福银高速公路闽侯鸿尾路段扩容方案比选与确定_宋瑞宽.pdf

福建交通科技2023年第1期福建省山区高速公路建设，由于受地形地质条件制约，同时出于工程造价考虑，早期大多采用80 km/h的设计速度。随着社会经济的发展以及交通量的增长，将陆续对既有高速公路进行扩容。近年来伴随着车辆性能的提升，以及司乘人员对高速公路快速行车的期待，扩容工程除了车道数增加，还需同步考虑设计速度的提升，这无疑给高速公路扩容工程提出新的更高要求。为了更有效地解决问题，设计人员在平面扩容的基础上，提出了立体扩容的思路，为高速公路扩容工程方案选择提供更大空间。1工程概况京台高速公路是福建省交通运输主动脉，其中建瓯至闽侯段于2015年建成通车，连接福建省浦城、建瓯、古田、闽清、闽候等内陆县市。近年来随着社会经济的蓬勃发展，道路沿线的交通量持续增长，京台高速公路承受的交通服务压力不断加大，拟建京台高速公路复线延平至闽侯段（以下简称“拟建项目”），见图1。拟建项目有利于缓解现有京台高速公路的交通压力，实现对京台高速公路交通量的有效分流、应急互补，进一步完善路网结构，促进山海经济联动发展。拟建项目路线起点位于南平市延平区洋后镇附近，通过改造既有的中洋枢纽互通与京台高速公路、南平联络线高速公路衔接，于闽侯埕头村附近与福银高速公路衔接，随后沿福银高速原位扩建至白龙枢纽附近。拟建项目新建段长71.6 km，扩建段长20.1 km，路线总长91.7 km。图1项目地理位置示意图福银高速公路闽侯埕头至白龙枢纽路段对既有高速公路进行扩容，原路双向4车道扩建为双向8车道，原路设计速度80 km/h提升为100 km/h。其中福银高速公路闽侯鸿尾路段（以下简称“本路段”）受地形、隧道、互通节点等因素制约，扩容方案极为复杂，本研究对该路段扩容方案进行分析与探讨。2问题分析2.1本路段道路现状鸿尾路段K297+200K300+960（设计桩号）的路线纵断面布设，见图2。该路段主要构造物有：（1）鸿尾大桥830 m；（2）鸿尾1号隧道长380 m，为小净距隧道，隧道段平面半径1 500 m，纵坡为-0.4%；（3）鸿尾2号隧道长325 m，为小净距隧道，隧道段平面半径1 600 m，纵坡为2.6%；（4）鸿尾互通布设于两座隧道中间，互通区主线平面半径为1 200 m，纵断为3.8%。本路段既有高速的正射影像，见图3。摘要为了使高速公路扩容工程总体方案与项目沿线建设条件更吻合，设计人员在平面扩容的基础上，逐步提出了立体扩容的思路。以福银高速公路闽侯鸿尾路段扩容工程为例，探讨平面扩容、立体扩容，以及平面与立体相结合的扩容型式，对多方案进行综合比较，选定最合适的工程方案。关键词高速公路扩容工程方案探讨路线隧道互通福银高速公路闽侯鸿尾路段扩容方案比选与确定宋瑞宽（福建省交通规划设计院有限公司，福州350004）1FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期图2鸿尾路段纵断面布置图图3鸿尾路段正射影像图2.2扩容面临的主要问题福银高速公路闽侯鸿尾路段，现状老路及扩容工程面临的主要问题分析如下：（1）福银高速2003年建成通车，由于地形起伏，高差大，该路段既有高速纵坡大；（2）福银高速新增鸿尾互通于2019年建成通车，鸿尾互通布设于鸿尾1号隧道、鸿尾2号隧道之间，受条件制约，互通布置局促。该互通不论采取原位改建还是移位重建，花费的代价都不小，需作进一步研究；（3）既有2座隧道均为小间距隧道，现行设计规范对隧道限界做出新的规定，如何解决隧道的扩容是一大难题；（4）既有隧道洞口与互通出入口间距，不能满足高速常规扩容要求，须寻求新的解决方案；（5）扩容工程将设计速度由80 km/h提升为100 km/h，将对互通区平纵面线形指标、隧道口超高横坡值、隧道限界指标、隧道口距互通出入口的距离等提出了更高要求1；（6）最大程度利用既有工程，少占用永久基本农田和耕地、少拆迁，节约工程造价；（7）福建省高速公路扩容工程，要求全天候24 h双向4车道保通，为项目建设增添难度。