（交通运输规划与管理专业论文）高速公路改扩建的交通安全研究.pdf

摘要 高速公路以其快速、安全、舒适、经济等特性而受到世界各国的重视。随着社会经 济的快速发展，高速公路交通量的增长速度几乎都在两位数以上。然而，我国初期建设 的高速公路均为四车道，在运营过程中出现了不同程度的破坏，不能满足现代交通的需 要，高速公路改扩建迫在眉睫。 改扩建的高速公路往往是所在区域的运输干道和交通骨架，因此，改扩建工程均采 取边通车边施工的方式。通车和施工相互干扰，给改扩建作业区带来极大的安全隐患。 研究高速公路改扩建期间的交通安全，减少施工与通车的相互干扰，是保障高速公路改 扩建顺利进行的关键。 本文从高速公路改扩建的概念和改扩建方式入手，首先对高速公路改扩建的交通现 状( 交通量、行车速度、交通车型组成、交通事故成因等) 进行调查、分析和统计，为 高速公路改扩建期间的交通安全研究提供基础。其次，在对改扩建作业区人、车、路和 交通流特性分析的基础上，研究交通量与交通安全、车速与交通组成、交通组成与交通 安全的关系，提出改扩建工程的相应对策；并对不同施工方式的交通安全、不同施工阶 段的交通安全进行分析，为交通安全设施的设置提供依据。 交通安全设施是高速公路改扩建期间交通安全的重要保障。本文在分析高速公路改 扩建作业区段驾驶人视认模型的基础上，研究改扩建作业各个区段交通标志的具体设置， 并提出高速公路改扩建作业施工困难段和异常条件下改扩建作业的安全保障措施；最后 对改扩建作业区段发生交通事故时的应急处理和紧急救援进行研究。 最后以潼宝高速为例，结合潼宝高速公路的具体特点，提出改扩建期间的限速方案， 并对潼宝高速公路改扩建期间交通安全设施的设置进行探讨，为潼宝高速公路改扩建提 供参考。 关键词：高速公路改扩建；交通量；运营车速；限速；交通安全 a b s t r a c t t h ee x p r e s s w a yw a sp a i da t t e n t i o nb yt h ec o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l dw i t hs u c h c h a r a c t e r i s t i c sa si t sf a s t ，s a f e ，c o m f o r t a b l ea n de c o n o m i c w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to f s o c i a le c o n o m y , t h eg r o w t hr a t eo fe x p r e s s w a yt r a f f i cv o l u m ei s n e a r l yt w on u m b e r s h o w e v e r , t h ee x p r e s s w a yt h a to u rc o u n t r yb u i l d si ni n i t i a ls t a g ei sf o u rl a n e sw h i c hc a n tm e e t d e m a n d so fm o d e mt r a f f i c ，a n dt h ed e s t r u c t i o nh a sa p p e a r e di nt h ec o u r s eo fr u n n i n gi n v a r i o u sd e g r e e s ，s ot h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no f e x p r e s s w a yi su r g e n t l y t h ee x p r e s s w a yi so f t e ni nt h ea r e aw h e r et r a n s p o r t a t i o na r t e r i a lh i g h w a y sa n dt r a f f i c s k e l e t o n ss t a y s ，s o ，t h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o np r o j e c tc a l lo n l yb et a k e nw h i l et h e e x p r e s si so p e nt ot h et r a f f i c o p e nt ot h et r a f f i ca n dc o n s t r u c t i o nw a si n t e r f e r e de a c ho t h e r ， w h i c hb r i n gt h e g r e a tp o t e n t i a ls a f e t y h a z a r dt ot h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no f e x p r e s s w a y s t u d yo nt h et r a f f i cs a f e t yw h e nt h ee x p r e s s w a yi sr e c o n s t r u c t e da n de x p a n d e dt o r e d u c et h em u t u a li n t e r f e r e n c eb e t w e e nc o n s t r u c t i n ga n do p e nt ot h et r a f f i c ，i st h ek e yt o e n s u r et h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no fe x p r e s s w a yc a r r y i n go ns m o o t h l y t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e d ，a n a l y z e da n dc o u n t e dt h et r a f f i cc u r r e n ts i t u a t i o n s ( v o l u m eo f t r a f f i c ，d r i v i n gs p e e d ，t r a f f i cs t y l e s ，o r i g i nc a u s eo ff o r m a t i o no ft r a f f i ca c c i d e n t ，e t c ) b a s e d o nt h ec o n c e p ta n dm e t h o do ft h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no f e x p r e s s w a yw h i c hw i l lo f f e r t h ef o u n d a t i o nf o r t h et r a f f i c s a f e t ys t u d ya b o u tt h er e c o n s t r u c t i n ga n de x p a n d i n go f e x p r e s s w a y s e c o n d l y , o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i s o fp e o p l e ，c a ra n dt r a f f i cf l o w c h a r a c t e r i s t i ci nt h ee x p a n d i n go p e r a t i o na r e a ，t h ea u t h o rs t u d i e dt h et r a f f i cv o l u m e ，t r a f f i c s a f e t y , t r a f f i cs p e e d ，t r a f f i cm a k eu pa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt r a f f i cm a k eu pa n dt r a f f