苏虞张公路快速通道北段工程总体设计理念

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:STTELA
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  摘要:苏虞张公路2004年建成通车,2008年进行了第一次快速化改造,是苏州市域南北向重要的一级公路,加强了苏州城区与常熟、張家港两地的经济联系,承担了苏州主城以北地区的发展轴线功能。由于沿线乡镇发展迅速,道路沿线平交口众多,通行能力急剧下降,交通事故频繁发生,2010年苏州市决定对苏虞张公路进行快速化改造。目的是完善区域快速公路通道,保障苏虞张公路交通安全。本文着重阐述苏虞张公路快速通道北段工程的总体设计理念——“低碳环保、快速安全、节约造价”,以期为干线公路快速化改造提供一种新颖的模式。
  关键词:公路;快速化改造;总体设计;理念
  Abstract: Suyuzhang highway, opened to traffic in 2004 and first sped up in 2008, is an important north-south highway with first-class level in Suzhou City, which strengthens the economic ties between Suzhou City and Changshu, Zhangjiagang, undertaking the axis for development of the north of the Suzhou City. Due to the rapid development of the towns along and multiple crossings, the traffic capacity decline sharply, resulting in frequent traffic accidents. In 2010, the speeding up update of Suyuzhang high was determined with the aim of improving the regional traffic and ensuring the traffic security. The overall design concept of the north section of Suyuzhang highway – “ low carbon and environmental protection, quick and safe, cost saving” is expounded in this paper, hoping to provide a new mode for the speeding up of arterial highway. Key words: highway;update of speeding uo; overall design; concept
  中图分类号:TU2    文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
  
  概述
  苏虞张公路快速通道工程(绕城高速~S340 段)(以下简称“苏虞张公路快速通道北段工程”)为老路改造项目,起点为苏虞张公路与苏州绕城高速公路交叉点,经相城区、常熟市、张家港市,最终与340 省道相交,路线全长42.274 公里,投资估算6.77亿元。全线采用双向六车道一级公路标准,左右分离主辅路方案。主线设计速度为100km/h。辅道设计速度为40km/h。
  
   苏虞张公路快速通道北段工程项目地理位置图
  总体设计理念