3解决思路针对扩容工程需解决的主要问题，提出几种解决思路，见表1。表1高速路段扩容的主要思路主要思路主要特点及优势存在不足是否进行方案研究平面扩容对既有高速在同一平面进行4扩8，有利于施工保通，能较充分利用既有工程，属于常规的扩容，符合司乘人员习惯增加拆迁数量，占地面积较大是立体扩容在既有高速的单侧或两侧架设桥梁、在原路下方开挖隧洞、在原隧道上方开挖路基等，能更灵活避让地物以及既有高速构造物的制约，既有高速利用为双向或单向通行扩建部分互通落地困难，基本需增加互通匝道规模是原位扩容+互通移位重建不考虑互通的设置，先完成主线路基及隧道的扩容，方案相对简单互通移位重建废弃工程量大，社会影响不好，新的互通选址困难否新建主线+原主线利用为匝道新建主线，按扩容相关要求布设主线平纵面，布设自由度大新建主线工程规模大，原主线利用为互通匝道，存在一定浪费否4方案分析与比选本路段主要研究鸿尾1号隧道、鸿尾互通、鸿尾2号隧道段既有高速公路扩容方案，由于受制约因素较多，按平面扩容和立体扩容的不同扩建思路，布设了3个工程方案进行比选2。4.1方案14.1.1方案布设方案1采用平面扩容的全隧道方案，见图4。在既有鸿尾1号隧道左侧新建单洞5车道隧道（匝道并入主线隧道），既有鸿尾2号隧道右洞2车道扩为4车道，以上2个隧洞之间尽可能利用既有路基进行拼宽改建，前后顺接组成扩容工程主线左幅。既有鸿尾1号隧道左洞2车道扩为4车道，既有鸿尾2号隧道右洞右侧新建4车道单洞，以上2个隧洞之间基本新建路基，前后顺接组成扩容工程主线右幅。既有鸿尾1号隧道右洞、鸿尾2号隧道左洞作为匝道隧道使用。鸿尾互通匝道在原有标高层结道路工程2福建交通科技2023年第1期合主线改造而调整3。方案1鸿尾1号隧道段的横断面布置，见图5；方案1鸿尾2号隧道段的横断面布置，见图6。图4方案1平面布置图图5方案1鸿尾1号隧道扩建断面布置图图6方案1鸿尾2号隧道扩建断面布置图4.1.2方案特点优点：（1）平面扩容左右幅基本处于同一平面，有利于施工保通，有利于互通改扩建，视觉效果更好，更符合司乘人员行车习惯；（2）既有鸿尾1号隧道右洞、鸿尾2号隧道左洞利用为互通匝道隧道，解决互通出入口离隧道口间距不足问题；（3）结合地形条件，通过适当抬高鸿尾1号隧道左幅单洞的标高，合理降低两隧道之间下坡路段的纵坡值，满足设计要求，提高行车安全性及舒适性。不足：（1）由于受地形条件、隧道间距等制约因素影响，左右幅线位之间间距偏大，项目建设占用土地面积增加；（2）由于邻近隧道，B匝道需与主线左幅4车道并行穿越鸿尾1号隧道后才能完成主线合流，导致隧道需采用5车道单洞的断面型式，工程造价高，实施风险大；（3）新建右幅4车道鸿尾2号隧道，进口段存在浅埋偏压情况。4.2方案24.2.1方案布设方案2以平面扩容与立体扩容相结合的思路布设，见图7。鸿尾1号隧道既有右洞（2车道）原位扩挖为4车道单洞，左洞原位利用为匝道隧道；鸿尾2号隧道既有右洞（2车道）原位扩挖为4车道单洞，左洞原位利用为匝道隧道，左半幅互通基本利用，以上为扩容工程主线左幅的基本情况。扩容工程主线右幅，采用单侧分离方式在既有高速右侧新建单向4车道，设计标高比既有高速高出1520 m，在鸿尾1号隧道顶右侧采用明挖路基通过，在鸿尾互通主线段设置桥梁跨越，在鸿尾2号隧道顶右侧采用明挖路基通过。鸿尾互通右半幅由于设计标高和平面位置均调整，需拆除重建。方案2鸿尾1号隧道段扩建方案横断面布置，见图8；方案2桥梁路段扩建方案横断面布置，见图9。图7方案2平面布置图图8方案2鸿尾1号隧道段扩建方案示意图图9方案2桥梁路段扩建方案示意图4.2.2方案特点优点：（1）既有鸿尾1号隧道、鸿尾2号隧道左洞均利用为互通匝道隧道，解决鸿尾互通左幅出入口离隧道口间距不足问题；（2）在既有鸿尾1号隧道、鸿尾2号隧道右侧，采用新建4车道明挖路基3FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期(下转第27页)方式穿越，解决鸿尾互通右幅出入口离隧道口间距不足问题；（3）右幅无隧道，平纵线形布设更灵活，平面贴近左幅布设，减少占地面积。