复合式高速公路改扩建设计方法研究_赵文博.pdf

高度城市化地区经济社会发展迅速，交通量快速增长，多数高速公路已无法满足使用需求，需要进行扩容，但却受到城市规划、建筑管线、轨道交通等因素的限制，往往无新廊道可选，只能原址扩建。当交通量需求大，需扩建至10车道以上时，根据JTGD202014公路工程技术标准1规定，应采用内外幅分离的复合式断面的布置形式。欧美发达国家公路建设较早，后期为适应交通量需求的增长，不断进行扩容，进而建设了一系列多车道复合式公路，部分学者2-8针对复合式高速公路交通组织管控措施等进行了研究，但对其设计并没有细致全面的规定，且建设时期较早，建设条件收稿日期：2022-11-29基金项目：海南省交通科技项目（JT20170898007）作者简介：赵文博，男，工程师，硕士，主要从事路线总体、立交设计工作。引文格式：赵文博，杨梦柔.复合式高速公路改扩建设计方法研究 J.市政技术，2023，41（3）：108-114.（ZHAO W B，YANG M R.Study onexpansion design of a composite expressway J.Journal of municipal technology，2023，41（3）：108-114.）文章编号：1009-7767（2023）03-0108-07第41卷第3期2023年3月Vol.41，No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.108Journal of Municipal Technology复合式高速公路改扩建设计方法研究赵文博*，杨梦柔（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075）摘要：梳理了复合式高速公路改扩建设计的一般思路，并依托广州市北环高速沙贝至广清段改扩建工程，根据 OD 交通量现状特征与预测结果，从车道功能划分、交通组织布局、立交节点优化等方面进行了交通组织设计；根据周边控制因素和工程现状影响情况，结合工程的可行性，对双侧桥、中间桥、北侧桥 3 个方案的总体扩建方式进行了论证。最终认为，双侧桥设计方案最佳，其预测的末年主线及匝道服务水平均在三级以上，可以妥善解决路段交通拥堵问题，且项目内部收益率高于社会折现率，经济效益较好。关键词：复合式高速公路；改扩建设计；交通特征；交通组织设计；总体扩建方式中图分类号：U 412.366文献标志码：AStudy on Expansion Design of A Composite ExpresswayZhao Wenbo*，Yang Mengrou（CCCC First Highway Consultants Co.，Ltd.，Xi an 710075，China）Abstract：This paper combs general ideas of reconstruction design of the composite expressway.Based on the expan-sion project of Shabei-Guangqing section of Guangzhou North Ring Expressway，according to the current character-istics and prediction results of OD traffic volume，the traffic organization design is carried out from the aspects oflane function division，traffic organization layout and interchange node optimization；According to the surroundingcontrol factors and the influence of the current situation and the feasibility of the project，the overall expansionmethods of the three schemes of the bilateral bridge，the middle bridge and the north side bridge are demonstrated.Finally，the design scheme of the bilateral bridge is considered to be the best，both the predicted service level of themain line and ramp in the last year are more than Level 3，which can properly solve the traffic congestion problem.The internal rate of return is higher than the social discount rate，and the economic benefit is better.Key words：composite expressway；reconstruction design；traffic characteristics；traffic organization design；gen-eral extensive mode第3期与国内差异大，其设计方法并不适合国内环境。国内复合式高速公路扩建以台湾省中山高速公路最早，即1997年10月五股至杨梅段约20 km扩建完工，2013年4月汐止至杨梅段约40.7 km扩建完工。大陆地区仅在10年前开始尝试建设，如深圳水官高速公路、南京机场高速公路的起点至翠屏山段等，但里程均较短，并未积累出太多的成熟经验。