考虑远期快速化需求的山区都市圈环线高速公路断面研究

张金龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

都市圈环线高速公路是指连通以辐射带动功能强的大城市及以上城市为核心、以核心城市的辐射距离为半径所形成的联系紧密区域[1]的环线高速通道。山区都市圈环线高速公路具有走廊稀缺、桥隧规模大、造价高、建成后改扩建困难、沿线土地资源珍贵、沿线城镇化水平相对高、远期随着城市交通占比的增高主要功能可能发生转变等特点。JTG B01-2014《公路工程技术标准》从适应一定时期内的交通需求，并兼顾投资、结构物等使用年限角度规定高速公路设计交通量预测年限为20年[2]。从公路设计角度出发，公路功能和标准要求的20年预测交通量是技术标准选择的重要依据；从公路运营角度出发，不论采用何种投融资模式，收费期20年或30年或地方通过回购提前收回，最终的趋势是收费到一定年限后取消收费，此时，交通量已增长到一定程度，其改扩建预计有2种方式，①维持高速运行，仅是取消收费站收费，不作功能改变；②转变道路功能，进行快速化改造以提高交通容量，作为城市的快速道路系统使用。维持高速运行时，在规范要求的服务水平下，适应的交通量增长有限，通行能力不足问题会逐步显现，而高速快速化可通过增加车道数来提高通行能力，是比较好的选择。

国外欧美国家主要从主动交通管理的角度提出在高峰时段将硬路肩作为临时车道使用，通过这种方式提高道路通行能力以缓解高峰拥堵，通行能力可提高约15%～25%[3-4]。国内相关研究从利用有限资金解决大容量交通的角度提出过右侧硬路肩改为慢车道的“四改六”28 m的断面[5]；研究认为该类准六车道高速公路的通行能力为常规六车道的90%左右，高出常规四车道通行能力的20%～30%[6]。硬路肩作为车道使用，即准六车道的做法在一定程度上牺牲了硬路肩的救援通道功能及减弱了紧急停靠功能，从安全性及合规性角度，存在一定争议。从已有经验来看，山区高速公路受制于地形地质条件、大型构造物、城市规划、征拆等因素难以实现原路改扩建。所以，如何在前期投入增加不大且合规的情况下为远期高速公路快速化提供可能，统筹近远期断面是本文的重点研究内容。

1 断面布设原则

1)统筹近远期原则。高速公路的断面主要由车道、硬路肩、土路肩、路缘带、中央分隔带等部分组成[7]；城市快速路的断面主要由机动车道、中间分车带(含分隔带、两侧路缘带)、侧向净宽度、保护性硬路肩等部分组成[8]。近期作为高速公路使用的基本断面宽度远期可直接用作快速路的断面，只需要通过划线方式就能实现断面组成的转变。

2)合规性原则。无论是近期高速公路的断面，还是远期城市快速路的断面，均应符合现行标准、规范的要求，或者取用更偏于安全的宽度。

3)经济性原则。建设期一次性投入比常规断面的造价增加不多，后期通过划线增加车道或设置紧急停车带等增加较少投资的方式即可实现功能的转变。

4)适用性原则。在城市规划层面，公路沿线用地条件良好，有连片发展趋势，开发价值高，这也是高速公路功能转变为城市快速路的有利条件。在工程层面，桥隧比例高意味着代价大，特别是隧道占比大的路段通常地形条件差、可开发用地少，从经济效益和社会效益角度出发，应选择适用的断面。

5)适当超前原则。从已建成的靠近城市规划区的高速公路来看，经多年发展建设，很多城市规划区已突破高速向外拓展，将高速公路包覆其中，而在规划中未考虑预留高速的改扩建条件，致使出现设计条件不足或因征拆量大、协调困难、社会影响大而放弃改扩建的情况。

所以，山区都市圈环线高速公路宜结合功能定位、城市规划、交通量预测等因素适当超前选用技术标准。

2 断面布设方案

以桐梓至新蒲高速公路(以下简称“桐新高速”)为依托，对断面布设方案进行研究。桐新高速[9]是遵义市都市圈高速环线的重要组成路段，其中的绥阳至新蒲段靠近城市规划区，路段长约28 km，隧道占比约29%，根据交通量分析，20年的预测交通量约3.5万pcu/d，30年的预测交通量约5万pcu/d，结合沿线城市规划及预测交通量，在该段提出常规四车道、常规六车道、加宽硬路肩的四车道三类断面方案，并进行综合比较。

2.1 常规四车道断面(方案一)

根据JTG D20-2017《公路路线设计规范》，车道宽度3.75 m，左侧路缘带宽度0.75 m，中央分隔带宽度取2.0 m，右侧硬路肩宽度3.0 m，土路肩宽度0.75 m，整体式断面总宽度26.0 m。常规四车道断面示意图见图1。

图1 常规四车道断面示意图(单位：cm)

2.2 常规六车道断面(方案二)

与常规四车道断面相比，其在组成内容上相同，仅是车道数增加，整体式断面总宽度33.5 m。常规六车道断面示意图见图2。

图2 常规六车道断面示意图(单位：cm)

2.3 加宽硬路肩的四车道断面(方案三)

该断面方案的设计思路是首先根据城市道路相关规范按城市快速路布置六车道断面，确定路基总宽度；然后保持路基总宽度不变，硬路肩宽度作为唯一变量，采用反推法，根据公路相关规范，计算四车道的硬路肩最终宽度，得到的断面即为加宽硬路肩的四车道断面。

