劉 崢

(廣西桂鹿高速公路有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

既有高速公路日益增長(zhǎng)的交通量，會(huì)使舊路的交通負(fù)荷日趨嚴(yán)重，因此，對(duì)現(xiàn)有高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建迫在眉睫。改擴(kuò)建高速公路比較重要的一項(xiàng)工作就是核實(shí)原路線線形。由于既有高速公路施工較早，受原有高速公路建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的施工誤差，以及運(yùn)營(yíng)期間荷載作用下產(chǎn)生的不均勻沉降等因素的影響，最終擬合出來(lái)的線位與舊路實(shí)際線位存在一定的偏差。故充分利用老路，并對(duì)原路線平縱面線形擬合是本文的研究重點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

原桂柳高速公路于1997年建成通車(chē)，2000年全線建成，全長(zhǎng)約100 km，為四車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)速度為80～120 km/h，局部路段限速為60 km/h，路基寬度為21.5～24.5 m。該段高速公路通過(guò)二十多年的運(yùn)營(yíng)，路段交通量急劇增長(zhǎng)，其中永福交通量觀測(cè)站2002—2018年交通量年均增長(zhǎng)9.5%，2018年交通量達(dá)25 587輛/d(折合小客車(chē)，下同)，已成為廣西最忙碌的高速公路之一。

由于原桂柳高速公路最初設(shè)計(jì)時(shí)采用汽車(chē)專(zhuān)用公路技術(shù)指標(biāo)，致使局部路段平曲線半徑較小、縱坡較大、設(shè)計(jì)速度偏低、路基寬度較窄、行車(chē)安全得不到保障，且路面承載能力不足、病害較重。同時(shí)，由于局部路段交通量較大(達(dá)31 000輛/d以上)，且大型車(chē)比重較高(折算比重達(dá)48.3%)，以及“桂柳工業(yè)走廊”交通需求增幅逐年增大，道路交通量增長(zhǎng)速度過(guò)快，部分路段已趨飽和，原有高速公路的使用功能、服務(wù)功能已不能滿(mǎn)足沿線經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展需求，有必要對(duì)原高速公路進(jìn)行改擴(kuò)建。

桂柳高速公路改擴(kuò)建工程起點(diǎn)位于三江至桂林高速公路(G65)與桂林繞城高速公路交叉處的桂林西樞紐互通(樁號(hào)為K1 119+789.8)，自北向南展線，經(jīng)桂林西、桂林臨桂區(qū)、蘇橋開(kāi)發(fā)區(qū)、永?？h、波寨、黃冕鄉(xiāng)，止于陽(yáng)鹿高速公路與泉南高速公路交叉的鹿寨北樞紐互通(樁號(hào)為K1 220+415.7)，路線全長(zhǎng)約100 km。本項(xiàng)目將原全線四車(chē)道擴(kuò)建為八車(chē)道，主要以?xún)蓚?cè)直接拼接為主，局部單側(cè)拼接或分離為輔方式進(jìn)行改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h，整體式路基寬度為41.0 m/42.0 m，分離路基寬20.5 m/20.75 m。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)表

2 路線平面擬合

2.1 擬合原理和方法

公路線形由直線、圓曲線和緩和曲線組成。平面擬合過(guò)程中為了保持?jǐn)M合后的平曲線與原有道路中線盡量重合，在平面擬合及誤差分析中，利用機(jī)載雷達(dá)采集兩邊行車(chē)道邊緣4點(diǎn)，對(duì)內(nèi)側(cè)2點(diǎn)中值內(nèi)插進(jìn)行老路中心擬合，并利用外側(cè)2點(diǎn)對(duì)擬合中線進(jìn)行校核驗(yàn)證。平面線形擬合的數(shù)值與實(shí)際測(cè)量數(shù)值之差以≤10 cm為準(zhǔn)[1]。在本次設(shè)計(jì)中，樁號(hào)與原高速公路的樁號(hào)保持一致，再以原有高速公路的竣工圖為依據(jù)，通過(guò)車(chē)載雷達(dá)三維采集技術(shù)，將路面上的線形信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化，以中央分隔帶處2條標(biāo)線(B、C)為主要依據(jù)，對(duì)老路進(jìn)行擬合和誤差分析，最大限度地?cái)M合了舊路的實(shí)際線位。見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 老路寬20.5 m路面白色實(shí)線位置示意圖

圖2 老路寬21.5 m路面白色實(shí)線位置示意圖

2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

本次改擴(kuò)建工程就是利用緯地軟件的平面擬合功能取得直線、圓曲線功能，然后利用路線專(zhuān)家軟件中的交互式布線功能將各個(gè)單元連成一體，取得了良好的擬合效果，使用緯地與路線專(zhuān)家軟件進(jìn)行擬合分析步驟如圖3所示。