不足：（1）纵面抬高，两隧道改为挖方路基，路基之间全部架设桥梁，工程量较大；（2）鸿尾互通右半幅受主线平纵影响，需拆除重建，社会影响较大；（3）主线左、右幅不在同一高层面，增加施工保通难度。4.3方案34.3.1方案布设方案3按平面扩容和立体扩容相组合，从互通交通组织较优的角度进行布设，见图10。左幅利用现状福银高速公路双向4车道改造为单向4车道。鸿尾1号隧道既有双洞原位扩挖为单洞4车道，鸿尾2号隧道既有双洞原位扩挖成单洞5车道。右幅采用在既有福银高速右侧新建单向4车道，抬高纵断在鸿尾1号隧道顶右侧采用明挖路基穿越，鸿尾互通主线段设置桥梁，在既有鸿尾2号隧道右侧新建四车道单洞。方案3鸿尾1号隧道段扩建方案横断面布置，见图11；方案3鸿尾2号隧道段扩建方案横断面布置，见图12。图10方案3平面布置图图11方案3鸿尾1号隧道段扩建方案示意图图12方案3鸿尾2号隧道段扩建方案示意图4.3.2方案特点优点：（1）结合互通左幅匝道的分合流，鸿尾1号隧道扩挖为单洞4车道，鸿尾2号隧道扩挖成单洞5车道，互通交通组织较优；（2）最大程度利用两隧道之间的路基工程。不足：（1）鸿尾2号隧道既有双洞原位扩挖成单洞5车道，工程造价高，施工风险大；（2）鸿尾互通右半幅需拆除重建，社会影响较大；（3）主线左、右幅不在同一高层面，施工保通难度较大。4.4方案比选通过以上分析，3个工程方案主要要素及指标对比，见表2。综合各方面比较，方案2合理可行，造价相对低，作为推荐方案，其BIM效果见图13。表2扩容工程方案分析、比较序号内容方案1方案2方案31扩容方案平面扩容平面扩容+立体扩容平面扩容+立体扩容2工程规模桥隧比例高，造价高右幅无隧道，造价低桥隧比较低，造价适中3保通难度可利用老路保通，左右幅标高相当，交通转换便利可利用老路保通，左右幅存在高差，通过前后路段转换交通可利用老路保通，右幅需设置钢便桥，需通过前后路段转换交通4施工难度既有隧道为小净距，其中一个洞扩挖对另一个洞存在一定的影响既有隧道为小净距，其中一个洞扩挖对另一个洞存在一定的影响既有双洞扩挖为4车道及5车道单洞，施工风险高5征地拆迁总占地少，但右幅与老路距离较大，新增用地较多新建右幅基本在老路用地范围内，征地拆迁少占地面积较大6归纳总结最大程度利用现有老洞，新增用地占用多，造价高充分利用老路，节省用地，交通组织合理，综合最优交通组织较优，但施工难度较大道路工程4福建交通科技2023年第1期图13方案2 BIM效果示意图5工程适应性分析本路段通过各种扩容方案比较，对于推荐的方案2，对其工程适应性分析如下：（1）既有鸿尾1号隧道、鸿尾2号隧道，左洞均利用为匝道隧道，右洞2车道均扩挖为4车道，满足现行设计规范对隧道限界的要求；（2）左幅按照设计速度由80 km/h提升为100 km/h的标准，完成对既有老路平纵横的改造；右幅按照100 km/h的标准新建4车道；（3）鸿尾互通，左幅2条匝道利用既有鸿尾1号隧道、2号隧道左洞穿越，右幅2条匝道接明挖路基，解决隧道口与互通出入口距离不足问题；（4）既有鸿尾互通，左幅2条匝道完全利用，右幅配合主线新修2条匝道，工程方案可行，工程规模合理；（5）较好利用既有工程，新建右幅桥梁段基本位于老路用地范围内，征地拆迁少，工程造价相对低；（6）利用既有高速保通，先修建右幅4车道，待右幅修建完毕进行交通转换，后把老路改造为左幅4车道，施工交通组织方案合理。6结语“十四五”期间，福建省开展新一轮的高速公路扩容工程建设。随着扩容项目建设条件复杂性的提升，以及借助扩容时机，达到消除既有高速局部存在的行车安全隐患、合理提升既有高速的行车速度等目标，对高速公路扩容工程提出新的更高要求。为了实现目标，设计必须采取更加灵活、更加丰富的扩容手段和方式，设计人员应在原有平面扩容的基础上，积极学习和摸索立体扩容的思路及方法，探讨平面扩容与立体扩容相结合的扩容型式。福银高速