（交通运输规划与管理专业论文）高速公路改扩建期间施工路段通行能力研究.pdf

摘要 随着我国经济快速发展，交通需求迅速增加，上世纪早期建成的多条高速公路出现 了通行能力不足、服务水平下降等现象，已不能适应社会、经济发展的需要。为此，需 要对高速公路进行改扩建。改扩建期间通行能力研究不仅能在改扩建施工期间发挥巨大 作用，为国家节省巨额资金，而且为高速公路改扩建施工期间建设和管理起到很大的指 导作用，具有非常重要的现实意义和前瞻性。 本文首先对高速公路施工路段的交通组织及交通特性进行了分析。在分析高速公路 改扩建方式及选择的基础上，对单侧并线和双侧拼接两种方式的交通组织方案进行了简 要阐述；由于施工路段道路条件与交通条件的变化对驾驶人的驾驶行为及施工路段的交 通流特性等方面都将产生深刻的影响，因此，对施工路段驾驶人、车辆、道路及交通流 特性进行了分析，为通行能力研究奠定了理论基础。 其次对车辆分类及车辆折算系数进行了研究。在分析将轴数和轴距作为车辆分类指 标不足的基础上，提出了基于通行能力研究的车辆分类方法，采用欧氏距离，将高速公 路的车辆划分为小型车、大中型车和特大型车3 大类；并提出了结合微观、宏观计算标 准的车辆折算系数算法，给出建议各车型的车辆折算系数：小型车为1 0 ，大中型车为 1 5 ，特大型车为2 5 。 再次对高速公路施工路段通行能力进行了重点研究。在施工路段通行能力概念界定 和分析各种影响因素的基础上，提出了基于流量跟车率模型法、基于路段基本通行 能力修正的分析方法及基于现场实测法等3 种方法。其中，重点采用了流量跟车率 模型进行通行能力研究，并给出了各施工期施工路段的通行能力推荐值。 最后对施工路段服务水平进行评价。在对施工路段服务水平的评价指标选取的基础 上，确定了施工路段饱和度、平均车速、交通密度、平均行程延误4 个指标，应用动态 综合评价法，确定了服务水平各级评价指标阈限值和动态评价函数的阈限值，最后根据 高速公路施工路段实测指标对其服务水平进行了评价。 关键词：交通工程；改扩建工程；通行能力：车辆折算系数；服务水平 a b s t r a c t 、斫t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m i ci nc h i n a ，t r a f f i cd e m a n d sr a p i d l yi n c r e a s e al o t o ff r e e w a yt h a tb u i l tu pi ne a r l yy e a r st h a tt h e i rc a p a c i t i e sw e r ei n s u f f i c i e n t ，s e r v i c el e v e l s d r o p ，a n dt h o s ew a sn o ts u i tt h ed e v e l o p m e n tn e e d so fs o c i a la n de c o n o m i c s os o m e f r e e w a y sh a v ec a r r i e do nt h er e c o n s t r u c t i o n t h ec a p a c i t ys t u d yd u r i n gt h er e c o n s t r u c t i o nn o t o n l yp l a y sam a j o rr o l ei ns a v i n gh u g ea m o u n t so fm o n e yf o rc o u n t r y , b u ta l s op l a y sa g u i d a n c er o l e i nc o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n td u r i n gt h er e c o n s t r u c t i o n ，t h a th a sv e r y i m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n df o r w a r d - l o o k i n gs e x u a l f i s to fa l l ，t h et r a f f i co r g a n i z a t i o na n dt h et r a f f i cp r o p e r t i e so ff r e e w a yw o r kz o n ea r e a n a l y z e d o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gf r e e w a yc o n s t r u c t i o nm e t h o d sa n dt h es e l e c t i o n s ，t r a f f i c o r g a n i z a t i o np r o g r a m so ft h eu n i l a t e r a ll i n e sa n db i l a t e r