
统计结果，复兴大街交通量预测道路方向不均匀系数
取0.53。

3.2 交通预测方法和流程
城市道路交通量预测需要对区域路网进行整体分析，基于居民出行、城市格局及土地利用等综合情况，以达到准确的预测结果[15]。

从横向视角来看，城市道路的通行对沿线区域路网交通流量及交通环境进行重新优化；从纵向角度分析，城市道路的改造对城市更新及区域发展产生深远影响[16-17]。

因此，交通预测需要在城市建设完整、市政设施完善、居民出行稳定的条件下进行宏观与微观结合的交通流量预测。

本项目使用TransCAD作为预测工具，对拟建道路采用四阶段预测法进行交通量预测研究[18]。

依据人口、土地、交通、经济、社会等现状调查资料对交通区域进行划分，并建立交通模型；根据城市用地规划及经济发展预测等方式确定交通生成量；通过重力模型分析得出该地区交通量的分布；区分不同运输方式后确定机动车流量；采用均衡分配的方法得出最终交通量预测结果。

道路交通量预测流程如图 4所示。

图4 道路交通量预测流程图
Fig.4 Road traffic volume forecast flowchart
3.3 交通预测结果及适应性分析
（1）主线断面交通量
通过交通量预测可知，复兴大街北段主线断面交通量在未来一定使用年限内主要来自京昆线等城市外部组团，以中长距离到发交通为主，交通量等级达到重度。

复兴大街主线断面交通流量预测如表 1所示。

表1 复兴大街主线断面交通流量预测表（pcu/h）Tab.1 Traffic flow forecast of main section of fuxing street
(pcu/h)
路段第1年第5年第10年第20年京昆线—多宝路 3 500 4 836 5 974 7 147
多宝路—安济路 3 604 4 981 6 152 7 361
加权平均交通量 3 595 4 969 6 137
7 343
第6期张雄伟等，高速公路市政化改造设计指标适应性研究5
（2）主要立交节点交通量
复兴大街北段主线立交节点为多宝路与安济路，两个节点主要以南北向直行交通为主，东西向交通量次之，其中多宝路与安济路节点转向交通量均较小，约为复兴大街主线直行交通量的10%～15%。

主要立交节点交通流量预测如图 5、图 6所示。

图5 复兴大街与多宝路立交节点交通流量预测图Fig.5 Traffic flow forecast at interchange nodes of Fuxing Street
and Duobao Road
图6 复兴大街与安济路立交节点交通流量预测图Fig.6 Traffic flow forecast at interchange nodes of Fuxing Street
and Anji Road
根据服务距离预测结果，复兴大街承担5公里以内的交通出行量约占18%，5～10公里的交通出行量约占36%，10～30公里的交通出行量约占33%，30公里以上的长距离交通约占13%。

其中通过复兴大街经市区过境的交通约占6%，表明复兴大街主要承担石家庄中心城区对外组团的交通，以中长距离到发交通为主。

目前石家庄市区三环内已禁止大货车通行，由于长距离小客车从出行耗时和通行费率比较来看，路径选择受通行费率的影响较小。

因此，复兴大街市政化改造后，从京港澳高速转借复兴大街纯过境通行的交通量并不会增加，其设计指标能够适应未来使用年限内的交通出行量，保证道路通行的质量和效率。

4结语
随着都市区一体化进程的加快，城市空间进一步扩张，为了促进周边组团与主城区一体化发展，将产生巨大的交通连接转换需求。

城市不断发展更新使得城区范围内高速公路与市政道路高效连接迫在眉睫，高速公路市政化改造正是解决这一问题的重要举措，因此，高速公路市政化改造将成为城市更新建设的重点。

本文以石家庄市复兴大街市政化改造项目为例，重点对道路平面、纵断面、横断面、超高设计及出入口匝道布设等道路工程设计指标进行组合设置研究，并使用TransCAD作为预测工具，对拟建道路采用四阶段预测法进行交通量预测研究，模拟预测了主线断面交通量和相关道路交叉节点交通量，结果显示复兴大街市政化改造后，从京港澳高速转借复兴大街纯过境通行的交通量并不会增加，其设计指标能够适应未来使用年限内的交通出行量，保证道路通行的质量和效率。

验证了市政化改造道路工程设计指标的适应性，为今后更多的高速公路市政化改造工程提供理论和实践依据。

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（下转第21页）
第6期张凯等，复兴大街市政化改造工程交叉口设计探析21
人行过街横道长度大于16m时（不包括非机动车道），或虽小于16m但需加强过街安全时，应设置行人过街安全岛。

安全岛宽度不宜小于2m[1]。

人行横道与非机动车过街设施应连续、平整、防滑，并满足无障碍通行需求等相关要求，且应设置配套的标志标线。

3.7 交叉口竖向设计
交叉口竖向设计的优劣影响行车安全、舒适性，不合理的交叉口竖向设计会导致路面积水。

新建交叉路口竖向设计时，应将凹曲线设置在交叉口范围外，避免路口积水[7]；交叉口范围内，纵坡不宜过大，也不应小于0.3%，以免导致排水不畅。

交叉口竖向设计一般根据两条相交道路的设计中线高程进行深化设计，从而确定出每个象限内，每个转角边高程和最低点的位置。

辅路与规划路交叉时，为方便后期规划路与辅路衔接，应对规划路进行拉坡设计，设计指标应与规划路等级和时速相匹配。

辅路与既有道路交叉时，应拟合旧路竖曲线，保证辅路与既有路平顺衔接。

交叉口竖向设计时，为保证人行道的连续性，应将路口最低点设置于交叉口范围外或设置于每个象限转角的中点处，并在最低点设置雨水口。

复兴大街交叉口竖向设计图如图 4所示。

图 4 复兴大街交叉口竖向设计图
Fig.4 Vertical design of Fuxing street intersection 4结语
社会和经济的高速发展对城区内高速公路市政化改造项目提出的要求逐渐提高，交叉口设计的好坏又对城区与快速路的联系起着直接的作用，道路交叉口不仅是一个道路网的节点，也是一个地方的门户，体现道路设计品质的高低。

城市道路的设计要与地方特色相结合，根据当地情况进行设计，不仅要去解决当地交通问题，同时也要考虑是否能将沿线的土地、生态环保、景观绿化进行有效的连接。

可持续发展的现代城市发展观念对城市道路设计、交叉路口设计，提出了更高的要求，要体现“以人为本”的设计理念，同时交叉口应具备更人性化的设计要求，保证行人、行车安全性的同时还应集通行、商业、社交、休憩等功能于一体。

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