高速公路改擴(kuò)建是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其中的關(guān)鍵技術(shù)研究對(duì)改擴(kuò)建工程的順利實(shí)施、積累相關(guān)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)有著重要意義。青銀高速公路寧東至銀川段(簡(jiǎn)稱“寧銀段”)對(duì)橫斷面布置、路線優(yōu)化調(diào)整、樞紐互通立交改造等若干創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行研究,研究結(jié)論對(duì)我國(guó)十車道以上的高速公路擴(kuò)建方案提出了新的理念和方法。

  激活能源大通道
  青銀高速公路寧東至銀川段(以下簡(jiǎn)稱“寧銀段”)是寧夏自治區(qū)首府銀川市通往寧東能源化工基地唯一的高速公路,是連接寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)和寧東、陜西榆林、內(nèi)蒙古鄂爾多斯能源“金三角”的運(yùn)輸大通道。寧銀段的改擴(kuò)建對(duì)貫徹落實(shí)國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略部署,提升國(guó)家公路運(yùn)輸大通道的通行能力和服務(wù)水平,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展,加快寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)和能源“金三角”建設(shè)、提升寧夏對(duì)外開(kāi)放水平具有重要意義。
 
  舊路現(xiàn)狀
  寧銀段舊路原稱銀古公路,于1994年建成,采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬度23米。20 01年至20 03年,舊路按高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改擴(kuò)建,采用雙側(cè)加寬方式。其中,古窯子至石壩段采用對(duì)向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬度26米;石壩至銀川段采用對(duì)向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),路基寬度35米。
 
  舊路現(xiàn)狀總體運(yùn)營(yíng)狀況正常,各類設(shè)施基本滿足使用要求,但也存在著部分設(shè)施老化、破損情況。沿線路基基本穩(wěn)定,個(gè)別路段路基沉降、邊坡有沖溝。路面狀況良好,存在裂縫、車轍、坑槽等病害。橋梁技術(shù)狀況較好,二類以上橋梁占96%,存在部分混凝土構(gòu)件裂縫、支座老化等情況。
 
  交通量
  根據(jù)2011年交通量資料,全線交通量平均為30332輛/日,其中石壩至銀川段為51610輛/日;預(yù)測(cè)2036年設(shè)計(jì)交通量為79006輛/日,其中石壩至銀川段為97275輛/日,貨車比例約為40%。
 
  技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)建方案
  根據(jù)預(yù)測(cè)交通量和現(xiàn)有高速公路狀況,全線按高速公路標(biāo)準(zhǔn)改擴(kuò)建,設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)。起點(diǎn)至石壩段采用雙側(cè)加寬整體式路基方案,對(duì)向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。石壩至鳴翠湖段采用分離式路基方案,新建一幅五車道,利用現(xiàn)有公路作為另一幅,形成對(duì)向十一車道高速公路。鳴翠湖至終點(diǎn)段采用雙側(cè)加寬整體式路基方案,對(duì)向十車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)。

  多車道橫斷面布置
  左側(cè)硬路肩設(shè)置
  硬路肩主要功能包括緊急情況停車、支撐路面結(jié)構(gòu)、提高視距等。受土地條件制約,國(guó)內(nèi)高速公路一般在行車道右側(cè)連續(xù)設(shè)置硬路肩,沒(méi)有設(shè)置左側(cè)硬路肩的先例。《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(J T G 1301-2003)規(guī)定八車道高速公路宜設(shè)置左側(cè)硬路肩,其寬度應(yīng)為2.5米。美國(guó)相關(guān)規(guī)范要求六車道及以上左側(cè)硬路肩至少3.0米以上。
 
  多車道(指單向多于四車道)高速公路由于路幅較寬,車輛橫向移動(dòng)需要更多距離和時(shí)間。例如對(duì)于未設(shè)左側(cè)硬路肩的單向五車道高速公路,位于第1車道失去動(dòng)力的故障車輛要移至右側(cè)硬路肩,需穿過(guò)4條車道,存在途中停在行車道上的可能,是極其危險(xiǎn)的。因此,多車道高速公路設(shè)置左側(cè)硬路肩是必要的。

  路面橫向排水
  多車道斷面由于水流距離大、匯水滯留時(shí)間長(zhǎng),路面橫向排水問(wèn)題尤為突出。參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究,路面橫向排水有單向和雙向兩種方式。單向排水方式的優(yōu)點(diǎn)是施工方便,左側(cè)可不設(shè)排水設(shè)施,缺點(diǎn)是流水下方行車道行車安全性差;雙向排水方式的優(yōu)點(diǎn)是橫向排水距離大大縮短,行車安全好,缺點(diǎn)是路面施工難度大。
 
