山区高速公路改扩建设计实践

摘要 随着我国经济的持续发展，部分早期建成的山区高速公路改扩建也成为一项重要和紧迫的任务。文章以广东省汕梅高速公路改扩项目为研究背景，针对山区高速公路提速改扩建过程中遇到的技术难题，通过对整个工程设计方案的分析，总结了山区高速公路改扩建的原则、思路和相关技术方案，并提出了相应的解决方案，以期为后续同类型项目提供技术参考。

关键词 山区高速；提速扩建；总体设计；安全改善设计

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）24-0076-03

0 引言

汕昆高速公路揭阳新亨至梅州畲江段及梅汕高速公路梅州程江至畲江段（以下简称“汕梅高速”）改扩建作为广东省内的首条山岭重丘区高速公路改扩建项目，在省内尚无成熟的技术经验可以完全套用与直接借鉴。该文首先分析了山区高速公路改扩建的现状和存在的问题，然后针对性地提出了改扩建的总体原则和总体方案，以及基于安全、均衡性的改扩建具体技术方案等。研究成果可为类似工程提供有益参考，以促进我国山区高速公路改扩建技术的发展。

1 项目概况

汕梅高速是《广东省高速公路网规划（2020—2035年）》中“纵二线”的组成部分。项目改扩建里程约87.375 km，现状为双向四车道，揭阳枢纽至丰顺互通段采用100 km/h的设计速度，其余段落采用80 km/h设计速度，路基宽度分别有23 m、24.5 m、26 m三种。老路在2001—2005年期间分5段建成通车，建设年代早，附城互通至畲江段位于山岭重丘区，技术指标低，货车占比高，路段运营舒适性和安全性较差，交通事故多发，已成为制约经济发展的交通瓶颈路段，亟待进行改建扩容。

2 项目改扩建特点及难点

与平原区高速公路的改扩建项目相比，山岭重丘区高速公路存在其独有的特点[1]。汕梅高速项目的特点、难点主要可概括为以下几个方面：

（1）改扩建走廊狭窄。区域地形起伏大、地质条件复杂，铁路、电力、油、气管道走廊与老路并行。

（2）旧路标准低。受早期经济技术条件限制，老路平纵指标低；同时相比新标准、规范，老标准、规范的指标低；老路事故黑点多。

（3）填挖规模大。山岭重丘区路段的扩建及新建高边坡共33段，其中边坡高度大于50 m的有13段。

（4）桥隧占比高。山区路段桥隧占比为46%，桥梁断面、结构类型及跨径、桥台型式多样，拼接难度大，隧道标准低，扩挖风险高。

（5）控制因素多。沿线涉铁、涉洪、军事区、杆管线，环境敏感点多。

（6）保通要求高。沿线经济发达，交通流量大，货车占比高，同时区域路网单一、分流条件差，需考虑采用双四的保通方式，施工期间保安全、保畅通压力大。

3 项目改扩建技术标准

结合项目老路的相关特点，工可研究阶段从建设条件、老路指标、行驶安全、速度协调性、工程规模等方面对技术标准进行详细论证。最终推荐项目全线采用双向八车道的高速公路标准进行改扩建，设计速度为100 km/h（原隧道则维持80 km/h），整体式路基宽度为42 m，分离式路基宽度为20.75 m，桥涵设计汽车荷载等级采用公路－Ⅰ级。

在初步设计阶段，项目组对既有隧道是否提速进行了专题研究。

（1）既有隧道如提速，需对既有隧道进行断面扩挖，以包络现行规范100 km/h的建筑限界。扩挖方案采用周边扩挖，其中既有隧道拱墙最大外扩140 cm，仰拱外扩99 cm，工程规模大、施工风险高。

