京港澳高速公路湖南段扩容方案初步探讨

时间：2024-07-28

陈明, 张晓2, 黄展翼

(1.湖南省交通运输厅规划与项目办公室, 湖南长沙 410004; 2.湖南省交通规划勘察设计院有限公司, 湖南长沙 410200)

高速公路作为现代综合立体交通网络的重要组成部分，承担了我国大部分公路客货的中、远距离运输。近年来，我省部分建成年份较早的高速公路交通量趋于饱和、通行能力不足，导致交通拥堵、事故频发、应急保障能力下降，亟需进行扩容改造以适应社会经济快速发展的需求。基于此，本文以京港澳高速公路湖南段为例，开展高速公路扩容方案研究。

1 京港澳高速公路湖南段现状

京港澳高速公路湖南段于2002年全线通车，路段全长约532 km，设有30个一般互通立交、11个枢纽立交、13个服务区和3个停车区，全段无特殊构造大桥，建设条件总体较好。其中临湘至长沙、长沙至湘潭、湘潭至耒阳3段共计397 km，地处平原微丘区，设计时速120 km/h，双向4车道；耒阳至宜章段135 km，地处山岭重丘区，设计时速为100 km/h，双向4车道。

2018年，京港澳高速公路湖南段全线年平均日交通量为63 538 pcu/d，整体表现为中间高，两头低，在长株潭区域达到峰值。对照各路段基本通行能力，除羊楼司—龙湾枢纽段可满足三级服务水平外，其他路段道路皆拥堵、交通事故频发，道路服务水平下降明显。

车辆特征方面，京港澳高速公路湖南段货车比例较高，各段货车绝对数介于32%～56%之间，总体呈现“两端高、中间低”特征。区段内货车并行超车现象普遍，对客车运行干扰较大，具体数据见图1。

图1 2018年京港澳高速公路湖南段各观测站车型比例图(绝对数)

2 需求分析

2.1 区域经济社会发展预测

京港澳高速公路途径岳阳、长沙、株洲、湘潭、衡阳和郴州6市，是湖南省最具发展活力的“一点一线”区域,6市经济发展预测结果如表1、表2所示。2018年该区域GDP总量为24 645.22亿元，占全省GDP总量的67.66%。立足湖南省经济社会发展特点，以各市历年GDP增长率为基础，结合国、省重大发展战略与地方发展规划，按京港澳高速湖南段十四五期进行扩容改造，工期按3～4 a考虑，预测到2044年(通车20 a)，“一点一线”区域GDP总量达到9.3万亿元，占全省GDP总量的78%左右。京港澳高速公路湖南段沿线区域既是全省经济建设的重点，也是对外开放的热点，发展前景大好。

表1 京港澳高速公路湖南段所处区域GDP增长率区域GDP增长率/%2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年岳阳14.8014.2012.2010.209.308.707.807.008.30长沙15.5014.5013.0012.0010.509.909.409.008.50株洲15.3014.1011.8010.5012.109.507.908.007.80湘潭15.2014.4012.3011.0010.709.608.208.907.80衡阳15.1014.2011.8010.209.908.707.908.508.3郴州15.2014.3012.4011.1010.908.508.207.908.30湖南14.512.811.310.19.58.67.98.07.8

表2 GDP增长率(按可比价格)预测函数区域预测函数R2岳阳y=-0.038ln(x)+0.156 60.929 2长沙y=-0.034ln(x)+0.162 60.967 1株洲y=-0.036ln(x)+0.159 50.898 1湘潭y=-0.036ln(x)+0.159 80.952 8衡阳y=-0.037ln(x)+0.157 20.951 9郴州y=-0.037ln(x)+0.160 40.936 8湖南y=-0.033ln(x)+0.147 30.987 6 注:x=年份-2009;GDP增长率(按可比价格)来自2010年至2018年各州市国民经济与社会发展统计公报。

2.2 车道数需求预测

京港澳高速公路湖南段所处通道内现有京港澳高速公路(双向4车道)、许广高速公路(除湘潭至衡阳段为双向4车道外，其余路段为双向6车道)和武深高速公路(双向4车道)。许广高速公路湖南段设计时速介于100～120 km/h，客、货车绝对数比约为4.5∶1；武深高速公路湖南段设计时速以100 km/h为主，南部山区段为80 km/h，客、货车绝对数比约为5∶1。2018年，京港澳、许广、武深高速公路湖南段全线年平均日交通量分别为63 538、14 676、10 031 pcu/d，通道内高速公路年平均日交通总量达88 245 pcu/d。借鉴区域内交通量增长与社会经济增长间弹性系数的一般发展规律，结合通道区域内GDP增长预测(见表3),预测得到2044年通道内高速公路年平均日交通总量约为246 000 pcu/d 。

