浅析高速公路改扩建的创新技术

高速公路改扩建是一个十分复杂的系统工程，其中的关键技术研究对改扩建工程的顺利实施、积累相关领域经验有着重要意义。

青银高速公路宁东至银川段（简称“宁银段”）对横断面布置、路线优化调整、枢纽互通立交改造等若干创新技术进行研究，研究结论对我国十车道以上的高速公路扩建方案提出了新的理念和方法。

激活能源大通道
青银高速公路宁东至银川段（以下简称“宁银段”）是宁夏自治区首府银川市通往宁东能源化工基地唯一的高速公路，是连接宁夏沿黄经济区和宁东、陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯能源“金三角”的运输大通道。

宁银段的改扩建对贯彻落实国家西部大开发战略部署，提升国家公路运输大通道的通行能力和服务水平，促进区域经济社会协调发展，加快宁夏沿黄经济区和能源“金三角”建设、提升宁夏对外开放水平具有重要意义。

旧路现状
宁银段旧路原称银古公路，于1994年建成，采用一级公路标准，路基宽度23米。

20 01年至20 03年，旧路按高速公路标准进行改扩建，采用双侧加宽方式。

其中，古窑子至石坝段采用对向四车道高速公路标准，路基宽度26米；石坝至银川段采用对向六车道高速公路标准，路基宽度35米。

旧路现状总体运营状况正常，各类设施基本满足使用要求，但也存在着部分设施老化、破损情况。

沿线路基基本稳定，个别路段路基沉降、边坡有冲沟。

路面状况良好，存在裂缝、车辙、坑槽等病害。

桥梁技术状况较好，二类以上桥梁占96%，存在部分混凝土构件裂缝、支座老化等情况。

交通量
根据2011年交通量资料，全线交通量平均为30332辆/日，其中石坝至银川段为51610辆/日；预测2036年设计交通量为79006辆/日，其中石坝至银川段为972 75辆/日，货车比例约为40%。

技术标准和扩建方案
根据预测交通量和现有高速公路状况，全线按高速公路标准改扩建，设计速度100公里/小时。

起点至石坝段采用双侧加宽整体式路基方案，对向八车道高速公路标准。

石坝至
鸣翠湖段采用分离式路基方案，新建一幅五车道，利用现有公路作为另一幅,形成对向十一车道高速公路。

鸣翠湖至终点段采用双侧加宽整体式路基方案，对向十车道高速公路标准。

多车道横断面布置
左侧硬路肩设置
硬路肩主要功能包括紧急情况停车、支撑路面结构、提高视距等。

受土地条件制约，国内高速公路一般在行车道右侧连续设置硬路肩，没有设置左侧硬路肩的先例。

《公路工程技术标准》（J T G 1301-2003）规定八车道高速公路宜设置左侧硬路肩，其宽度应为2.5米。

美国相关规范要求六车道及以上左侧硬路肩至少3.0米以上。

多车道（指单向多于四车道）高速公路由于路幅较宽，车辆横向移动需要更多距离和时间。

例如对于未设左侧硬路肩的单向五车道高速公路，位于第1车道失去动力的故障车辆要移至右侧硬路肩，需穿过4条车道，存在途中停在行车道上的可能，是极其危险的。

因此，多车道高速公路设置左侧硬路肩是必要的。

路面横向排水
多车道断面由于水流距离大、汇水滞留时间长，路面横向排水问题尤为突出。

参照国内外相关研究，路面横向排水有单向和双向两种方式。

单向排水方式的优点是施工方便，左侧可不设排水设施，缺点是流水下方行车道行车安全性差；双向排水方式的优点是横向排水距离大大缩短，行车安全好，缺点是路面施工难度大。

位于降水量较大地区的多车道高速公路，应认真研究路面排水问题，优先选择双向排水方式。

宁银段所在地区降水少，可采用单向排水方式。

五车道横断面方案研究
宁银段部分路段存在五车道横断面，现行规范中缺少相关规定，研究阶段提出了3种横断面布置方案进行研究、比较。

方案一：路基宽度2 4.2 5米，横断面布置为0.75m土路肩+3m右侧硬路肩+5×3.75m行车道+1m左侧硬路肩+0.75m土路肩。

该方案采用现行规范中分离式路基的思路，设置1米宽左侧硬路肩。

方案二：路基宽度2 4米，横断面布置为0.7 5 m土路肩+3 m右侧硬路肩+2×3.75 m行车道+0.75 m路缘带+3×3.75m行车道+0.75m左侧路缘带。

该方案按车型分车道行驶布置，内侧三个车道专供客车行驶，外侧两个车道供货车行驶，第3、4车道中间设0.75米路缘带，未设置左侧硬路肩。

方案三：路基宽度2 4.75米，横断面布置为0.75m土路肩+3m右侧硬路肩+4×3.75m行车道+3.5m行车道+2.5m左侧硬路肩。

该方案根据技术规范有关规定，增设左侧硬路肩，最内侧行车道宽度采用3.5米。

以上三个方案中，方案一和方案二由高速公路常规横断面延伸而来，未考虑由于车道数增加可能带来的交通安全问题，占地和投资均较小；方案二也是多车道断面常见的布置型式，设于小型车和大型车之间的缓冲区可提高行车安全性；方案三虽然投资大、占地多，但行车安全性明显提高，有条件的情况下应采用。

