1 绪论
1.1国内外研究综述
线形方案确定是高速公路初步设计阶段重要内容，高速公路路线方案综合比选，是公路建设前期决定全局的重要工作，高速公路现行勘测设计中重要环节。在高速公路路线方案优选过程中，涉及经济、社会、环境等各方面诸多因素，情况较为复杂，一套科学合理的优选评价指标及决策评价方法就显得尤为重要。由于发展时期较早，发达国家在高速公路建设方面积累了丰富的经验，在线路方案设计理念、技术方法以及安全原则等方面不断创新。欧美等发达国家创新型公路线形方案设计理念强调将群众参与、生态环境保护与工程设计人员个人思维的迸发相结合[1~4],从多目标角度思考公路线形方案合理性。在技术层面，国外将 CIS 技术、APH、模糊数学方法、神经网络、遗传算法等方法理论应用与公路线形综合比选，取得一些列成果。1998 年，Sadek 等基于地质、地形、环境等方面影响因素分析，应用 GIS 技术，建立了公路线形方案多目标评价与决策方法[5]；2010 年，Li li-Ping 将专家经验法与模糊算法相结合，构建了平原公路线形方案决策指标体系[6]；近来，交通事故预测模型、交通流分析模型等新型决策模型不断提出，从公路线路交通事故预测与未来交通运行模拟角度，对比选方案进行评价和决策[7、8]。在安全设计方面，美国通过建立公路几何要素与交通量的关系，来预测交通事故率，找出公路路线设计方面的安全隐患，从而保证设计的安全性。主要研究成果有交互式公路安全设计模型（Interactive Highway Safety Design Model，IHSDM）[9]，该模型将有关公路安全的知识总结汇总在一起，形成软件的形式，普遍应用于双车道公路的设计检查与评价工作[10]。在与环境协调方面，美国着重考虑对资源环境（生态环境、物理环境、生活环境和社会环境等）的和谐与保护。初期，美国在规划公路网的同时同步开展战略性的环境影响评价，在整个公路建设中充分体现“环保优先”原则，采取公路建设与环境保护统一规划、统一设计、统一施工。在公路选线过程中，充分利用 GIS、遥感等先进技术，从选线程序上保证公路美观、环保以及与地形、地质条件的协调[11]。
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1.2 大型桥梁设计
桥梁作为重点交通基础设施，是高速公路重要组成部分和工程建设的关键节点。现代大型桥梁工程的设计是一个综合技术、经济与组织工作的复杂过程。根据大型桥梁个建设长期积累的经验，多数国家都基本形成了适应本国管理体制的大型桥梁设计方法。大型桥梁种类繁多，各国关于桥梁结构的研究由来已久，取得丰富的成果。现阶段，面向大型桥梁设计的研究以抗震设计、抗风设计、桥梁监测设计以及BIM 技术在大型桥梁设计中应用等方向为主[29~31]。桥梁设计工作在欧美等国家开展较早，目前，美国的桥梁设计规程主要采用美国公路运输协会的 LRFD 规范[32,33]，其中系统的给出了桥梁抗震、抗风等方面的要求，被各国广泛借鉴。叶爱军等[34]探讨了桥梁工程的抗震设防标准决策问题，澄清了最低抗震设防标准和大型桥梁工程抗震设防标准的关系,并基于多级设防的抗震设计思想，探讨了强调设防水准与结构性能要求、验算指标相对应的大型桥梁工程的抗震设防标准。随着桥梁抗震研究的不断进展，多灾害作用条件下抗震设计研究成为桥梁设计一个新方向，孙得璋等[35]以失效概率为基础建立了地震和重卡车作用下桥梁多灾荷载系数的计算方法。大型桥梁监测设计与 BIM 技术在桥梁设计中应用为近年来，桥梁设计新兴研究方向，监测技术与 BIM 技术也在桥梁工程实践中被不断推广。从 2014 年起，香港政府高度重视 BIM 技术，决定从 2015 年起所有新建项目都要应用 BIM 技术[36]。张启伟、周建庭等[37,38]总结了大型桥梁监测设计方法，并不断改进监测评估模型。Shim CS[39]等认为 BIM 技术建立的三维模型能够完美的用数字化将设计成果表现出来，对桥梁的设计质量有很大的提高。BIM 技术在大型桥梁设计各个阶段应用逐渐成为大型桥梁设计的发展方向。
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2 区域高速公路发展现状与特点
2.1 国家高速公路网建设
我国高速公路建设起步于1984年。2013年，交通运输部发布了《国家公路网规划（2013年-2030年）》，国家公路网采用放射线与纵横网格相结合布局方案，由7条首都放射线、9条南北纵线和18条东西横线组成。到2015年底，中国高速公路通车总里程达到12.3万公里，超过美国居于世界第一。京港澳高速：路网编号G4；首都放射型国家高速，是连接北京和广州、珠海、香港、澳门等南部重要城市的高速公路，为中国的南北交通大动脉。其中，河南境内，安阳至新乡段、郑州至漯河段改扩建过程于2010年完工，漯河至驻马店至信阳（豫鄂界）段改扩建于2015年完工，标志着京港澳高速公路河南段全线实现了双向八车道通行。连霍高速：路网编号为G30。横贯中国大陆东、西部。连接江苏连云港和新疆霍尔果斯，全长4395千米，途经6个省；是中国最长的横向快速陆上交通通道，已成为我国高速公路网的横向主干线。其中，河南境内，郑州至商丘段四改八工程于2009年底开工建设，2013年完工。目前路况良好，达到二级服务水平。
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2.2 河南省高速公路网建设
