广东清远至连州山区一级公路升级改造勘察设计关键技术.doc

1、清连一级公路的现状与交通发展1.1概况广东清连一级公路位于粤西北山区，总体走向为南北方向，路线起点位于粤湘边界，接湖南省拟建的宜章至连州高速公路，终点位于清远市，接广州至清远高速公路，沿线经过连州市、连南瑶族自治县、阳山县、清新县和清远市，现有一级公路路线全长213.28Km。目前是国道G107粤境的重要组成部分，是珠江三角洲地区与广东省中北部地区及湖南省联系的重要通道。该路于1997年11月建成通车，建成初期是湘粤联系的唯一通道，日交通量达到12000辆/日，由于原设计部分路段技术指标偏低，存在弯多、连续长陡坡等问题，加之大量超重汽车行驶，道路路面破坏严重，路况越来越差，部分封闭及混合交通的影响使交通事故频频发生。根据国家高速公路网规划和广东省高速公路网规划，清连一级公路的路线走廊位置属于二连浩特至广州国家高速公路的一部分，同时也是广东省高速公路规划中“第六纵”的重要组成部分。为了充分利用清连一级公路的通道走廊资源，加快实施和完善国家、广东省高速公路网、充分发挥骨架路网功能和提高路网整体效益，减轻京珠高速公路交通压力，加强“泛珠江三角经济圈”内交通联系、增强珠江三角洲的辐射作用，保障交通运输主通道的交通安全，对清连一级公路实施升级改造十分必要，也十分迫切。2005年3月广东省政府决定对清连一级公路进行升级改造(高速)，2006年4月广东省发改委对该项目予以核准。1.2交通发展预测实施清连一级公路升级改造成高速公路与湖南省和广东省高速公路联网后，交通量发展预测结果为：1、湘粤南北向高速公路主通道平均交通量到2011年将达到60000 pcu/d，2030年将达到140000 pcu/d。2、湘粤南北向高速公路主通道目前已有和规划的为京珠高速公路、二广高速公路。规划的二广国家高速公路到了连州后，将出现两条路段选择，一是走清连公路接广清高速到广州，另一条路是走怀集、三水到广州。很明显，清连公路是到广州最便捷的通道。二广国家高速公路全线贯通和清连一级公路实施高速化封闭升级改造后，到2011年清连高速全线日平均交通量将达到26000 pcu/d，到2030年将达到44000 pcu/d，最大路段(与二广国家高速公路共线段)将达到65000 pcu/d。1.3清连一级公路升级改造(高速)的总体目标及指导思想项目升级改造的总体目标是：“安全”、“节约”、“科学”、“自然”。安全：坚持“以人为本、安全第一”的理念，改善连续长大纵坡指标，改造不符合技术标准要求的路段，解决道路交通安全问题，提高道通行能力。节约：合理选择技术指标，充分利用现有工程，降低工程造价；科学：新建工程方案合理，现有路面、隧道、桥梁、路基边坡加固方案科学、安全可靠；自然：保持与自然及现状的协调，注重景观效果。2、 清连一级公路技术现状及升级改造技术标准选择2.1技术标准及路线技术指标采用情况清连一级公路原设计执行的技术标准为公路工程技术标准JTJ01-88，其设计标准及技术指标运用情况如下：1、公路等级：一级汽车专用公路2、设计速度及路基宽度：现有清连一级公路技术标准采用情况表路段设计速度(Km/h)路基宽度(m)路线长度（Km）凤头岭至连州段8024.556.15凤埠至迳口段10024.560.316021.572.09合计 188.553、技术指标运用情况1)现有清连一级公路原设计100Km/h、80Km/h标准路段，长116.46Km。路线平纵面指标采用情况均满足公路工程技术标准JTJ01-88的有关规定，同时也满足现行公路工程技术标准JTG B012003的有关规定。2)现有清连一级公路原设计速度60Km/h标准路段，长72.09Km。2.2现有公路满足高速公路技术标准的适应性分析2.2.1路线平纵面技术指标采用情况的适应性分析有21处平曲线半径不满足现行标准一般最小值(R=400m)，其中3处(R=200208m)小于现行标准极限最小值(R=< Sourceva lue=250 >250m)。有24处纵坡坡长超标准要求，15处竖曲线半径小于标准一般最小值要求。有4处长大纵坡路段，连续坡长13206800m，平均纵坡4.625.42%，造成交通事故频频发生。此路段可以按照设计速度80Km/h的标准进行升级改造。