a ls p l i c i n ga r eb r i e f l yd e s c r i b e d b e c a u s et h er o a da n dt r a f f i cc o n d i t i o nc h a n g e so ft h ec o n s t r u c t i o ns e c t i o nw i l lh a v ea p r o f o u n di m p a c to nt h ed r i v e r sd r i v i n gb e h a v i o ra n dt r a f f i cf l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，s ot h i sp a r t a n a l y z e st h ed r i v e r ，v e h i c l e s ，r o a d sa n dt r a f f i cf l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，w h i c hl a y st h ef o u n d a t i o n t h e o r yf o rt h et r a f f i cc a p a c i t yr e s e a r c h s e c o n d l y , t h ep a r tr e s e a r c h e sv e h i c l ec l a s s i f i c a t i o na n da r i t h m e t i co fs t a n d a r d sv e h i c l e e q u i v a l e n t s o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ev e h i c l ec l a s s i f i c a t i o ni n d i c a t o r sd e f e c t so ft h ea x l e a n dw h e e l b a s e ，p r o p o s i n gt h ev e h i c l ec l a s s i f i c a t i o nm e t h o d sb a s e do nt r a f f i cc a p a c i t y , a n d d i v i d e dt h ev e h i c l e so nt h ef r e e w a yi n t ot r e es t y l e su s i n gt h ee u c l i dd i s t a n c e ，s m a l lv e h i c l e ， l a r g ea n dm e d i u ms i z e dv e h i c l ea n dl a r g ev e h i c l e ，a n dp u t t i n gf o r w a r dt h ea r i t h m e t i co f s t a n d a r d sv e h i c l ee q u i v a l e n t sc o m b i n i n gt h em i c r o ，m a c r o c a l c u l a t i o ns t a n d a r d i nt h ee n d ， t h i sp a r ti sg i v e nt h er e c o m m e n de q u i v a l e n t so ft h r e ev e h i c l e ss t y l e s ：s m a l lv e h i c l ei s1 0 ， l a r g ea n dm e d i u ms i z e dv e h i c l ei s1 5 ，a n dt h el a r g ev e h i c l ei s2 5 t h i r d l y , t h et r a f f i cc a p a c i t yo ft h ef r e e w a yc o n s t r u c t i o ns e c t i o ni sr e s e a r c h e d o nt h e b a s i so ft h ed e f i n i t i o no ft h et r a f f i cc a p a c i t yc o n c e p ta n di n f l u e n c i n gf a c t o r s ，i m p l y i n gt h r e e m e t h o d s ，s u c ha st h ef l o w - f o l l o wc a rr a t em o d e l ，t h es e c t i o nt r a f f i cc a p a c i t ya m e n dm e t h o d a n dt h ef i e l dm e a s u r e m e n tm e t h o d a m o n gt h et h r e em