  苏虞张公路是苏州市区至张家港最便捷的干线公路通道,是苏州市域重要的南北向发展轴线,交通量日益增大,横向干扰严重,交通需求与供给能力矛盾日益突出。此次快速通道工程建设本着“低碳环保、快速安全、节约造价”的原则,工程采取主线上跨或支线下穿的方式,改造原红绿灯平交道口,通过消除全线平交口,增设两侧辅道分流地方车辆和非机动车,达到提高通行速度、保障行车安全、方便沿线群众出行的目的。
  (一) 低碳环保、节能减排
  为了积极响应国家低碳环保、节能减排的号召,本项目在设计、建设过程中结合工程实际和特点,提出了“低碳环保、节能减排”的总体设计理念。
  全线采用消灭红绿灯的设计方案,提高行车效率,减少尾气排放
  本次改造之前,苏虞张公路全线存在主线中分带开口的平交口16 处、主线外侧右进右出交叉口32 处,老路平交口成为限制苏虞张实现快速通行和影响行车安全的主要瓶颈。根据苏虞张老路的现状特点,为实现主线快速和安全,本项目采用了全线消灭红绿灯的设计方案,通过消灭红绿灯,提高行车速度,从而减少汽车在路口的加减速、频繁起步停车、车辆低速或怠速行驶等现象导致的能源浪费和尾气排放。
  对于某一特定车型来讲,耗油量约F=12.60L/100km;改造后耗油量约F=11.89L/100km,即单车耗油可降低5.6%。依据交通量预测,本项目设计远景年交通量为5~6 万pcu/d,交通量较大。单车单程油耗按10L计,改造后,主线交通行车耗油量可降低5%左右,日均降低油耗30000L。按建设后运营20年进行评价,本项目建设期耗能42045 吨标准煤,运营期管理耗能958 吨标准煤,本项目投入运营后,使用者的节约燃油折合标准煤219937吨,合计节约能耗176934吨标准煤。
  因此,采用该设计方案可大大减少汽车尾气的排放,减轻环境污染。
  积极开展发泡温拌沥青混合料技术的试点应用
  沥青混合料温拌技术通过添加温拌剂来降低施工温度,减少生产和施工过程中的废气和粉尘的排放、减少对施工人员身体健康的影响、降低生产过程中的燃油消耗。发泡温拌沥青混合料技术是在沥青混合料热拌生产过程中,安装沥青发泡设备使沥青充分发泡,胶结料以泡沫沥青的形式喷入拌缸与集料拌和成沥青混合料,泡沫沥青比沥青粘度降低,和易性增加,可以在较低的温度下充分裹覆集料,降低沥青混合料的拌和温度,实现沥青发泡温拌混合料生产。发泡温拌沥青混合料的生产更加简易,且不用添加温拌剂,更加经济和环保。
  在本项目实施发泡温拌沥青混合料技术的试点应用过程中,对热拌沥青混合料与温拌沥青混合料的能源消耗、沥青烟排放量进行了跟踪观测,温拌沥青混合料拌和与施工温度可较热拌沥青混合料低30~50℃,生产每吨热拌沥青混合料消耗燃油7.5kg,生产每吨温拌沥青混合料消耗燃油5.9kg,热拌沥青混合料排放沥青烟浓度为14.4mg/m3 , 温拌沥青混合料排放沥青烟浓度为1.8mg/m3,均低于《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中排放量标准,但温拌沥青混合料沥青烟排放浓度较热拌沥青混合料减少87%。江苏每年使用的沥青混合料超过1000 万吨,如果都采用温拌沥青混合料,可节约的燃油消耗超过16000 吨,可减少83000 吨CO2排放,节能减排量是相当惊人。
  施工废料在公路建设中的循环利用
  本项目老路改造的性质,决定了其在改造过程中为适应设计要求和道路功能提高,必须对部分原有老路进行开挖。如王张公路节点处设置主线上跨桥,需要对原苏虞张老路路面和路基进行挖除。因此产生大量的老路开挖废料,主要为老沥青路面结构层,该废料板结好、均匀,具有一定的强度。为了科学处置和综合利用老路废料,实现减少工程造价、节约资源、净化环境,将废料进行处理后用于路基中河塘段落底部的回填,代替灰土填筑。
  本项目利用老路开挖结构层回填工程量约5 万立方米,节约工程造价约240 万元,同时达到了保护环境的效果,在工程建设中形成了物尽其用的意识。
  (二) 快速安全、系统工程