2.2.2 路基宽度的适应性分析全线188.55Km升级改造(高速)段，路基宽度分别为24.5m和21.5m，满足现行公路工程技术标准JTG B012003中的“一般值”和“最小值”的要求，对路基宽度21.5m路段，右侧硬路肩宽度小于2.50m，升级改造(高速)段后，应补设应急停车带。2.4清连一级公路升级改造技术标准的选择2.4.1 技术标准的选择升级改造技术标准的选择主要考虑因素：升级改造后，应满足项目的功能，可作为二广国家高速公路的一部分，形成珠江三角洲地区与广东省中北部地区及湖南省联系的最便捷的重要高速通道。在确保行车交通安全的前提下，充分利用现有清连一级公路进行升级改造，尽可能提高公路路线的技术指标，以提高公路的服务水平和通行能力，减少现有工程的废弃，降低工程造价。改造升级(高速公路)后，预测远景年交通量为38000 pcu/d51000 pcu/d，进行道路通行能力及服务水平评价结果，不同路段按照100K/h和80Km/h的设计行车速度，并维持四车道高速公路标准，未来20年均能够保持二级服务水平，满足设计年的交通运输需求。 据此选择技术标准如下： 清连一级公路升级改造（高速）技术标准的选择序号段落名称路线长度（Km）设计速度（Km/h）路基宽度(m)1起点(凤头岭)至连州56.1508024.52凤埠石潭77.0008021.53石潭珠坑40.54010024.54珠坑迳口(清远)14.868021.5 升级改造(高速)路线共长188.55 2.4. 2技术指标的运用原则路线平纵面技术指标以充分利用现有旧路为原则，在满足现行公路工程技术标准JTG B012003中的规定的前提下，将基于运行速度的公路安全性评价方法，运用于升级改造后的路线平纵设计中，以确保交通安全。2.5清连一级公路升级改造工程总体方案2.5.1 路线平纵面技术指标的升级改造1、路线平面平面改线升级设计以充分利用旧路为原则，对平曲线半径小于极限指标(R250m)的路段提出改线升级方案，对平面指标不理想的路段进行指标优化。2、路线纵面 纵面改建设计在现有路面标高的基础上升高50cm，大中桥和隧道内路面维持原标高不变，对纵面指标不符合规范的路段，以确保行车安全为原则，除4段长大纵坡路段外，对全线15处不满足规范的路段进行了调整。 3、存在交通安全问题的长大纵坡路段的改造，对长大纵坡路段重点解决下坡方向的行车安全问题和上坡方向的道路通行能力问题采用。2.5.2现有清连一级公路的维修及加固1、路基工程的维修改善对旧路路基强度不足、填料含水量大、密实度低等病害，设计采用换填、冲压补强和干拌水泥桩等方法进行治理。对路基挖方边坡，通过对边坡健康分析诊断，有目的进行特殊处理，设计采用骨架植草护坡、削坡、清理危岩、锚杆加固等方法进行综合治理。2、路面工程升级改造采用对现有路板块破碎,然后加铺水泥路面的方案。3、桥涵工程的维修加固通过检测，对不同的病害，进行全面维修加固。4、隧道工程的维修对隧道存在不同程度的渗水、漏水和衬砌开裂现象，采用套拱、喷锚补强等方案，并采用疏通、导流和封堵的方法加强隧道排水设计；2.5.3高速化封闭及配套工程清连一级公路作为一条未封闭的南北方向的交通要道，也为沿线乡镇、村庄之间群众生活、生产等提供交通便利，目前部分路段已形成街道化。实施高速化封闭后，依赖现有清连公路交通往来的沿线群众交通出行将被隔断，为了解决沿线村庄之间的交通问题，体现高速公路建设服务于地方的原则，必须设置完善的交通路网，为沿线群众提供交通方便，减小高速公路升级改造封闭后对周围群众生活、生产等出行所带来的影响。全线设置15座互通立交（包含二广共线段3座，与汕河国家高速公路交叉预留互通1座），新增分离式立交3座，天桥11座，辅道、连接线104.82Km。设置主线收费站2处，匝道收费站11处，服务区4处，停车区4处。2.5.4施工期间的交通组织施工期间维持通车，充分利用省道S114分流蔬道交通，建议司机绕道行驶；同时保持清连一级公路，在高速化升级改造施工期间用半幅封闭、半幅通车的交通组织方案。3、清连一级公路升级改造勘察设计关键技术创新3.1升级改造路线设计关键技术3.1.1 数字化勘测技术本项目升级改造勘测全面采用了全数字化的航空摄影测量技术，来快速完成项目范围的地形数据采集和数据处理，得到准确的、高质量的数字地面高程、数字地形图和真彩色的航空正摄影像图。为本项目升级改造时建立三维仿真环境、公路改建的线形设计、方案优化、工程方案的定性分析奠定基础。