  位于降水量較大地區(qū)的多車道高速公路,應(yīng)認(rèn)真研究路面排水問(wèn)題,優(yōu)先選擇雙向排水方式。寧銀段所在地區(qū)降水少,可采用單向排水方式。
 
  五車道橫斷面方案研究
  寧銀段部分路段存在五車道橫斷面,現(xiàn)行規(guī)范中缺少相關(guān)規(guī)定,研究階段提出了3種橫斷面布置方案進(jìn)行研究、比較。
 
  方案一:路基寬度2 4.2 5米,橫斷面布置為0.75m土路肩+3m右側(cè)硬路肩+5×3.75m行車道+1m左側(cè)硬路肩+0.75m土路肩。該方案采用現(xiàn)行規(guī)范中分離式路基的思路,設(shè)置1米寬左側(cè)硬路肩。
 
  方案二:路基寬度2 4米,橫斷面布置為0.7 5 m土路肩+3 m右側(cè)硬路肩+2×3.75 m行車道+0.75 m路緣帶+3×3.75m行車道+0.75m左側(cè)路緣帶。該方案按車型分車道行駛布置,內(nèi)側(cè)三個(gè)車道專供客車行駛,外側(cè)兩個(gè)車道供貨車行駛,第3、4車道中間設(shè)0.75米路緣帶,未設(shè)置左側(cè)硬路肩。
 
  方案三:路基寬度2 4.75米,橫斷面布置為0.75m土路肩+3m右側(cè)硬路肩+4×3.75m行車道+3.5m行車道+2.5m左側(cè)硬路肩。該方案根據(jù)技術(shù)規(guī)范有關(guān)規(guī)定,增設(shè)左側(cè)硬路肩,最內(nèi)側(cè)行車道寬度采用3.5米。
 
  以上三個(gè)方案中,方案一和方案二由高速公路常規(guī)橫斷面延伸而來(lái),未考慮由于車道數(shù)增加可能帶來(lái)的交通安全問(wèn)題,占地和投資均較;方案二也是多車道斷面常見(jiàn)的布置型式,設(shè)于小型車和大型車之間的緩沖區(qū)可提高行車安全性;方案三雖然投資大、占地多,但行車安全性明顯提高,有條件的情況下應(yīng)采用。
 
  多車道橫斷面的發(fā)展
  隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和交通量增長(zhǎng),在城市出入口、城市群之間會(huì)有多車道高速公路的建設(shè)需求,因此有必要開(kāi)展多車道高速公路的科研和實(shí)踐。以上的分析表明,隨著車道數(shù)的增加,單幅多車道的交通安全、路面排水等問(wèn)題越來(lái)越突出,因此,長(zhǎng)距離高速公路不宜采用單幅多車道的橫斷面型式。根據(jù)美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),多車道高速公路可采用同向分幅布置型式,即在同一行車方向設(shè)置側(cè)分隔帶,可作為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)參考。
 
  路線優(yōu)化設(shè)計(jì)
  交通安全評(píng)價(jià)
  交通安全評(píng)價(jià)采用基于動(dòng)態(tài)步長(zhǎng)的累計(jì)頻率曲線法,并進(jìn)行人工改進(jìn),從中篩選出事故黑點(diǎn),通過(guò)人工分析事故黑點(diǎn)產(chǎn)生的原因,以及和設(shè)計(jì)的關(guān)系,提出改進(jìn)建議。
 
  2010年到2012年,寧銀段共發(fā)生交通事故452起,其中寧東至銀川方向共發(fā)生交通事故248起,銀川至寧東方向共發(fā)生交通事故204起。交通事故率是寧東至銀川方向2.12起/公里/年,銀川至寧東方向是1.75起/公里/年,總的交通事故率是3.87起/公里/年。交通事故率在全國(guó)范圍內(nèi)相對(duì)較低。
 
  路線優(yōu)化調(diào)整
  引起交通事故的原因是多方面的。研究分析表明,交通事故的數(shù)量隨著交通量的增長(zhǎng)而增長(zhǎng),交通量的增長(zhǎng)和服務(wù)水平的降低是事故增長(zhǎng)的主要原因;交通事故多由超速、超載、駕駛不當(dāng)?shù)热藶橐蛩卦斐,與道路條件不具有明顯相關(guān)性。寧銀段設(shè)計(jì)中根據(jù)交通安全評(píng)價(jià)結(jié)論,對(duì)1個(gè)路段路線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
 