  从快速通道系统设计来说,要达到快速通行的目的,首先主线要有足够的通行能力,相应的平纵横技术指标要满足对应设计速度要求,采用全封闭全立交形式排除横向干扰是实现主线快速无延误的重要保障;对于与相交路网的沟通,必须根据被交路的功能、等级及路网间距方面进行综合考虑,设置合理的互通或分离式立交形式,在保证主线通行能力的前提下,尽可能的便于路网之间的衔接;对于道路沿线居民出行诉求方面,需考虑设置相应的辅路系统,结合设置的穿越主线构造物和出入口,实现连接和穿越主路两个功能。对于利用现状苏虞张公路进行快速通道建设而言,是一个复杂的系统工程,可以分为以下四个系统:主线系统、辅道系统、连接系统及穿越系统。对这四个系统而言,改造目标可以总结为“主线快速、辅道贯通、连接快捷、穿越便利”。
  (1)主线系统
  主线系统的适应性首先对现状老路指标进行评价,并结合远景交通量预测,提出主线平纵横等技术标准改造的思路和原则。
  ①平面
  苏虞张老路线形指标较好,能够满足改造后快速通行的要求。根据现状平面指标可知,单从平面线形指标来看,现状道路线形较为顺畅、舒适,对于快速通行的适应性较高。
  ②纵断面
  苏虞张老路纵断面指标不均衡,本次改造需消除纵面线形指标和平纵组合所引起的视距不良情况,同时尽量均衡指标,提供安全舒适的行车环境。选择合理经济的纵断面指标,既满足行车舒适性要求,又要满足安全性要求,同时节约造价。
  ③横断面
  为满足远景年主线服务水平和通行能力,结合路侧用地情况,考虑尽量利用老路减小工程规模,横断面采用“新路新标准,老路老标准”的原则进行横断面设计,提高行车安全舒适性的同时节约工程造价。
  综上分析,单从主线系统的角度,平面能够较好的适应快速通行要求,但需对纵断面、横断面进行适当改造。
  (2)辅道系统
  老路快速化改造最有效也是最经济的方式是设置辅路,而要充分发挥辅路系统的作用,必须要深入研究沿线交通的出行习惯,解决好连接主路、穿越主路问题,给快速通道建设可实施性打下坚实基础。辅道系统要主要实现以下三个功能:
  分离短距离出行交通
  适当归并横向穿越通道
  统筹调整主线出入口
  通过上述分析,辅道系统在快速化通道改造中也将承担重要功能,因此辅道也应满足一定的技术标准,减少辅道交通混乱,提高通行能力是充分发挥辅道功能的重要因素,因此本次改造考虑设置完善的辅道系统,仅在个别纵向短距离连接需求极为有限的路段,断开辅道。
  (3)连接系统
  连接系统是指实现相交道路与快速通道主线交通量转换的相关设施,也即全封闭主线出入口的设置。快速通道主线出入口的间距布设是否合理直接影响到快速通道的运营服务水平,出入口布置过多,会吸引短途交通流大量混入,加剧快速通道的运行压力,使路网交通量分配失之均衡;出入口布置过少,将造成主线上车流量减少、辅道压力增大及出入口车辆排队运行,导致快速通道整体运营效益降低。
  结合相交道路情况,出入口设置考虑分为三个层次:
  与国省干线高等级公路相交设置枢纽型互通式立交(一级互通),以保证快速通道交通与国省干线的转换,间距一般不宜小于4km;
  与主要城镇道路、县道相交宜设置简易互通式立交(二级互通),简易互通式立交一般与辅道连接,选择合适间距出入主线;
  一般乡镇道路不能与快速通道主线直接联系,需通过辅道,用主线侧的出入口进行转换。
  (4)穿越系统
  穿越系统是指沿线横向交通,需要穿越快速通道。对于国省干道高等级公路及主要城镇道路、县道,结合互通设置(包括一级互通、二级互通),被交路采用上跨或下穿形式直接穿越主线。其他道路穿越主线结合辅道设置,选择合适间距进行适当归并,穿越的形式主要有:分离式立交、调头车道、人行天桥、通道(含利用桥孔通道和新增通道)等形式。
  本项目改造时,选择合适的穿越方式,既解决横向交通的穿越需求,又能节约造价,降低工程规模。
  通过以上“系统工程”的总体设计理念,明显提升了主线运行速度,同时辅以“全过程安全性评价”这样的设计手段,最终在本项目上实现了快速安全的设计目标。
  (三)节约造价、标准化