近些年复合式高速公路扩建项目逐渐增多，国内学者9-16也开始对复合式高速公路的客货分离模式和通行能力分析等方面进行研究，并结合实际工程对多车道高速公路的断面组成、扩建方式、互通布局、转换匝道布设等设计原则及指标等进行了探讨，为复合式高速公路的设计提供了理论支撑与实践经验。2021年11月复合式高速公路设计规范（征求意见稿）对外征求意见，标志着复合式高速公路的设计与建设正在不断地规范化。总体来说，复合式高速公路改扩建设计方法在国内仍处于探索阶段，因此笔者依托广州市北环高速公路改扩建项目，选取交通量大、转向特征明显、控制因素多的沙贝至广清段作为研究对象，对其交通组织模式和总体扩建方式的设计流程与方法进行阐述，以期为同类项目提供参考。1复合式高速公路改扩建设计思路与常规高速公路改扩建思路不同，复合式高速公路车道较多，同向车道出现分隔，道路环境发生巨大变化，导致交通组织设计更为复杂，如车道功能的划分、交通流的分配、转向匝道的取舍都是交通组织设计需要解决的问题。另外，由于内外幅车道的分离，使扩建方式的选择更为灵活多样，如分离式路基、单侧桥、双侧桥、中间桥、隧道等。因此需结合项目特点和周边控制因素，逐一论证，择优选取。复合式高速公路改扩建设计一般思路见图1。图1复合式高速公路改扩建设计思路Fig.1 Reconstruction design ideas of composite expressway2项目概况广州市北环高速公路西接广佛、西环高速公路，东连广深、东环高速公路，是广州市环城高速公路S81、广佛高速公路S15的重要组成部分，也是广州市城区北部重要交通干线，全长21.652 km，设计时速100 km/h、双向6车道（沙贝至广清段为双向8车道）标准；设有浔峰洲、沙贝、广清、广花、广园、沙河、岑村、黄村等8处互通立交。北环高速公路作为广州市中心城区最内侧高速环线，沿线城镇化程度高，交通量大，拥堵严重，并以沙贝至广清段最甚；时常的拥堵给市民出行带来较大不便，也制约了城市的发展。因此，对北环高速公路沙贝至广清段进行改扩建尤为迫切。3交通特征分析与预测结果3.1交通特征分析北环高速公路2021年联网收费数据显示，2021年全段日均车流量42万辆，平均断面交通量达到14.2万pcu/d，其中沙贝至广清段断面流量共计23.05万pcu/d，为全段最大。根据OD数据对沙贝至广花段交通特征分析可知：广佛高速公路单向进入北环高速公路的交通经广清互通转出占比50.1%，经广清互通和广花互通转出合计占比71.4%；西环高速公路单向进入北环高速公路的交通经广清互通转出占比68.8%，经广清互通和广花互通转出合计占比94.2%；在所有转向交通中，以西转北方向为主，合计占比约36.6%。可见，北环高速公路沙贝至广清赵文博等：复合式高速公路改扩建设计方法研究109Journal of Municipal Technology第41卷段的交通具有“西进西出”的特征，主要为佛山、金沙洲片区经北环高速公路与清远、机场片区的交通转换。因广清至广花段两侧限制因素多，无扩建条件，因此笔者仅对沙贝至广清段扩建进行研究。3.2交通量预测与技术标准拟定利用TransCAD处理软件，采用“四阶段”法对OD交通量数据进行分析，预测出2046年沙贝至广清段转向交通量，其结果见图2。图22046年沙贝至广清段预测转向交通量（pcu/d）Fig.2 Forecast of traffic diversion from Shabei to Guangqing in 2046由图2可知，预测的远期互通转向分布特征与现状一致。其中北环高速公路沙贝至广清段预测交通量为26.76万pcu/d，至少需要14车道才能满足三级服务水平需求。交通量预测与车道数计算见表1。表1交通量预测与车道数计算表Tab.1 Traffic volume prediction and lane number calculation table路段交通量/（pcu/d）CrN2N双向车道数广佛高速公路沙贝以西段西环高速公路沙贝以南段北环高速公路沙贝至广清段206 697132 830267 6411 6001 6001 6005.353.616.9910.697.2213.97128144主要控制因素与工程现状评价4.1主要控制因素该项目控制因素呈现出高度城市化地区所特有的种类繁多、交织密集等特征。控制因素归纳梳理主要包括：环境敏感类、交通类、建筑类等，并按照其协调难度和影响程度进行分类整理。其中涉及一级水源保护区、征拆启雅幼儿园为重要控制因素，需要优先协调解决；周边100 m范围以内的高层小区、极有可能拆除的低层民房、通航河道以及跨武广高铁等为次重要控制因素，需加强协调；其余为一般控制因素，拟定方案时应尽量考虑。主要控制因素影响分析见表2。4.2工程现状评价4.2.1主线沙贝至广清段旧路平纵面指标较好，能满足现行设计规范100 km/h的指标要求，改扩建无需改造旧路平纵面。沙贝至白坭河桥段采用双向8车道标准断面，总宽度41.5 m，中央分隔带宽3 m，若立体层跨越主线，则设墩空间不足，需要加宽。4.2.2互通枢纽沙贝互通枢纽部分为B型单喇叭，匝道上跨北环高速公路，向西南衔接广佛高速公路；利用单喇叭主匝道外侧与地方道路衔接的进出口，主要服务于沙贝片区。其中广佛往返北环匝道为主交通流向，但因受制于立交早期建设的形式，设计速度仅110第3期表2主要控制因素影响分析表Tab.2 Impact analysis table of main control factors控制因素与项目关系初判方案重要程度环境敏感类轨道交通类市政交通类建筑类一级水源保护区白坭河卫生河武广高铁地铁6号线地铁13号线环洲五路环洲四路金沙洲路增槎路广大附中金沙中学金沙洲社区保利春天里金沙洲医院广附实验学校元邦明月金岸启雅幼儿园横沙村民房松北村民房穿越，且无法避让三级航道，上跨上跨隧道下穿桥梁上跨隧道下穿北侧并行，最小间距约9.8 m，在沙贝立交处采用通道下穿南侧并行，最小间距约10.3 m桥梁上跨路基下穿北侧约75 m南侧约55 m南侧约50 m北侧