e t h o d s ，t h i sp a r te m p h a s i si m p l yt h e f l o w f o l l o wc a rr a t em o d e lt or e s e a r c ht r a f f i cc a p a c i t y , i nt h el a s t ，g i v i n gt h er e c o m m e n d a t i o n v a l u e so ft h et r a f f i cc a p a c i t y f i n a l l y , t h es e r v i c el e v e lo fc o n s t r u c t i o ns e c t i o ni se v a l u a t e d o nt h e b a s i s o ft h e e v a l u a t i o ni n d i c a t o r ss e l e c t i o n ，d e t e r m i n i n gt h ef o u ri n d i c a t o r s ，s u c ha st h es a t u r a t i o no ft h e c o n s t r u c t i o ns e c t i o n s ，a v e r a g es p e e d ，t r a f f i cd e n s i t y , a na v e r a g ed e l a y , a n da p p l y i n gt h e d y n a m i cc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ，a n dd e t e r m i n i n gt h et h r e s h o l d so ft h ei n d i c a t o r s a n dd y n a m i ce v a l u a t i o nf u n c t i o n i nt h el a s t ，t h es e r v i c el e v e li se v a l u a t e di na c c o r d a n c ew i t h t h em e a s u r e di n d i c a t o r so ft h ec o n s t r u c t i o ns e c t i o ni nf r e e w a y k e y w o r d s ：t r a f f i ce n g i n e e r i n g ；r e c o n s t r u c t i o n ；t r a f f i cc a p a c i t y ；s t a n d a r d sv e h i c l ee q u i v a l e n t s ； s e r v i c el e v e l i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：前会孝， 伽矿7 年占月，日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 面么荩、 i 张金脚 l 枷口? 年多月岁e l 枷p 0 1 年6 只ye l 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 道路通行能力是指道路能够疏导交通流的能力。在理论研究和实际工程项目中，它 是道路网规划、道路设计、交通运营和管理、公路工程项目可行性研究以及公路建设项 目后评价的基础参数。从2 0 世纪中叶开始，为准确掌握道路通行能力并合理地应用它， 国外对道路通行能力进行了长期深入的专题研究，取得了一系列研究成果。而我国通行 能力研究则是一个薄弱环节，现行公路工程技术标准( j t g b 0 1 2 0 0 3 ) 1 】( 以下简称标 准) 采用的通行能力，基本上是沿用国外的数据，由于我国道路等级、车辆运行特性、 交通组成、驾驶人总体特性等影响通行能力的诸多方面与国外情况有较大差别，因此现 有标准的通行能力不能充分反映我国公路交通的实际运行特性，给我国公路发展的 相关工作造成了困惑。为此，根据我国的实际情况，对道路通行能力进行广泛、系统地 研究，就成为一项十分重要且紧迫的任务。 高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。高速公路 以其快速、安全、便捷、舒适等特点成为长距离客货运输最重要的运输方式之一。根据 国家高速公路网规划规划，到2 0 3 0 年我国将建成7 条首都放射线、9 条南北纵向线 和1 8 条东西横向线( 简称“7 9 1 8 网”) ，总规模8 5 万o n ，形成“首都连接省会、省会彼 此相通、连接主要地市、覆盖重要县市”的高速公路网络。高速公路的建成通车对于改 善我国公路交通运输状况，加强各地区的交通联系，促进区域之间经济的协调发展，起 到了巨大的支撑作用。 