  苏虞张公路快速通道北段工程在设计时,一直秉持节约造价的设计理念,在确定平交口改造方案时,在改造形式、桥梁构造物方案拟定等方面坚持选择最优设计方案,通过采用透视图、效果图等多种手段进行多方案比选,最终确定推荐的改造方案。
  改造形式
  本项目为苏虞张公路的快速化改造工程,要消除红绿灯,需对沿线的交叉口进行立交方式的改造。由于沿线交叉口改造条件类似,选用一种典型的改造方式对统一全线改造风格,节约工程造价,提升景观效果具有重要意义。立交方式有四种可能:①主线上跨;②主线上抬并支线下挖;③支线上跨;④支线下穿。由于主线上抬并支线下挖方案保证了沿线出行的便利,同时造价低于主线上跨方案,适应性较强。经过比选,除新泾路改造成一级互通外,其余13处交叉口的立交改造选用了主线上抬并支线下挖的改造方案,其中9处设置菱形互通,4处为分离式立交。
  桥梁构造物方案拟定
  桥梁方案
  在全线13处以立交方式改造的平交口中,均采用了主线上抬并支线下挖的改造方案。因此桥梁方案的选择对于节约工程造价极为关键。本项目桥跨布置时根据被交路路基分幅情况,一般考虑在中分带或侧分带中设置桥墩,以减小桥梁规模。為提供良好的视距及行车安全性,并兼顾节约造价,主线上跨桥原则上布设5~6孔。由于空心板梁在我国桥梁界应用较普遍,一般采用先张或后张预应力混凝土结构,主梁横向由多块板组成,一般跨径在25m以内,总桥长200m以内桥梁选择空心板比较经济合理,多用于中小桥梁。根据本项目特点,改造桥长一般都小于200m,为了可以集中预制或采购、降低建筑高度、减小桥长、减小被交路下挖深度及减少施工期间对被交道路通行的干扰。本项目采用预应力空心板结构,以加快施工速度和节省工程造价。
  挡墙方案
  在交叉口改造方案中,为了节约占地,在主线与辅道有高差段落一般需设置挡土墙。挡土墙形式有路肩墙和路堤墙两种,经过综合比选,本项目选用兼顾美观与节约占地的路堤墙。路堤墙高度最高约3.5m,墙顶标高与主线标高高差一致。该挡土墙方案能有效降低挡墙高度,增加绿化面积,提升景观效果,且节约占地,降低了工程规模。
  
   典型交叉口改造效果图
  本项目经过充分研究,对交叉口每一种可能方案都做了分析比选,最终选定满足功能且造价较低的改造方案。本项目全长42km,建安费小于2000万/公里,真正做到了节约造价的设计理念,可谓“花小钱,办大事”。
  
  勘察设计的体会
  苏虞张公路快速通道北段工程勘察设计的主要经验与体会如下:
  (一)充分落实“低碳环保,节能减排”设计理念
  设计过程中采取相应措施,充分落实“低碳环保,节能减排”设计理念,主要可从以下几方面入手:①积极推广使用新技术、新产品、新工艺、新设备,加强公路路面车辙、路基稳定性、生态环保公路建设的研究,尽可能降低造价,减少公路建设对自然环境的破坏;②提高公路建设质量,提高工程耐久性,降低公路全寿命周期成本,提高公路使用效率;③加强交通设施与相关水利设施等的统筹协调,进一步统一道路设施的规格,降低施工、养护成本;④认真总结公路典型示范工程项目的成功经验和不足,开展新型环保公路建设的设计,并建议施工、管理过程一并开展;⑤建议严禁高能耗、污染超标的施工机械进入施工现场,推广使用散装水泥,严禁施工废料污染环境。
  (二)干线公路快速化改造的探索
  传统干线公路起到的作用无非是通道功能或集散功能,二者居其一。苏虞张公路设计初期,作为通道的功能较强,联系了张家港、常熟和苏州,是区域内南北向的主干道。但随着经济的快速发展,沿线道路逐渐接入苏虞张公路,使其通道功能大幅下降,众多平交口使服务沿线的功能越来越强,但运行速度却大大降低。此时,作为通道功能较强的苏虞张公路逐渐无法满足出行需求。如何在提升苏虞张公路运行速度,加强通道功能的同时,不降低其集散功能,值得探索。本项目设计时,借鉴了城市道路的一些做法,对干线公路快速化改造提出了系统工程的设计思路,有助于积累类似工程的设计经验,为今后干线公路进行类似的快速化改造提供了一些可供尝试的模式。
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