圖3 道路線形擬合過(guò)程流程圖

2.3 平面擬合數(shù)據(jù)分析

本次擬合設(shè)計(jì)共分為兩段進(jìn)行平面擬合誤差分析(見(jiàn)表2、表3)，其中第一段為K1 119+789.801～K1 172+894.434，擬合誤差在-0.1～0.1 m的點(diǎn)位約占總點(diǎn)位的98.66%；第二段為K1 172+913.949～K1 220+415.758，擬合誤差在-0.1～0.1 m的點(diǎn)位約占總點(diǎn)位的94.87%。通過(guò)對(duì)兩段的數(shù)據(jù)分析，誤差值基本都控制在10 cm以?xún)?nèi)，故認(rèn)為本次平面線形擬合較好，平面擬合方案具有可行性。

表2 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段平面擬合誤差分布統(tǒng)計(jì)表

表3 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段平面擬合誤差分布統(tǒng)計(jì)表

3 路線縱斷面擬合

3.1 縱坡擬合的設(shè)計(jì)原則

由于舊路在2015年進(jìn)行了路面加鋪工程，考慮到改擴(kuò)建工程需要最大限度利用舊路和降低社會(huì)影響的原則，路線的縱坡擬合要盡量與原路線重合，故對(duì)本次擬合的縱坡精度要求較高。同時(shí)，改擴(kuò)建工程縱面擬合設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮既有線路的平縱組合以及原有結(jié)構(gòu)物(橋梁、通道和涵洞)的縱斷面高程。

道路縱斷面線形由直線和二次拋物線組成。擬合步驟：(1)將采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入公路設(shè)計(jì)軟件中；(2)將采集數(shù)據(jù)全部擬合成連續(xù)直線；(3)在連續(xù)直線中通過(guò)調(diào)整變坡點(diǎn)來(lái)提高擬合縱斷面的精度。在遇到大橋、特大橋等結(jié)構(gòu)物時(shí)，嚴(yán)格以橋梁為控制點(diǎn)，以不再增加恒載為原則[2]。

3.2 縱坡擬合方案

先依據(jù)擬合后路線平面，每20 m逐樁提取行車(chē)道邊緣4點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，根據(jù)橫坡推算原有公路左右側(cè)標(biāo)高，比對(duì)左右幅設(shè)計(jì)高差，確定縱面擬合方案[3]。

根據(jù)每個(gè)斷面所采集的高程數(shù)據(jù)，來(lái)推算既有高速公路左右幅路面頂標(biāo)高。高差統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表4、表5所示，第一段為K1 119+789.801～K1 172+894.434 路段，既有高速公路左右高差≤0.05 m，占90.11%；第二段為K1 172+913.949～K1 220+415.758 路段，既有高速公路左右高差≤0.05 m，占 92.59%。

表4 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段高差統(tǒng)計(jì)分析表

表5 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段高差統(tǒng)計(jì)分析表

通過(guò)對(duì)車(chē)載激光采集的數(shù)據(jù)分析和查閱本項(xiàng)目涉及的“白改黑”竣工資料，K1 147+100～K1 179+250段左右側(cè)標(biāo)高高差較大(高差為 20～30 cm)，因此本段設(shè)計(jì)需對(duì)原有高速公路進(jìn)行分幅縱面擬合，其余路段采用左右設(shè)計(jì)高中值進(jìn)行縱面擬合。

對(duì)激光雷達(dá)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不包括平縱面指標(biāo)調(diào)整及新建段。在K1 119+789.801～K1 172+894.434路段，數(shù)據(jù)點(diǎn)位約有90.11%的點(diǎn)高程值誤差在-0.05～0.05 m，約有95.13%的點(diǎn)高程值誤差在-0.1～0.1 m；在K1 172+913.949～K1 220+415.758路段，數(shù)據(jù)點(diǎn)位約有92.17%的點(diǎn)高程值誤差在-0.05～0.05 m，約有99.09%的點(diǎn)高程值誤差在-0.1～0.1 m。故認(rèn)為本次設(shè)計(jì)縱面擬合效果較好，滿(mǎn)足縱面擬合誤差在10 cm以?xún)?nèi)的要求，與現(xiàn)狀公路縱面線形基本符合，如表6、表7所示。

表6 K1 119+789.801～K1 172+894.434路段縱面擬合誤差分布統(tǒng)計(jì)表

表7 K1 172+913.949～K1 220+415.758路段縱面擬合誤差分布統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別有98.66%、94.87%的平面點(diǎn)位在-0.1～0.1 m誤差范圍內(nèi)，同時(shí)分別有90.11%、92.17%的縱面點(diǎn)位在-0.05～0.05 m的誤差范圍內(nèi)。證明所應(yīng)用的擬合分析方法是可行的，較準(zhǔn)確地?cái)M合出舊路線形。

(2)在改擴(kuò)建高速公路中，無(wú)論是為了充分利用舊路，還是新路拼接舊路(包含雙側(cè)、單側(cè)拼寬)，對(duì)舊路進(jìn)行平縱面擬合分析，是公路改擴(kuò)建中最基礎(chǔ)的研究。只有更好地得到舊路的線形數(shù)據(jù)，才能做好改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)。

(3)在擬合分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在K1 147+100～K1 149+250樁號(hào)，有長(zhǎng)2.15 km老路高程值誤差在-0.3～0.3 m，老路一側(cè)需要進(jìn)行調(diào)平、調(diào)坡處理。