同时利用GPS和RTK综合技术进行全线控制测量和路线中桩放样，高精度、高效率得到既有公路中桩的三维坐标，为平纵面线形拟合、路基路面加宽、桥梁拼接等工程设计，提供第一手外业勘测基础数据。（1）三维道路实时渲染技术（2）公路三维虚拟仿真技术根据清连公路升级改造设计方案的成果和数字地面模型（DTM）、航空正射影像图等资料，通过仿真技术直接建立公路虚拟环境，营造出公路改造后一个逼真的全景虚拟显示环境。在此环境中通过模拟行车、飞行等状态进行实时漫游，直接视检设计成果。（3）空间视距检验技术在公路三维仿真环境中可等到三种视距：规范规定的设计速度要求保证的停车视距；根据公路上不同典型车型的、实时点的实际运行速度，按小客车、大货车两种车型可得到运行速度对应要求的视距值；对于改造后公路，车辆在其三维的立体几何模型上行驶，视点与前方行车道中心线上物体最远通视距离所得到的路线几何视距。将三种视距绘成曲线图，通过判断分析道路上各桩号三种视距的对应关系，发现运行速度视距不足或视距不连续的路段，即不安全路段。再找出引起视距不足的原因，提出行改善措施和综合处理方法。该项技术主要用于隧道、大型桥梁、互通立交等大型工点前后的安全性检测。3.1.2 平纵线形拟合技术平纵线形拟合是旧路升级改造设计的最基本的数据准备，由于各种原因既有公路的平纵面线形不可能与原设计完全吻合，需要对现有道路进行详细测量，并通过数字化处治，建立数学模型，然后采用线形拟合技术，实现最大限度利用旧路。清连一级公路为双向四车道，在旧路平纵面数据采集中采用先进的GPS测量技术、航测遥感和CAD集成技术，解决测量中的关键性问题。利用GPS测量技术采集平面坐标，水准仪采集高程，每个断面采集四个点（中央分隔带两条黄线上的两个点、硬路肩与土路肩之间白线上的两个点）。线形的拟合采用CARD1和纬地两种软件相结合的方法。先用CARD1中最小二乘法的功能，根据零散分布点（各断面实测黄线两点连线的中点）确定一个基本单元，之后把各单元连接成整体。最小二乘法原理就是根据各零散分布点到单元的距离平方和最小来确定一个基本单元。然后用纬地的智能布线法把CARD1拟合的线位恢复成数据文件再用纬地进行优化修改，尽量使拟合出的线位跟实测的点的偏差最小。在具体操作过程中根据施工图文件和变更设计文件中的线位和实测的一些特殊点作为参照来确定单元曲线的起终点，同时还利用施工图文件和变更设计文件中的数据检查拟合的数据的准确性。纵面采用基于遗传算法的纵面线形拟合技术，根据中桩外业实测数据，在计算机中再现地面高程点，根据既有公路的设计速度、线形标准和拟合点距地面高程点的精度要求，即可随机产生有序列的设计线形方案组群；再根据一定的评价体系评价线形方案中各个体的优劣性，其评价条件是必要的高程控制点和不同等级公路的线形要求等因素；根据一定的方法选择线形方案群中的一个设计方案的变坡点序列作为变坡点坐标、半径的操作对象，其中某个设计方案被选择的可能性与该个体的相对优劣性能密切相关。对选择的纵面设计线方案的变坡点序列对象进行诸如：交叉、变异等基因操作，得到更优组的设计方案变坡点序列； 直到满足规定精度的要求，即为最终的拟合方案。3.1.3 基于运行速度的公路升级改造路线设计方法现行的路线设计方法以设计速度为基础指标，设计速度一旦选定，公路的所有相关要素如平曲线半径、纵坡、竖曲线半径、视距和超高等指标均与之相匹配。但是，经过多年来的实践，发现这种设计方法本身存在一定的缺陷，不能保证线形标准的一致性。实际的行驶速度总是随公路线形、车辆动力性能及驾驶员特性等各种条件的改变而改变。只要条件允许，驾驶员总是倾向于采用较高的行驶速度。从公路使用者的安全角度考虑，在进行公路路线设计时，需要以动态的观点考虑车辆的运行速度，从而提高公路行车的安全性。针对设计速度方法存在的主要问题，许多发达国家广泛应用了运行速度为基础的路线设计方法，我国许多设计工程师也已经认识到，为了有效的解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线形指标脱节问题，保证路线所有相关要素如平曲线半径、纵坡、竖曲线半径、视距和超高等指标与设计速度的合理搭配，应该采用以运行速度为基础指标的线形设计方法。但是，在实际工程设计中，还没有具体的方法和设计流程可供参考使用，因此，在本项目的升级改造中提出的以运行速度为基础的路线方法是路线设计方法的创新探索。 路桥求职 路桥招聘 路桥英才网 英才网