近几年随着经济的快速发展，交通需求迅速增加，交通量增长率都在2 位数以上， 很多地方多条高速公路均出现了通行能力严重不足、服务水平明显下降的现象，尤其是 2 0 世纪8 0 - 9 0 年代早期建成的高速公路，在国家高速公路网中处于重要地位，其服务 水平的下降导致在交通经济圈中形成了新的“瓶颈”，因而改建、扩建势在必行。 对改扩建期间施工路段的通行能力进行分析，可以估算交通运行参数和服务水平指 标，评价运行特性和服务水平，针对高速公路存在的问题及道路条件、交通环境的变化 提出改进措施，确定具体的交通组织和分流方案，意义重大，本文正是在这种背景下展 开研究的。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 由于欧美发达国家高速公路的建设起步较我国早，高速公路网络已基本建成，因此， 他们对高速公路施工区的通行能力已经进行了较多研究。 最早开展对公路施工区通行能力研究的地区是美国的德克萨斯州。早在1 9 7 9 年， r i c h a r d s s h 和d u d e k c l 就对高速公路施工区的通行能力进行了研究【2 】。近几年，公 路施工区的通行能力和交通特性的研究历程如下： 1 9 9 8 年，k a r c nk d i x o n ，j o s e p he h u m m e r , n a g u im r o u p h a i l 等人研究了高速公 路施工区排队长度的评估方法【3 1 。 1 9 9 9 年， y ij i a n g 则在四车道的印第安纳州高速公路上获取了大量的实测数据之 后分别对拥挤和非拥挤状态下施工区的通行能力、行车速度以及车队疏散率进行了研 究。这项研究成果可以用于定量预测施工区的交通拥挤，评估交通延误以及分析出行费 用【4 】。美国爱荷华州州立大学的交通研究及教育中心( c t r e ) 开展了对乡村州际公路 施工区合流区域的交通管理战略的研究【5 】，作为研究手段及重要的研究成果之一，他们专 门开发了施工区的交通仿真模型【6 】。 2 0 0 0 年，a h m e da i k a i s y , m i a oz h o u , f r e dh a l l 等人在对多伦多南部的加迪纳高速 公路进行了为期4 天，总计5 3 小时的施工区拥挤交通调查，调查基本显示了施工区的 通行能力与h c m 基本一致，同时也明确了施工区通行能力与驾驶人的性格、分布、星 期几以及天气状况等因素密切相关【1 7 1 。2 年后，a h m e da 1 k a i s y 与f r e dh a l l 继续对加 拿大安大略省一些高速公路施工区进行了深入调查后，提出了高速公路长期施工区域通 行能力的评估技术。研究主要分两个方面，其一是高速公路施工区的基本通行能力及主 要的影响因素，如大车影响、天气状况、施工区的布设、施工作业强度以及照明情况。 其二，采用不同的分析技术手段和不同的具有代表性施工区域的观测数据开发了两个不 同的“特定施工区域”通行能力模型。最后，综合上述两方面的研究，给出了一般施工区 域的基本通行能力参考值【8 1 。 2 0 0 1 年，美国的k i m 等人在他们的研究报告中总结了影响高速公路养护维修区通 行能力的几个独立因素，包括：封闭和开放的车道数目；封闭车道的位置；大车 混入率；离封闭车道的侧向净空；施工区长度；道路纵坡度：施工区强度； 驾驶人类型；施工持续时间；天气情况等，并利用从各州采集到的数据，建立了一 2 长安人学硕士学位论文 个考虑了封闭车道数、封闭车道位置、大车混入率、离封闭车道的侧向净空、施工区长 度、道路纵坡度几个主要影响因素的回归方程【2 4 1 。 2 0 0 2 年，o p e r a t o rp e r f o r m a n c el a b o r a t o r y ( o p l ) 的t h o m a ss c l m e h 与n a t i o n a l a d v a n c e dd r i v i n gs i m u l a t o r ( n a d s ) 的j e f f r e ys m o h r o r ，m s 对多车道高速公路的四个 施工区进行了数据采集、分析，并且运用h i g h w a yc a p a c i t ys o f t w a r e ( h c s ) ，s y n c h r o ， c o r s i m ( u n d e ri t r a f a n dt ra m d ，n e t s i m ，a n dam a c r o s c o p i cm o d e lc a l l e dq u e w z 9 2 等 软件对高速公路施工区的排队长度与延误进行了模拟【9 1 。 2 0 0 3 年，j i a n g 等人考虑到影响施工作业区的因素太多，不大可能通过建立一个简 单的数学公式来表达复杂条件下的作业区通行能力，提出了一种基于模糊神经网络模型 来估计高速公路作业区通行能力方法，这一方法与传统经验方法相比，综合考虑了众多 影响因素，因而能够更精确地计算高速公路的施工作业区通行能力。 2 0 0 4 年，s a r a s u a ，d a v i s ，c l a r k e ，k o t t a p a l l y ，m u l u k u t l a 等人提出了施工区通行能 力的修正模型，并且在模型开发过程中，对施工区数据的采集和分析方法进行了总结。 