参照通道内高速公路80～120 km/h的设计速度，取三级以上服务水平标准，采用《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)提出的高速公路适应交通量计算公式,如式(1)所示，计算得到2044年京港澳高速公路湖南段通道内所需平均车道数为20。考虑到通道内各区域路网结构、经济产业布局、枢纽互通设置等差异性，预测通道内全线车道数分布总体介于18～22之间。

表3 京港澳高速湖南境内段所处区域社会经济发展预测表时间预测弹性系数区域预测GDP平均增长率/%预测交通量平均增长率/%2019年—2023年0.96.786.102024年—2028年0.855.674.822029年—2033年0.84.843.872034年—2038年0.754.183.142039年—2044年0.73.642.55

(1)

式中：AADT为年平均日交通量，取通道内预测年平均日交通总量246 000 pcu/d；CD为单车道设计通行能力，取100 km/h三级以上服务水平1 600 pcu /(h·车道)；K为设计小时交通量系数(见表4)，本项目处中南区域，取近郊和城间高速中间值0.1；D为方向不均衡系数，取0.55；N为单方向车道数，为通道内单方向所需高速车道数；fw为车道宽度及侧向余宽修正系数，取1.0；fp为驾驶员总体特征修正系数，取0.95；PHF为高峰小时系数(见表5)，本项目处中南区域，取平原微丘和山岭重丘区中间值0.9。

通道内交通量分配方面，许广高速公路湖南段距离京港澳高速较近，沿线连接城市相似，对京港澳高速公路可产生较大分流；武深高速公路湖南段里程最短，但沿线重要城市人口较少，经济相对欠发达，地形条件较差，技术指标偏低，虽然通过建设茶常高速、提高限速标准等措施完善路网，提升服务水平，但对京港澳高速公路分流的交通量规模仍较少。2021年左右，许广高速公路广东段的广佛高速建成通车，届时许广高速公路湖南段将大量分流通道内过境交通量，湘鄂段和湘粤段出入省界的交通量将与京港澳高速公路基本持平。

表4 设计小时交通量系数参考取值%公路位置设计小时交通量系数参考取值华北东北华东中南西南西北近郊高速89.58.58.599.5城间高速1213.512.512.51313.5

表5 高峰小时系数参考取值地形条件高峰小时系数参考取值东部地区中部地区西部地区全国平均平原微丘0.9350.9260.9280.927山岭重丘0.9010.8750.8460.874

考虑沿线区域的经济活力、驾驶员出行习惯、通行效率及收费标准差异等因素，京港澳高速公路预计未来仍将承担通道内大部分的客、货运输。根据2019年高速公路联网收费数据，将各收费站虚拟为交通小区，采用“四阶段”法，运用交通规划软件TransCAD，得到京港澳高速公路湖南段未来交通量预测值，如表6所示。

表6 京港澳高速湖南段未来各特征年路段交通量预测表(pcu·d-1)枢纽分段交通量2020年2025年2030年2035年2040年2044年羊楼司至龙湾50 04853 38763 85673 44781 77687 277 龙湾(新开)至板仓54 95958 62569 40780 65989 80695 950 板仓至广福66 17670 59184 25499 755107 616115 620广福至杨梓冲72 99277 86292 932110 030118 700127 632杨梓冲至星沙65 52569 89683 61896 174107 082114 624星沙至长沙东74 34679 30694 884109 130121 509130 218长沙东至雨花82 96188 495105 884121 780135 593145 443雨花至李家塘93 45599 690119 285137 190152 753163 992李家塘至马家河90 60896 653115 647133 001148 088158 753马家河至株洲西76 74081 86097 936112 621125 396133 847株洲西至王拾万71 95176 75191 818105 586117 563125 367王拾万至南岳东67 84772 40786 62199 610110 909118 214南岳东至大浦64 39068 68682 16594 484105 201112 019大浦至洪市70 77675 49890 325103 887115 670123 290洪市至耒阳49 42752 72463 06372 53580 76186 185耒阳至小塘44 31347 26958 92767 77975 46580 461(68 532)(73 106)(87 539)(101 104)(112 118)(119 931) 注:括号内为平均交通量。

2044年，京港澳高速公路湖南段全线年平均日交通量将达到119 931 pcu/d。其中，雨花枢纽至李家塘枢纽段最高，耒阳至小塘段最低。采用原设计速度不变，取三级及以上服务标准，计算得到2044年京港澳高速公路湖南境内各段所需车道数为：羊楼司至广福段、王拾万至小塘段为双向8车道；广福至雨花、马家河至王拾万段为双向10车道；雨花至马家河段为双向12车道。届时京港澳高速通道内3条高速车道总数与通道预测值相吻合。