河南省地域辽阔，人口众多，经济总量和民用汽车保有量都处于高速增长阶段。为适应中部地区崛起、中原城市群发展以及全省乃至全国经济社会发展对高速公路的需求，提前5年基本完成我省规划的“六纵、八横、六通道”高速公路网，基本实现高速公路规划总目标（6660公里），已形成省会与各县市、与周边外省市、各重要城市之间布局合理、快速便捷的“中原大通道”高速公路网络。河南省交通主管部门根据全省公路发展的需要，调整了河南省高速公路路网规划。根据《河南省高速公路网调整规划》，拟定了新的增补方案，将郑州机场至周口西华高速公路纳入全省公路主骨架路网中（如图2.1所示），形成“能力充分、网络完善、衔接高效、服务优良、绿色安全”的高速公路网络。东环高速位于河南省腹地，经郑州市中牟县、开封尉氏县、许昌鄢陵县、周口扶沟县、西华县。沿线所经县市区域基本处于平原区，人口密集，发展潜力巨大，对于促进区域间互动，进一步激发经济活力，带动沿线经济社会的全面发展具有重要意义。另外，本项目与西侧的京港澳高速、东侧的大广高速两条国家高速公路一起形成区域南北向运输大通道，特别是缩短了郑州机场与周口及周边城市之间的时空距离，增加了郑州机场的辐射能力，完善了航空城外联络网，有利于构建便捷的区域综合运输体系。
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3 航空港经济综合实验区东环高速公路的初步设计 ....... 12
3.1 项目概述.......12
3.2 线路设计.......14
3.2.1 路线的宏观位置 ....... 14
3.2.2 路线的主要控制点 ........... 14
3.2.3 路线方案布设 ........... 16
3.3 桥梁、涵洞设计 .........19
3.4 交叉设计 .....26
4 东环高速初步设计关键技术研究 ........... 33
4.1 路线方案的比选研究...........33
4.2 结构形式的选择及桥型方案比选.......40
4.2.1 结构形式的选择 ....... 40
4.2.2 桥型方案比选 ........... 41
4.3 沿线互通交叉设计研究.......45
5 结论与展望 ....... 73
5.1 结论.......73
5.2 展望.......74
4 东环高速初步设计关键技术研究
4.1 路线方案的比选研究
路线方案是控制工程投资的关键，路线优化设计贯穿初步设计全过程。设计人员在认真理解和详细研究工可路线定线意图的基础上，于 1：10000 地形图上布线方案基础上，进一步对沿线区域平、纵面控制点进行了实地踏勘、核实。充分考虑项目区域属平原微丘区，地形平坦简单、地势起伏不大，但存在排水不畅，路网、沟渠密度大，人口众多，村庄、规划社区、规划企业密集等问题，平面设计时主要考虑因素为：平面上障碍物正确绕避，拆迁量控制，尽大可能保障控制点间路线顺直短捷顺畅连续，线形美观；路线纵面设计主要受通道、分离式立交高度控制，且兼顾平纵面线形组合的特性，同时考虑当地居民出行的方便，充分贯彻以人为本的设计理念.通过对项目区地形地物认真详细的研究，选定了其相应比较段落作为推荐方案，路线比选方案见表 4.1；路线与郑民高速相交节点，进行主线上跨与下穿郑民高速两类方案对比。路线与郑民高速相交位置，郑民高速路基高 4m，采用上跨方案时，最高高差 12m；采用下穿方案时，需要下挖现有路面 3.8m，容易形成积水；而且附近有被交道路路，Y032（中店路规划 20m）及规划路（万洪路规划 70m）。详细方案参见中牟东互通立体交叉方案。
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结论
郑州市机场至周口西华高速公路关键技术的方案是否合理，不仅直接影响项目工程造价，工程质量，运输效率等方面，而且还决定着区域内是否能形成完善、高效的高等级公路运输体系，实现车流在高速公路之间的快速转换。在路线选择方面，考虑项目区域属平原微丘区，地形平坦简单、地势起伏不大，但存在排水不畅，路网、沟渠密度大，人口众多，村庄、规划社区、规划企业密集等特点，线位的选择主要考虑绕避平面上的障碍物，尽量少拆迁，力争控制点间路线顺直短捷顺畅连续，线形美观；同时考虑当地居民出行的方便，贯彻以人为本的设计理念。在互通式立交规划选择方面，综合考虑了交叉公路的等级、在路网中的地位作用、地形地质条件、转弯交通量、互通功能等诸多因素，使高速公路互通式立交的规划与选型做到位置适当、形式符合功能要求。5 座互通建成后有利于吸引交通流，形成该地区新的公路运输网络，使区间交通更加便捷，进一步完善区域高速路网布局，充分发挥高速公路网络效益，带动沿线地方经济发展。在桥梁设计选型方面，在服从路线总体走向前提下，结合桥位处地形、地质、水文、水利等因素综合考虑，尽量选择在河道顺直，水流稳定，地质良好的河段上。中、小桥的桥位服从路线走向。本着“安全、适用、经济、美观、有利于环保”的原则，同时考虑便于施工、养护、降低造价等因素，使桥梁结构尽可能标准化、装配化、系列化。同时注意造型美观，与周围的环境相协调。项目建成后，将与航空港区西侧的京港澳高速、郑州至航空港高速，北侧的郑民高速，南侧的商登高速等路线配合使用，合理分担长途、中远途、短途交通流，构成较为科学的运输通道，进一步完善区域交通网络，从而彻底激发其经济活性，促进项目沿线及航空港综合经济实验区周边地区的经济发展。
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参考文献（略）