（2）既有隧道若不提速，隧道内轮廓满足原规范80 km/h的技术标准，但不满足现行规范80 km/h的技术标准，如要满足现行规范要求，则需降低隧道内路面标高10 cm，应对现有路面结构进行全部挖除；同时，由于路面高程变化，还需对洞口接线的桥梁高程进行调整，工程规模较大。参考《公路隧道设计规范 "第一册 "土建工程》（JTG 3370.1—2018）17.4.2规定“隧道改建，当技术和经济条件限制时，可采用原有技术标准”，因此经过综合考虑，既有隧道最终维持了原80 km/h的技术标准。

4 总体改扩建方案研究

4.1 改建设计原则

（1）规范性原则。高速公路路线方案设计的主要目的是保障工程项目安全经济，因此应严格遵循相关规范标准，有效规避各种安全隐患。

（2）安全选线原则。路线方案比选应注重安全选线，合理选用技术指标，优化改善既有公路的平纵面线形，处治既有公路的病害和隐患，消除事故黑点，保证公路施工及后期运营的安全。

（3）老路利用原则。尽可能地利用老路，灵活运用技术指标，在保证行车安全的前提下，可适当降低技术标准，提高老路利用率。

（4）指标协调原则。平面线形应舒展连续，指标大小均衡。

（5）地质选线原则。在路线布设时，应结合区域地质条件，避免地质灾害，保障运营安全。

4.2 总体改扩建方案

国内高速公路改扩建常用的改扩建方式一般包括双侧增建、单侧增建、全幅增建、立体扩建等形式。而双侧增建细分为双侧拼宽、双侧分离，单侧增建细分为单侧拼宽、单侧分离。不同项目的改扩建方式不能一概而论，应根据老路运营状况、两侧建设条件、行政审批难度、施工期保通要求、工期等因素综合确定[2]。相比平原区以两侧拼宽为主的扩建方案，山岭重丘区高速公路因地形地质复杂、走廊狭窄、原路技术指标低、原路扩建难度大、代价高等因素，采用单侧拼宽、单侧分离的方案居多。此次设计采用单侧分离增建、局部分离新建的方案，占路段全长的97.45%。

5 基于安全、均衡的改扩建路线设计

路线指标的选取关系旧路利用率、通行安全、保通的便利及总体的工程规模，对改扩建总体方案起到至关重要的作用[3]。

5.1 既有高速路线指标的分析与评价

（1）改扩建设计应采用运行速度对以下路段线形进行检验，特殊路段则需进行现场实际运行速度的调查：

1）平、纵面指标变化大的路段。

2）受条件限制，采用平、纵面指标低限值的路段。

3）平、纵面线形组合有异议的路段。

4）交通事故多发路段。

（2）通过对既有道路事故原因的分析，结合运行速度检验，需改善视距和路线几何指标。

1）长直线后接小半径圆曲线是需要改善的线形。

2）在连续上坡或下坡路段，平面线形应避免出现急剧变化，尤其是下坡终点，应避免长直线或大半径接小平曲线半径。

3）连续上下坡加S弯路段，其平纵配合不协调，需进行改善。

5.2 路线平面指标的合理选用

（1）项目对于设计速度为80 km/h且一般值R=400 m及以下的圆曲线半径，应考虑提速后能否继续利用。设计从平曲线指标、超高值、纵断面指标、平纵组合、构造物分布、运行速度分析、事故率分析、通行能力及服务水平、指标提升后增加的建设成本等方面进行综合的技术经济论证，推荐R=650 m以下的圆曲线半径均不予以利用，而R≥650 m的圆曲线半径在提速后则可考虑利用。

分离增建段完全按设计速度100 km/h选用圆曲线半径，在挖方、桥梁规模增加不大或并行油气管线无须迁改的情况下，均应选用R＞1 100 m以上的圆曲线半径，以满足左偏圆视距要求。若R＞1 100 m的选用导致切山体、挖方边坡较高、增设桥梁规模大或油气管线迁改较长，则应减小圆曲线半径使路线适应地形地势，选用

700 m≤R≤1 100m的圆曲线半径时应做好视距加宽设计。

（2）改扩建路段平面线形拟合同向曲线间，不宜采用短直线连接，而宜调整成单曲线或复曲线。插入的直线长度（m）应尽可能按设计速度（km/h）的6倍以上为宜，如果条件受限则可按设计速度（km/h）的4倍以上。