b e n e k o h a l ，k a j a - m o h i d e e n ，c h i t t u r i 等人在考虑了施工区道路、交通条件以及施工密度 等因素的情况下，通过大量的现场调查数据，开发了施工区的速度流量曲线来估算通 行能力，方法为道路的设计者和规划者提供了有力的依据【l 0 1 。 此外，美国的m u t c d ( m a n u a l0 1 1u n i f o r n lt r a m cc o n t r o ld e v i c e sf o rs t r e e t sa n d h i g h w a y s ，2 0 0 3 e d ) 1 1 并 i h c m ( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ) 则分别对道路施工区的交通 组织和通行能力进行了集成研究。h c m 对高速公路施工区的通行能力进行了较为全面的 研究。道路通行能力手册专题研究报告2 0 9 号( 1 9 9 1 版) 对现场有作业时的通行能力、长期 施工现场作业区用可移动混凝土路栏与交通隔离的通行能力、利用路肩作为一个临 时车道以及车道变窄等情况下的通行能力进行了研究，并给出了相应的通行能力经验统 计值【1 2 】。h c m 2 0 0 0 根据施工期间施工作业区隔离设施的种类，将施工分为短期养护施 工与长期建设施i t l 3 】。对于前者给出了通行道路的单车道的基本通行能力，并用施工强 度影响、大车的影响、匝道影响予以修正。对于后者则分别给出了单向2 车道、3 车道在 不同施工情形下各车道的通行能力范围及平均每车道的通行能力。此外，二者每车道的 通行能力都要进行车道宽度修正。 综上所述，国外在高速公路施工区的通行能力及延误方面的研究一直在持续，且大 部分都是采用交通调查结合数理统计的分析方法，由于调查样本的不足或地区的差异 性，研究成果都缺乏代表性，需要进一步的加以完善。 第一章绪论 1 2 2 国内研究现状 在交通基础理论研究方面，国内许多学者都进行了广泛、深入的探讨。张起森、张 亚平编著了道路通行能力分析【1 4 】，详细介绍了高速公路基本路段、匝道、交织区、 收费站的交通特性，并建立了相应的模型。长安大学陈宽民、严宝杰编著了道路通行 能力分析【1 5 】，此书不但在理论上增加了许多新的模型，而且还增加了计算实例，更加 利于理解。北京工业大学荣建博士论文高速公路基本路段通行能力研究【1 6 】对高速公 路基本路段通行能力的研究更加深入细致。武汉理工大学熊烈强博士论文交通流理论 及其在高速公路中的应用研究【1 7 】，运用流体力学原理对高速公路交通流特性、规律和 通行能力进行分析研究。北京工业大学刘江博士论文山区双车道公路通行能研究【l 列 对山区双车道公路的通行能力及服务水平进行了详细的研究。长安大学谢军博士论文 高速公路通行能力分析与服务质量评价研究0 9 对高速公路收费站通行能力及服务质 量评价进行了研究。这些针对通行能力的研究推动了交通工程学的发展并为实践提供了 理论指导。 近几年，随着我国大规模高速公路改扩建的开始，围绕改扩建关键技术的研究成为 热点，涌现出了一大批研究成果。其中，在施工区的通行能力方面： 2 0 0 4 年周茂松、吴兵、盖松雪应用v i s s i m 仿真软件对车道封闭型式、大车率、坡 度、作业区长度等几个影响因素进行了微观仿真分析【2 0 1 ，并得出上述影响因素对作业区 通行能力影响的程度从大到小为：车道封闭型式、和封闭车道的侧向距离、一定大车混 入率情况下的坡度、大车混入率、作业区长度。但由于该研究在v i s s i m 中设定的施工 区道路交通条件与实际的相差较大( 如仿真时v i s s i m 中没有设置锥形区以及禁止超车 等标志) ，模拟的精度因此受到了影响。 2 0 0 5 年何小洲和过秀成等，在大量交通调查的基础上，对施工区行车道、超车道和 合流车道的车头时距分布，各控制区的地点车速的频率分布和空间分布，车道占有率以 及车辆汇入特征进行了分析，为作业区的通行能力研究提供了一定的依据l 2 。 2 0 0 5 年韩宝睿、程建川对高速公路拓宽时多车道高速公路通行能力计算问题进行了 研究 2 2 1 。通过分析现有的计算模式，根据实际的道路运行状况，指出了我国在多车道高 速公路通行能力计算的不足之处，通过对整体8 车道的不同的管理方案分析，建立了不 同的通行能力计算模型。 2 0 0 7 年张建龙利用交通仿真软件就施工区限速、大车混入率、封闭车道数和封闭形 4 长安大学硕士学位论文 式、施工区长度及道路宽度和路侧净空几个可以量化的主要影响因素进行了高速公路改 建工程施工区道路通行能力交通仿真，并对交通仿真结果进行了分析2 9 1 。 综上所述，高速公路的扩建工程在我国还是一个刚刚开始的新生事物，对改扩建期 间施工路段的通行能力尚未进行过系统的研究。因此，对施工路段通行能力进行研究， 具有非常重要的现实意义和前瞻性。 1 3 研究的主要内容 高速公路改扩建工程不同于一般的新建工程，是在既有道路设施的基础上，通过工 程改造，提高道路的通行能力和服务水平，以满足日益增长的交通需求。