  K1475至K1476+300段平縱面指標(biāo)
  K1475至K1476+300段位于寧東樞紐互通立交范圍,路線平面為直線接半徑450 0米的圓曲線,縱斷面為0.2 87%下坡接0.478%上坡,凹形豎曲線半徑為49000米,再接0.409%下坡,凸形豎曲線半徑為41620米。路段內(nèi)均為正常路拱2%,未設(shè)置超高。
 
  交通事故分析
  該路段2010年至2012年共發(fā)生交通事故19起,屬于事故多發(fā)段落,其中左幅發(fā)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顯的傾向性。
 
  分析認(rèn)為,該路段交通事故多發(fā)主要原因是樞紐互通立交范圍車輛流入流出較頻繁,車輛速度差異較大,交通標(biāo)志多;右幅交通事故明顯多于左幅可能和曲線外側(cè)未設(shè)置超高有關(guān),而車輛實(shí)際運(yùn)行速度較大。
 
  路線設(shè)計(jì)優(yōu)化措施
  為合理控制工程規(guī)模、減少施工交通干擾,改擴(kuò)建工程一般不宜調(diào)整主線平面線位,設(shè)計(jì)采取的優(yōu)化措施是維持平面線位不變,右幅增設(shè)2%超高。同時(shí),加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)計(jì),主線車輛限速100公里/小時(shí),出口匝道設(shè)置分級(jí)限速標(biāo)志。
 
  多幅斷面互通立交設(shè)計(jì)
  互通立交現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)交通量
  石壩樞紐互通立交位于黃河?xùn)|岸,緊鄰黃河大橋,是連接銀川市區(qū)、機(jī)場(chǎng)和濱河新區(qū)的重要交通節(jié)點(diǎn),F(xiàn)狀互通立交由兩部分組成,石壩互通立交采用B型單喇叭形,實(shí)現(xiàn)青銀、銀西兩條高速公路的交通轉(zhuǎn)換,臨河互通立交采用A型單喇叭形,實(shí)現(xiàn)銀西高速公路和省道203線連接。
 
  現(xiàn)有互通立交由兩個(gè)單喇叭形互通立交組合而成,樞紐和服務(wù)型交通混行,互通立交間距小,車輛運(yùn)行交織長(zhǎng)度短,服務(wù)水平較低,難以適應(yīng)未來(lái)交通增長(zhǎng)需求。該互通立交設(shè)計(jì)總轉(zhuǎn)向交通量為87273輛/日,主交通流銀川往返機(jī)場(chǎng)方向交通量為34219輛/日。
 
  石壩互通立交設(shè)計(jì)方案
  由于石壩互通立交改擴(kuò)建涉及互通立交升級(jí)改造、城市規(guī)劃、主線車道數(shù)變化等復(fù)雜因素,提出了3個(gè)方案進(jìn)行研究比較,均采用對(duì)角環(huán)形匝道的變異苜蓿葉形。
 
  方案一的主要特征是被交路采用左、右兩幅分離式路基,共8條轉(zhuǎn)向匝道,其中機(jī)場(chǎng)至銀川匝道接入主線右線右幅(該路段主線為三幅,其中右線分左、右兩幅)。方案二同樣采用被交路采用左、右兩幅分離式路基,但設(shè)9條轉(zhuǎn)向匝道,其中機(jī)場(chǎng)至銀川方向采用雙匝道分別接入主線右線左幅和右幅。方案三則選擇了被交路采用整體式路基,共9條轉(zhuǎn)向匝道,其中機(jī)場(chǎng)至銀川方向采用雙匝道分別接入主線右線左幅和右幅。
 
  經(jīng)過(guò)綜合比較,方案一主交通流匝道行車清晰便捷,繞行距離短,工程規(guī)模適當(dāng),避免匝道左側(cè)合流,推薦方案一。
 
  寧銀段舊路交通事故發(fā)生的原因是多方面的,超速、超載、駕駛不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厥侵饕蛩兀臄U(kuò)建可通過(guò)改善道路幾何條件、加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)減少交通事故發(fā)生。多幅斷面的互通立交改建涉及因素較多,應(yīng)圍繞交通管理方式、施工期交通組織方案、工程規(guī)模等因素進(jìn)行多方案綜合比選,左側(cè)合流對(duì)交通安全影響較大,不宜采用。
 
  多車道高速交通組織管理、緊急救援、路面排水、除雪等更為復(fù)雜,應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目具體情況深入研究橫斷面布置,長(zhǎng)距離宜分幅布置。