（3）隧道洞口连接线应与隧道洞口内线形相协调，隧道洞口内外侧各3 s设计速度行程长度范围的平、纵面线形应保持一致。特殊困难路段，经技术经济比较论证后，洞口内外平曲线可采用回旋线，但应增加线形诱导设施。

5.3 路线纵面指标的合理选用

（1）最大纵坡值的采用和分析在山区高速公路的改扩建设计中至关重要。早期修建的山岭重丘区高速公路的设计速度大多为80 km/h，规范纵坡最大值为5%；为节省工程造价，早期山岭段纵坡的最大采用值为4.5%～4.8%。对于提速扩建项目，最大纵坡值的选取需结合项目特点、现状车辆实际运行速度、老路事故多发原因等进行综合分析[4]。

结合项目事故原因分析，该项目纵坡值较大路段的事故均高发，特别是平纵指标均较低的路段。上坡路段主要原因是重载货车爬坡运行速度远低于期望速度，实际仅达到40～55 km/h，部分车辆实际运行速度甚至低于40 km/h；又由于项目载重车辆的占比较高，货车占比接近50%，其占用内侧车道缓慢行驶或突然变道，极易发生追尾、碰擦等交通事故。下坡路段主要是因为纵坡较大，车辆实际运行速度超过设计速度，易引发追尾事故，同时直线接小偏角平曲线加大纵坡极易引起撞击中央护栏的事故，同时圆曲线超高不足也易引起侧翻及撞护栏事故等。

提速扩建后，老路由双向四车道扩建为双向八车道后，通行能力显著提升，由于该项目货车占比较高，无法完全实现客货分离。因此，此次设计对现状老路纵坡较大路段进行了优化调整，一般路段应尽量采用较小的平均纵坡，必要时不大于3%，上坡路段宜尽量避免采用最大4%的纵坡。

5.4 超高的合理取值

老路运营多年，横坡可能不规则，特别是遇到超高段位于大型桥梁构造物段时，建议结合横向力系数计算超高值，而横向力系数的最大值建议取0.05～0.06，原则上应尽量维持原有横坡值。

5.5 停车视距的保证

该项目设计速度为100 km/h，因货车在交通量中占比较大，为安全起见，应用货车的停车视距进行视距验算。整体式路基段可通过内移中分带护栏、加宽左侧路缘带的方式满足停车视距要求；分离式路基段路侧为波形梁护栏，仅能通过加宽左侧路缘带方式满足停车视距要求。

6 安全改善具体设计

6.1 同向分离路段，既有老路横断面布设

该项目老路横断面有23 m、24.5 m、26 m三种断面，对于单侧分离新建路段，既有老路变同向行驶且路基段取消中央分隔带后，应优先考虑调整老路横坡；桥梁段受桥梁原有结构、造价等因素的影响，需结合项目实际情况具体分析，可考虑采用以下方案：

（1）优先考虑采用单幅整体断面的方案，可采用中分带护栏拆除、老桥两幅悬臂刚接，其中半幅桥结合实际情况顶升调整横坡，从而与另外半幅横坡对应一致；如对既有结构安全影响较大，可考虑采用半幅桥梁上部拆除、下部利用的方案，与另外半幅拼接后，形成横坡一致的整幅桥梁，从而提高行车安全性。

（2）对于隧道群路段，桥梁利用方案应结合既有隧道群进行综合考虑，可将隧道分幅路段进行延长，将既有路基、桥梁中分带护栏拆除，内侧两车道保持线形连续，二、三车道间设置2.25 m的中间带，施画标线，禁止车辆跨越行驶，标线位置不另外设置软隔离设施，而外侧三、四车道则采用1∶100渐变率进行线形过渡。