针对我国高速 公路改扩建期间施工路段通行能力的研究不足，本文拟从高速公路改扩建方式及不同施 工阶段的组织方案出发，在总结国内外相关研究成果和存在问题的基础上，应用交通工 程学原理以及系统工程的理论和方法，将微观分析与宏观分析、定性分析与定量分析、 理论分析、实际调查与专家咨询有机地结合起来，对高速公路改扩建期施工路段的通行 能力进行研究。主要研究内容为： ( 1 ) 施工路段基本特性分析 对高速公路改扩建方式和不同施工期的交通组织方案进行简要评述，对改扩建期间 施工路段的交通特性( 人、车、路和交通流特性) 进行分析。 ( 2 ) 车辆分类和车辆折算系数研究 在分析以轴距作为车辆分类指标不足的基础上，将现有车辆类型合并为小型车、大 中型车、特大型车；在车辆折算系数理论分析的基础上，明确提出了车辆折算系数 ( s t a n d a r d sv e h i c l ee q u i v a l e n t s ，以下简称s v e ) 的定义：在特定的道路、交通条件下， 所有非标准车相当于标准车对标准车交通流流量影响的当量值。考虑施工路段的交通流 特性，提出了结合微观、宏观因素的车辆折算系数算法。 ( 3 ) 施工区基本路段通行能力分析 在对施工路段通行能力的概念进行界定的基础上，分析了施工路段通行能力的各种 影响因素，然后介绍了施工路段通行能力的3 种研究方法：基于流量跟车率模型的 研究方法、基于路段基本通行能力修正的分析方法及基于现场实测法，并分别给出了各 种方法计算的改扩建期间施工路段通行能力的推荐值。 ( 4 ) 施工路段服务水平评价 建立了一套关系合理的高速公路施工路段服务水平评价指标体系，评价指标包括施 5 第一章绪论 工路段饱和度、施工路段平均车速、施工路段交通密度、施工路段平均行程延误等，并 应用动态综合评价法对施工路段的服务水平进行评价。 1 4 研究的技术路线 本文的研究技术路线如图1 - 1 。 图1 - 1 研究的技术路线 6 长安大学硕士学位论文 第二章高速公路改扩建施工路段交通特性分析 2 1 高速公路改扩建方式及选择 2 1 1 改扩建方式 高速公路加宽方式一般包括单侧加宽、两侧加宽、分离加宽、混合加宽4 种。 1 、单侧加宽 单侧加宽是针对原有公路一侧受建筑物限制，从另一侧对原有公路拼接。 2 、两侧加宽 两侧加宽是在原高速公路的路基两侧直接拼接，基本保持原有公路的几何线形，原 有的中心线可留作加宽后公路的中心线。 3 、分离加宽 分离加宽是在现有高速公路的两侧或一侧适当位置新建2 条单向或1 条双向公路， 与原路一起组成多车道的高速公路，以期达到扩建目的。在新老路基之间设置分隔带或 将新老路基拉开一定的距离，使平面和纵面同时分离，以便跨越全部的互通和主要被交 道路。 4 、混合加宽 混合加宽是以上3 种加宽方式中的2 种或2 种以上组合形式。这种加宽方式由于几 何线形发生扭曲，平面线形须重新拟合。 2 1 2 改扩建方式的选择 各种改扩建方式均有各自的优点与不足，对某条具体高速公路来说，具体采用哪种 方案，应结合每条高速公路所在地区的规划、交通状况、地形地质条件、沿线土地利用 等，综合比较论证，择优选取。又由于地形地貌条件、构造物的结构与规模、地质条件 等均在不同段落存在着差异，因此全线采用单一的改建方式是不合适的，应根据不同路 段具体特点选择适宜的改扩建方式，灵活选择改扩建方案。下面是由2 种基本改扩建方 式形成的3 种改扩建方案。 1 方案一( 双侧直接拼接为主、局部分离为辅) 该方案适用于沿线地形和地质条件较好，特殊结构型式的构造物较少，互通式立交 分布间距较大，改扩建成总车道数为双向八车道及以下规模的高速公路。可通过大部分 路段两侧拼接，仅在一些不能直接拼接的特殊桥梁、互通式立交、隧道等地段采用分离 7 第= 章高速公路改扩建施i 路段交通特性分析 式断面【2 3 1 ，如图2 - 1 所示。 豫侧l 女自t # 翻n # # m 镕 图2 _ 1 双侧直接拼接为主、局部分离为辅圈 2 方案二( 烈侧分离式改建为主、直接拼接为辅) 该方案主要适用于原有高速公路沿线地形和地质条件较差，大型结构物分布密集， 路段交通量大的改扩建工程，同时可结合改扩建工程对交通实施有效的组织与管理，提 高道路的通行能力，如图2 - 2 所示。 蹦孵r 一* t g n 圈f t 女月m 镕 图2 - 2 双侧分离为主、局部双侧拼接为辅 3 方案- - ( 总体单侧分离、局部双侧分离或直接拼接) 该方案为组合方案，即在老路一侧新建一条高速公路。新建的高速公路路幅宜采用 双向6 车道标准，位置选择在建设条件相对较好、拆迁少、限制条件少的一侧，而且应 尽量靠近老路以减少占地，如图2 - 3 所示。 l 堕璺熊直篷。i 塑整进簦墅| 垫趟盘蛊堕i 州删、 t 口h 几t & h m 日 图2 0 总钵单侧分离、局部直接拼接 k 安大学碰岸位论文 2 2 施工期基本路段交通组织方案 高速公路改扩建的具体施工方案有路面分段半幅施工，设置临时路面、分幅施工， 设置过渡路面、分幅蓝工，双侧同时施工等阱l 。本文以在改扩建期间，车辆正常双向行 驶，双侧同时施工为例，简述主线基本路段的交通组织方案2 “。 