多车道横断面的发展
随着经济社会发展和交通量增长，在城市出入口、城市群之间会有多车道高速公路的建设需求，因此有必要开展多车道高速公路的科研和实践。

以上的分析表明，随着车道数的增加，单幅多车道的交通安全、路面排水等问题越来越突出，因此，长距离高速公路不宜采用单幅多车道的横断面型式。

根据美国等发达国家的经验，多车道高速公路可采用同向分幅布置型式，即在同一行车方向设置侧分隔带，可作为国内设计参考。

路线优化设计
交通安全评价
交通安全评价采用基于动态步长的累计频率曲线法，并进行人工改进，从中筛选出事故黑点，通过人工分析事故黑点产生的原因，以及和设计的关系，提出改进建议。

2010年到2012年，宁银段共发生交通事故452起，其中宁东至银川方向共发生交通事故248起，银川至宁东方向共发生交通事故204起。

交通事故率是宁东至银川方向2.12起/公里/年，银川至宁东方向是1.75起/公里/年，总的交通事故率是3.87起/公里/年。

交通事故率在全国范围内相对较低。

路线优化调整
引起交通事故的原因是多方面的。

研究分析表明，交通事故的数量随着交通量的增长而增长，交通量的增长和服务水平的降低是事故增长的主要原因；交通事故多由超速、超载、驾驶不当等人为因素造成，与道路条件不具有明显相关性。

宁银段设计中根据交通安全评价结论，对1个路段路线进行优化调整。

K1475至K1476+300段平纵面指标
K1475至K1476+300段位于宁东枢纽互通立交范围，路线平面为直线接半径4 50 0米的圆曲线，纵断面为0.2 87%下坡接0.478%上坡，凹形竖曲线半径为4900 0米，再接0.409%下坡，凸形竖曲线半径为41620米。

路段内均为正常路拱2%，未设置超高。

交通事故分析
该路段2010年至2012年共发生交通事故19起，属于事故多发段落，其中左幅发生交通事故3起，右幅16起，右幅交通事故多于左幅，交通事故分布具有明显的倾向性。

分析认为，该路段交通事故多发主要原因是枢纽互通立交范围车辆流入流出较频繁，车辆速度差异较大，交通标志多；右幅交通事故明显多于左幅可能和曲线外侧未设置超高有关，而车辆实际运行速度较大。

路线设计优化措施
为合理控制工程规模、减少施工交通干扰，改扩建工程一般不宜调整主线平面线位，设计采取的优化措施是维持平面线位不变，右幅增设2%超高。

同时，加强交通安全设施设计，主线车辆限速100公里/小时，出口匝道设置分级限速标志。

多幅断面互通立交设计
互通立交现状和设计交通量
石坝枢纽互通立交位于黄河东岸，紧邻黄河大桥，是连接银川市区、机场和滨河新区的重要交通节点。

现状互通立交由两部分组成，石坝互通立交采用B型单喇叭形，实现青银、银西两条高速公路的交通转换，临河互通立交采用A型单喇叭形，实现银西高速公路和省道203线连接。

现有互通立交由两个单喇叭形互通立交组合而成，枢纽和服务型交通混行，互通立交间距小，车辆运行交织长度短，服务水平较低，难以适应未来交通增长需求。

该互通立交设计总转向交通量为87273辆/日，主交通流银川往返机场方向交通量为34219辆/日。

石坝互通立交设计方案
由于石坝互通立交改扩建涉及互通立交升级改造、城市规划、主线车道数变化等复杂因素，提出了3个方案进行研究比较，均采用对角环形匝道的变异苜蓿叶形。

方案一的主要特征是被交路采用左、右两幅分离式路基，共8条转向匝道，其中机场至银川匝道接入主线右线右幅（该路段主线为三幅，其中右线分左、右两幅）。

方案二同样采用被交路采用左、右两幅分离式路基，但设9条转向匝道，其中机场至银川方向采用双匝道分别接入主线右线左幅和右幅。

方案三则选择了被交路采用整体式路基，共9条转向匝道，其中机场至银川方向采用双匝道分别接入主线右线左幅和右幅。

经过综合比较，方案一主交通流匝道行车清晰便捷，绕行距离短，工程规模适当，避免匝道左侧合流，推荐方案一。

宁银段旧路交通事故发生的原因是多方面的，超速、超载、驾驶不当等人为因素是主要因素，改扩建可通过改善道路几何条件、加强交通安全设施设计减少交通事故发生。

多幅断面的互通立交改建涉及因素较多，应围绕交通管理方式、施工期交通组织方案、工程规模等因素进行多方案综合比选，左侧合流对交通安全影响较大，不宜采用。

多车道高速交通组织管理、紧急救援、路面排水、除雪等更为复杂，应结合项目具体情况深入研究横断面布置，长距离宜分幅布置。