2.3.1城市快速路的六车道断面

根据CJJ 193-2012《城市道路路线设计规范》，设计速度大于60 km/h时，小客车专用车道宽度为3.50 m，大型车或混行车道宽度为3.75 m，根据路段特点，按1条小客车专用车道和2条大型车或混行车道布置。中间分隔带宽度与公路保持一致，取2.0 m，两侧路缘带宽度为0.5 m；侧向净宽度为0.75 m(含路缘带宽度0.5 m和安全带宽度0.25 m)，保护性路肩宽度为0.75 m。按城市快速路划分的六车道断面宽度为28 m。

2.3.2加宽硬路肩的四车道断面

根据快速化六车道断面28 m宽度，及公路断面各部分取值，经反推计算，得到硬路肩宽度为4.0 m，比常规四车道硬路肩宽度多1.0 m，相应总宽度多2.0 m。隧道采用与路基同宽的断面。加宽硬路肩的四车道与快速化六车道断面对应示意图见图3。

图3 加宽硬路肩的四车道与快速化六车道断面对应示意图(单位：cm)

本文所提出的加宽硬路肩的四车道断面与准六车道断面有所区别：①在运营管理方式上，从建成通车到功能转变为城市快速路之前均按四车道使用，保留硬路肩的应急救援和紧急停靠功能，在此期间特别是适应阶段的后期，加强对硬路肩的使用管理，如加强监控、可变情报板提示、增设禁行指示灯等，禁止驾驶人在正常情况下对硬路肩的违规占用；②在硬路肩宽度上，比常规四车道硬路肩宽度多1.0 m，随着沿线外向型经济的发展，该路段大型货车所占比例将呈上升趋势，考虑到大型货车临时故障停靠硬路肩或应急救援占用硬路肩，将会对相邻车道通行能力和侧向安全产生一定影响，采用加宽的硬路肩可增加行车道侧向余宽和侧向通视条件，减少因临时停靠大型车辆或救援对相邻车道通行能力与安全的影响，所以，加宽硬路肩是更偏安全的选择；③功能转变为城市快速路后，仅需重新施划标线即可改为六车道。

2.4 断面方案比较

2.4.1工程规模及投资

方案三在占地上比方案一多约4.2%，比方案二节省占地约8.5%；方案三在投资上比方案一多约6.9%，比方案二投资节省约18.5%。一般而言，三类断面方案的投资差距与桥隧比有关，桥隧比越大，投资差距越大，但方案三与方案一的投资差比方案三与方案二投资差更小的趋势不会变。从全寿命周期看，虽然方案一前期的建设投资及运营期的维护成本略低，但考虑以后的改扩建费用，其综合成本比方案二更高。

三类断面方案工程量比较表见表1。

表1 三类断面方案工程量比较表

2.4.2通行能力

常规四车道虽然能适应近期交通量的增长，但远期难以满足通行能力和服务水平的要求；常规六车道虽然在近远期的通行能力上满足条件，但是选用标准过于超前，设施闲置，性价比低；加宽硬路肩的四车道在前期投入增加不大的情况下，兼顾了近远期的交通需求，近期是交通量逐渐增长的适应阶段，采用四车道即能满足通行要求，加宽的硬路肩的使用更偏于安全，远期转变为城市快速路功能后，双向六车道快速路最大服务交通量折合成当量小客车的年平均日交通量为60 000～120 000 pcu[10-11]，设计速度100 km/h，三级服务水平下，最大服务交通量可达120 000 pcu/d，是常规四车道高速公路的2.4倍，是常规六车道高速公路的1.7倍，是准六车道高速公路的1.9倍。

2.4.3综合效益

常规四车道虽然前期投入最少，在交通量一定的情况下更有利于吸引社会投资人参与，但远期通行能力不足后，进行四改六或四改八的投资反而最多。常规六车道前期投入最多，且设施未充分使用，经济效益和社会效益较差。加宽硬路肩的四车道前期投入适中，运营期满足交通量增长需求，远期快速化后通行能力增加显著，综合效益最高。

3 结论

1)山区都市圈环线高速公路远期进行快速化改造是提高交通容量的重要途径之一。

2)宜按统筹近远期原则、合规性原则、经济性原则、适用性原则、适当超前原则进行断面布设。

3)加宽硬路肩的四车道断面的确定，可先按城市快速路布置六车道断面，确定路基总宽度，然后保持路基总宽度不变，硬路肩宽度作为唯一变量，采用反推法，根据公路相关规范，计算四车道的硬路肩最终宽度，从而得到加宽硬路肩的四车道断面。

4)加宽硬路肩的四车道断面方案在投资上比常规四车道断面方案多约6.9%，比常规六车道断面方案投资节省约18.5%，投资差距因桥隧比不同而有所差别。

5)加宽硬路肩的四车道断面方案远期快速化后在通行能力上是常规四车道高速公路的2.4倍，是常规六车道高速公路的1.7倍，具有较好的综合效益。

加宽硬路肩的四车道断面为远期转变为城市道路功能、划线为六车道提供了空间，可为交管部门在节假日或平时交通事故等偶发事件中提供更多的应对空间，所以，该断面设计是对山区具备都市圈环线功能高速路段的一种有益探索。