2 21 单侧并线交通组织方案 第一阶段，路基加宽施工。全线维持现状交通，车辆在原有路面上正常双向行驶 交通组织方案如图2 _ 4 所示。 蕊鋈慧薰鎏鎏紧萋粪鋈鋈 图2 - 5 高速公路基本路段改扩建旖工第二阶段交通组织图 第二章高速公路改扩彦拖i 路段交通特性分析 第三阶段，原路面施工。压缩部分第2 、3 车行道用来连续设置隔离防撞设施，将 对向车辆隔离开，规定大型车辆在第1 、4 车行道上行驶，在相应的位置设置不准大型 车辆超车和大型车辆行车准行道的交通标志，交通组织方案详见图2 - 6 。 圈2 - 6 高速公路基本路段改扩建施工第三阶段交通组织图 第四阶段，道路改建完毕，相应的交通设施均配备齐全后，车辆在双向八车道上行 驶，整项工程宣告完工，交通组织方案详见图2 7 。 爱蓐扁 图2 4高速公路基本路段改扩建施工第四阶段交通组织圈 222 双侧拼接交通组织方案 第一阶段，路基加宽施工。全线维持现状交通，车辆在原有路面上正常双向行驶， 交通组织方案如图2 8 。 蓼 长安人学顾学位论文 图2 _ 8 高速公路改扩建基本路段旌工第一阶段交通组织图 第二阶段，路面加宽旌工。压缩部分第2 车行道用来连续设置隔离防撞设施，将道 路施工部分与车辆通行部分隔离开，利用第1 车行道和剩余的第2 车行道通车，规定大 型车只能在第1 车行道上行驶。并且规定在第二阶段施工期间不允许超车，大小车辆各 行其道，在相应的位置设置不准超车和大型车辆行车准行道的交通标志交通组织方案 详见图2 - 9 。 图2 - 9 高速公路改扩建基本路段施工第二阶殷交通组织图 第三阶段，原路面施工。压缩部分第3 车行道用来连续设置隔离防撞设施，将道路 施工部分与车辆通行部分隔离开，利用第4 车行道和剩余的第3 车行道通车，规定大型 车辆只能在第4 车行道上行驶，在相应的位置设置不准大型车辆超车和大型车辆行车准 行道的交通标志，交通组织方案详见图2 1 0 。 第二章高速公略改扩建施i 路段兜避特性分析 圜2 - 1 0 高速公路改扩建基车路段施工第三阶段交通组织 第四阶段，道路改建完毕，相应的交通设施均配备齐全后，车辆在双向八车道上行 驶，整项工程宣告完工，交通组织方案详见图2 - 1 1 。 甚矗扁 圈2 - 1 1 高遵公路改扩建基本路段施工第四阶盈交通组织 2 3 施工路段交通特性分析 高速公路施工路段道路条件与交通条件的变化对驾驶人的驾驶行为度施工路段的 交通流特性等方面部将产生深刻的影响，因此，有必要对高速公路施工路段交通特性进 行系统地分析【2 1 口8 l f 2 9 1 0 “。 2 31 驾驶人交通特性 2 3 1 1 驾驶人情患需求 汽车在高速公路上行驶时，驾驶人要根据周围的环境、道路交通标志、标线、交通 安全设施以及车内仪表等提供的信息来进行车辆的控制。信息的获取可以通过视觉、听 觉、触觉以及嗅觉等，根据相关研究，驾驶人8 0 以上的信息是通过视觉获取的，其次 长安大学硕十学位论文 是听觉。 当汽车进入高速公路施工路段后，驾驶人必须审视出现的各种情况，除注视车行道 以外，还需注视前面的汽车及邻近车道的汽车；驾驶人要不时地注意道路两侧以及施工 作业路段的各种交通标志、标线以及交通安全设施的设置，还要注视反光镜，且应及时 核对仪表盘。 试验表明，对于驾驶人来说，有一个最适宜的观察目标密度，在这种密度情况下， 驾驶人的情绪不至于紧张，较有把握驾驶汽车，对车辆由高速公路基本路段驶入施工路 段也能及时做出反应，适宜的目标密度和环境信息的多样化，有助于驾驶人的注意力集 中。驾驶人的信息负担量过多或过少，都不利于驾驶人安全驾车。就高速公路施工路段 而言，施工路段标志、标线、情报板以及交通设施过少，驾驶人获取的施工路段交通信 息量就会不足，往往会导致驾驶人作出错误的判断，造成交通事故。但当施工路段的目 标密度过大，即“信息过载”时，驾驶人处理获取的信息需要很多的时间，容易造成驾驶 人的驾驶疲劳或由于标志出现的太频繁而厌倦，忽视了重要的交通信息，也不利于驾驶 入作出正确的判断并采取相应的措施。因此，在设置高速公路施工路段的交通标志、标 线、可变情报板，以及布设交通安全设施时一定要考虑驾驶人的信息需求，合理而有效 地向驾驶入提供交通信息。 2 3 1 2 驾驶人处理信息的方式 在高速公路施工路段上行驶的汽车，其驾驶人、汽车和道路环境构成了典型的人机 环境系统。在该系统中，驾驶人是最活跃的要素，对行车安全起着主导控制作用，是保 证道路交通系统安全化功能的关键。 当汽车行驶在高速公路施工路段时，驾驶行为是信息感知、判断决策和动作所组成 的一个不断往复进行的信息处理过程，亦即感知作用于判断决策后影响到动作。首先是 高速公路上来往车辆、道路交通标志标线、各种交通安全设施、路面状况以及汽车本身 的运行情况等外界信息，通过驾驶人的视觉、听觉和触觉等感觉器官传入驾驶入的大脑， 驾驶人依据其驾驶经验予以加工后，作出相应的判断和决策，然后再通过手、脚等运动 器官发出调整方向和速度等指令，从而改变汽车运动状态和操纵目的。而汽车行驶轨迹、 相对于高速公路的适应程度、振动、速度以及各种操纵后汽车的行驶变化再通过上述过 程反馈给驾驶人，同时驾驶人仍在不断接受道路及环境信息，调节自身驾驶状态以适应 新的道路环境信息，确保汽车的操纵稳定性、可靠性和安全性。 