（3）对于中分带宽度较宽的桥梁，应考虑保留中分带护栏，不调整横坡，桥梁前后段按分离线形予以设计。

6.2 既有隧道的改造设计

该项目既有隧道均采用单侧增建，将导致既有隧道中的一个洞需调整行车方向。既有长隧道洞身设置了车行横洞及紧急停车带，调整行车方向后，需增设新的紧急停车带并对车行横洞进行改造。其中，将既有紧急停车带扩挖为新紧急停车带，根据扩挖位置不同又分为单侧扩挖和一侧扩挖、另一侧回填两种情况。

针对既有紧急停车带一侧扩挖、另一侧回填形式，根据既有紧急停车带断面尺寸，以及扩挖、回填的跨度，基于最大程度保护利用既有衬砌结构，应控制扩挖过程中对围岩的扰动。同时，将临时支护与永久支护相结合，综合考虑施工及运营安全，通过设置斜撑竖向减跨，减小施工过程中的沉降变形，并确定非对称受力条件下的衬砌结构参数及合理的施工工序，创新提出既有隧道紧急停车带“同步扩填”的新型工法。

6.3 超宽路面排水

山区高速路线平面指标较低，大部分属于超高路段；扩建为八车道后，汇水面积及排水路径加长，需注重受限条件下八车道路面的综合排水。根据国内目前研究，雨后路面车辆侧滑主要有以下两种成因：

（1）当路面排水路径较长时，若产生的水膜厚度超过5 mm，高速行驶车辆易产生侧滑。

（2）当路面产生不均匀分布的积水，在径流深度小于胎面花纹深度（7 mm）的条件下，深度差大于6 mm时会出现侧滑；当径流深度大于胎面花纹深度时，深度差超过4 mm时会出现侧滑。

结合广东地区的特点，该项目路面排水设计方案主要考虑如下情况[5]：

（1）对主线合成坡度不大于0.7%或排水路径大于50 m的路段，均设置排水路面。

（2）对于排水路径大于50 m的“抛物线形”路段的中部、凹曲线底部两侧及长大纵坡段，应结合排水路径长度、预估水膜厚度合理设置一道或多道横向UHPC倒Ω形排水槽，桥面利用伸缩缝止水带或增设桥面专用UHPC排水槽。

（3）设置排水路面的路段边坡，应采用平缘石硬化土路肩并增设纵向路肩边沟，顺接坡面急流槽进行排水。

（4）桥面及外侧设有混凝土护栏的路段，应在汇水侧边部预留矩形边沟（10 cm×4 cm）。一般路段桥梁泄水孔间距按3 m设置，缓和曲线、凹曲线底部、路面加宽等特殊路段的泄水孔应加密至2 m。

（5）针对互通立交段落分合流渐变段，应在三角带范围内设置带孔盖板式矩形混凝土集水沟用于排水。

7 结语

在此次改扩建设计的过程中，基于安全改善的方案突出了运行安全思想，灵活运用设计指标。对全线历年发生的安全事故进行了梳理，找出事故多发路段并进行重点研究，分析原因，采取有效的技术措施以改善原有道路的行车安全性。在方案设计过程中充分考虑视距要求，重视平纵组合的合理性，以及线形指标的连续性、均衡性。充分利用现有老路，结合施工期间交通组织，合理布设路线方案。该文中论述的具体方案可为山岭重丘区高速公路的改扩建设计提供参考借鉴。

参考文献

[1]赵胜林，许刚，袁晓寅.山区高速公路路线设计基本思路及选线方法的研究[J].公路交通科技（应用技术版）， 2011（1）：38-43.

[2]于宏明.山区高速公路总体及选线设计实践[J].山西交通科技， 2012（3）：32-34.

[3]黄治炉.山区高速公路总体设计与应用研究[D].西安：长安大学， 2010.

[4]李洪修.山区高速公路总体设计方法及技术指标[D].西安：长安大学， 2008.

[5]华设设计集团股份有限公司.汕昆高速公路揭阳新亨至梅州畲江段及梅汕高速公路梅州程江至畬江段改扩建工程两阶段施工图设计[R].南京， 2022.