3 扩容方案研究

3.1 影响扩容方案因素

结合京港澳高速公路湖南段基本情况，影响高速公路扩容方案选择因素如下：

1) 区域位置及地形地势。京港澳高速公路湖南段地处湖南省中东部，地形地势较为平坦，路线起止点间自然阻隔少，路线增长系数小，现有高速公路平纵面技术指标相对较高，原路改扩建条件较好。

2) 路网规划及建设政策。京港澳高速公路湖南段覆盖了沿线绝大部分重要城镇，除对长株潭、郴州2个区域的城市规划存在一定干扰以外，现有高速路线多沿城市外围布线，符合“近城不进城”的建设理念，沿老路拓宽改造的方案对服务沿线地区城镇、产业发展较为有利。

3) 工程总量及成本造价。京港澳高速公路湖南段通道内已建成许广和武深2条高速公路复线，占用了较好通道资源。沿京港澳高速公路湖南段老路进行改扩建，相比于在通道内新修第3条复线而言，总体征地拆迁和建设规模更小,工程造价更低，也更容易避开地形地质限制，实现对“三区三线”的合理避让。

4) 出行习惯及人口、经济发展水平。京港澳高速公路湖南段已建成通车多年，沿线区域城镇化程度高，人口分布密集，经济发展水平高。沿现有高速公路进行改扩建，符合沿线居民的出行习惯，有利于吸引沿线交通流，项目建设的预期经济效益好，融资难度低，可操作性强。

综合以上4个方面因素，本文建议京港澳高速公路湖南段扩容方案的选取，在平纵指标符合要求、两侧具备横向拓宽空间的路段，原则上优先沿原路采用单侧拼宽(分离)、双侧拼宽(分离)或高架分离方式扩建；在城市过境段、原路平纵指标、地形地质不满足改扩建标准的区域考虑局部新修复线。

3.2 重点路段扩容方案分析

根据交通量预测分析，京港澳高速广福至王拾万段所需扩容车道数多，考虑到该段穿越长沙城区、面临交通压力大、环境敏感、扩容空间受限等特殊条件，扩容方案的选择较为复杂，本文拟研究3种扩容思路,见图2。

图2 京港澳高速广福至王拾万段扩容思路示意图

3.2.1思路一：沿京港澳高速老路扩建

根据老路与周边道路、建筑物间距统计情况，具备加宽条件路段采用单侧或双侧拼宽(直接拼宽或分离加宽)为双向10(12)车道高速；不具备加宽条件路段可考虑在老路上方新建双向6(8)车道高架。新建高架在杨梓冲枢纽、长沙北枢纽和李家塘枢纽处设枢纽互通与G0401绕城高速、G6021长浏高速高接高，另设若干简易上、下匝道供行驶车辆在老路与高架间便捷转换。

沿老路扩建方案优点主要为：车辆运行效率高，沿线经济基础较好，符合驾驶员原先驾驶习惯。缺点主要为：改扩建工程对城区干扰较大，交通组织困难，高架桥每公里造价高，车辆尾气排放及噪声对长沙城区环境影响较大。

3.2.2思路二：在现有高速东侧新建高速复线绕行长沙城区

京港澳高速公路广福至王拾万段老路维持原双向4车道，考虑地形地貌与通行效率等因素，选取广福互通和王拾万互通附近为起止点，按雨花至马家河段车道需求标准，在长沙市绕城高速东侧新建双向8车道高速公路复线绕行长沙城区，与南北侧的京港澳高速老路扩建段实现8车道贯通。

该方案优点主要为:避开了长沙城区高速扩容面临的复杂问题，加密了长沙市东侧路网，可有效分流过境车辆，对环境影响较小，建设难度较低。缺点主要为:新建方案占地较多。

3.2.3思路三：折中方案

采用思路一、思路二的折中方案，有效利用既有道路对长沙市东绕城高速进行扩容改造，长沙市东绕城高速改造范围内老路技术标准维持现状不变,并采取交通管制措施，将京港澳高速长沙城区段过境车流分配到长沙市东绕城高速上。

该方案优点主要为：降低了长沙城区高速扩容面临问题的复杂程度。缺点主要为：长沙市东绕城高速既有交通量较大，随着城市化进程不断加快，交通量增长迅速，本身面临扩容压力，若再叠加京港澳过境交通量，其所需建设规模巨大(预计约需14车道)，改造难度大。