2 3 1 3 驾驶行为的三阶段 第二章高速公路改扩建施工路段交通特性分析 驾驶人与高速公路施工路段道路交通环境的联系是通过汽车的“过滤”来实现的，而 驾驶行为对汽车运行状态的影响则表现为驾驶人的不同动作。因此，依据对人行为的刺 激( s ) 一机体( o ) 一反应( r ) 经典模式的拓展，驾驶汽车的的行为可分为3 个阶段 即感知阶段、判断决策阶段和动作阶段。针对于高速公路施工路段的特殊性，基于驾驶 人的行为效用，驾驶行为可分为调整阶段、稳定阶段和恢复阶段。 ( 1 ) 调整阶段 在施工预告段和上游过渡段，驾驶人获取交通标志信息，并对其进行加工，作出驾 驶行为的调整。 ( 2 ) 稳定阶段 在上游缓冲段、施工作业段和下游缓冲段，驾驶人的行为动作相对比较平稳，但在 这个阶段驾驶人要保持着高度紧张的状态，时刻提防意外情况的出现，譬如施工人员、 施工车辆的出入以及障碍物等等。 ( 3 ) 恢复阶段 在下游过渡段和施工终止段，驾驶入通过对断面宽度恢复以及限速解除等交通信息 的感知和处理，做出恢复交通的驾驶行为。 在上述每一阶段中都包括感知阶段、判断决策阶段以及动作阶段。这样，驾驶行为 不仅是信息感知、判断决策和动作三阶段不问断的多次串联组合，而且也是三者连锁反 应的组合。于是，高速公路施工路段道路交通系统中驾驶行为( b ) 可看作驾驶人( d ) 、 汽车( a ) 和道路交通环境( e ) 相互作用的函数，即 b = f ( d ，a ，e )( 2 1 ) 由此可知，驾驶行为不仅受汽车仪器仪表显示、运行情况和道路环境的直接影响， 而且也与驾驶人的知识、经验、生理、心理机能等有关，体现在三者的交互制约上。 2 3 1 4 驾驶行为特征 在道路交通系统中起主导控制作用的驾驶入，一方面其自身作为一个极其复杂而又 相对高度完美的自适应反馈系统有利于驾驶行为的正确，另一方面驾驶人所具有的功能 自由度又导致不同程度的驾驶差错。因此，道路交通系统中驾驶行为具有明显的特征： 复杂性、模糊型、自学习性、相关性、延续性、时变性、随机性、自适应性、离散性、 突变性等。 对于高速公路施工路段的驾驶行为，除上述特征以外，更具有以下3 个明显特征： ( 1 ) 高强度性 1 4 长安大学硕士学位论文 相对于一般路段，高速公路施工路段的驾驶行为调整更加频繁，密度更大。 ( 2 ) 高灵敏性 由于高速公路施工路段道路交通环境的特殊性，这就要求驾驶人应该非常灵敏地作 出驾驶行为的变换。 ( 3 ) 高安全性 高速公路施工路段是交通事故易发路段，因此要求驾驶行为必须具备高度的安全性。 2 3 2 车辆运行特性 行车道上的合流车辆要进入超车道，必须在超车道上寻找可接受间隙，在必要的情 况下，还需要调整加速度大小，实施合流换车道操作，从而使合流车辆与超车道上的直 行车辆共同行驶在一条车道上，直至通过施工路段。 ( 1 ) 汇入车辆造成施工路段交通流的重分布 行车道车辆汇入超车道，对超车道上车流的影响非常大，其影响表现为车辆在车道 上分布的变化。对高速公路的基本路段而言，车辆在高速公路上的行车道和超车道上的 分布是均衡、稳定的。当驾驶人看到施工路段第一个提示标志时，为保持车辆能顺利通 过施工路段，部分行车道上的车辆就开始向超车道转移，这种情况在交通量较大的情况 下表现的更加明显。从而引起交通量在不同车道上的重新分布，结果使行车道上越接近 作业路段，行驶的车辆越少。与此同时，由于行车道车辆的汇入，超车道上交通量明显 增多，车速降低，车流可能出现紊乱现象。 ( 2 ) 超车道上车辆优先通行 行车道合流车辆在汇入超车道过程中，要与原来在超车道上行驶的车辆争夺行驶空 间。据观n - - 者在争夺时机会不均等，超车道车辆将享受优先权。因此，只有超车道出 现足够大的空隙时，行车道上的车辆才能进行汇入；否则，行车道上的车辆只有等待下 一个空隙，重复同样的判断，一直到出现可接受间隙，完成汇入行为。 ( 3 ) 行车道汇流的强制性 与匝道车辆必须在加速车道长度范围内完成汇流过程类似，当前方进行施工作业 时，在行车道上行驶的车辆必须在施工路段第一个提示标志与施工路段起点之间的这段 长度内换车道至超车道，完成汇流行为，否则，车辆就会出现排队。因此，行车道汇流 具有明显的强制性。在交通量比较大的情况下，这种强制性的汇流行为对超车道车辆行 驶将有较大的影响，因为汇流车辆可能强制驶入超车道，而迫使紧随其后的超车道上的 1 5 第二章高速公路改扩建施工路段交通特性分析 车辆减速，调整跟驰行驶状态，以确保行车安全。 2 3 3 道路基本特性 典型的双向四车道高速公路在改扩建施工时，为了保证给道路的使用者和施工人员 提供最大的安全保护，一般施工路段具体可分为以下几个部分( 如图2 1 2 所示) ： 图2 1 2 施工路段交通控制段划分示意图 1 施工预告段；2 上游过渡段；3 上游缓冲段；4 施工作业段；5 下游缓冲段；6 下游过渡段；7 施 工终止段 ( 1 ) 施工预告段：提示前方道路施工，使驾驶人注意交通变化情况，以便及时采取 措施。在封锁施工作业路段前方，为通告道路的交通阻断、绕行情况，每隔一定距离应 设置相关标志，警告区内应设置限制速度标志，前方施工标志，前方车道变窄标志，禁 止通行标志等。 ( 2 ) 上游过渡