i c s a f e t y , a n dp r o p o s e dt h ec o r r e s p o n d i n gc o u n t e r m e a s u r eo ft h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o n p r o j e c t i na d d i t i o n ，t h ea u t h o ra n a l y z e dt h et r a f f i cs a f e t ya td i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nw a ya n d d i f f e r e n ts t a g eo fc o n s t r u c t i o nt h a tw i l lo f f e rt h eb a s i sf o re s t a b l i s h m e n to ft h et r a f f i cs a f e t y d e v i c e s t h et r a f f i cs a f e t yd e v i c e sa r et h ei m p o r t a n tg u a r a n t e eo ft h et r a f f i cs a f e t yw h i l et h e e x p r e s s w a yi sr e c o n s t r u c t i n ga n de x p a n d i n g b a s e do nt h ea n a l y s i so fd r i v e rr e c o g n i z i n g m o d e li nt h ea r e ao ft h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no fe x p r e s s w a y , t h i sp a p e rs t u d i e dt h e e s t a b l i s h m e n to ft r a f f i cs i g ni ne a c hs e c t o ro fr e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no fe x p r e s s w a ya n d p r o p o s e dt h es e c u r i t ym e a s u r e si nt h ed i f f i c u l ts e c t i o na n du n d e r u n u s u a lt e r m s a d d i t i o n a l l y , t h ep a p e rs t u d i e dt h ee m e r g e n c yp r o c e s s i n ga n dr e s c u i n gw h e nt h et r a f f i ca c c i d e n th a p p e n si n t h ec o n s t r u c t i o ns e c t o r f i n a l l yt h ea u t h o rt o o kt h et o n g b a oe x p r e s s w a ya sa ne x a m p l e ，a n dt h e np r o p o s e dt h e s p e e dl i m i ts c h e m ew h i l ec o n s t r u c t i n g ，a n dd i s c u s s e dt h ee s t a b l i s h m e n to ft h et r a f f i cs a f e t y d e v i c e sw h i l er e c o n s t r u c t i n ga n de x p a n d i n gi nt o n g - b a oe x p r e s s w a yt oo f f e rr e f e r e n c ef o rt h e r e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no ft o n g - b a oe x p r e s s w a y k e yw o r d s ：t h er e c o n s t r u c t i o na n de x t e n s i o no fe x p r e s s w a y ；t r a f f i cv o l u m e ；o p e r a t i o ns p e e d ； l i m i tt h es p e e d ；t r a f f i cs a f e t y 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，均己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己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日砂风 莎卵孑年f 月j 7 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：囟巩凰 导师签名：妖蔓晔 毋子年 b 鸽e t o 唧年只ie l 长安大学硕十学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论帚一早珀 t 匕 高速公路以其快速、安全、舒适、经济等特性而受到世界各国的重视，其运营里程 不断提高，在道路交通运输领域发挥着越来越重要的作用。随着社会经济的快速发展， 高速公路交通量的增长速度几乎都在两位数以上。然而，我国初期建设的高速公路均为 四车道，在运营过程中出现了不同程度的破坏，不能满足现代交通的需要，为保持高速 公路及沿线设施完好的运营状态，高速公路改扩建迫在眉睫。 改扩建的高速公路往往是所在区域的运输干道和交通骨架，因此，改扩建工程均采 取边通车边施工方式。由于高速公路改扩建施工作业的影响，使作业区路段车道数减少， 通行能力下降，存在着如变换车道、分合流等复杂的车辆运行状态，而且施工人员、施 工机械、路边施工护栏和作业区来往的车辆构成了一个危险的环境，通车和施工相互干 扰，给改扩建作业区带来极大的安全隐患，容易引发交通事故。而且，相应的养护管理 工作，特别是作业区的交通管理却严重滞后，已不能适应我国公路事业高速发展的需要。 近年来，因作业路段缺乏足够的诱导、警示和安全防护设施而导致作业人员伤亡、交通 堵塞甚至交通事故的比率正逐步上升。2 0 0 5 年3 月哈大公路施工作业区发生交通事故， 造成9 人死亡；2 0 0 6 年哈同公路施工作业区又连续发生重大交通事故，造成严重后果， 严重影响了我国社会经济和交通运输事业的快速发展【1 1 【2 1 。 随着我国高速公路建设的发展，高速公路的改扩建和维修工程的增加，如果不采取 有效的措施，事故率必然会上升，给社会及人民的生命财产带来巨大损失。在这些改扩 建工程和大修作业的实施过程中，由于受到各种因素的综合影响，道路交通事故频发、 交通安全形势十分严峻，已引起社会各界的普遍关注。为提高我国公路交通安全水平， 减少交通事故的发生，深入开展有关公路改扩建作业区交通安全分析与设施设置研究， 具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外学者在研究作业区交通安全问题时是从分析事故数据开始的。1 9 7 6 年l i s t e 等 提出作业期间的事故率比施工作业前增长了1 1 9 。1 9 9 3 年b r y d e n 通过研究得到作业区 第一章绪论 的安全性在下降，在所有警察报道的交通事故中作业区的事故数占2 - - - 3 。1 9 9 9 年 p a r t r i c ks b y r d 和g e z ap e s t i 等分析了作业区合流处的交通冲突，认为事故主要是由强行 合流，车道骑跨使其它车辆无法通过，以及两辆大车并排缓慢行驶阻塞车道而引起的， 其中强行合流造成的事故占6 0 。 ( 1 ) 公路改扩建作业区交通安全问题分析方面 1 9 8 1 年p a i n 等人进行了改扩建工程作业区车辆运行速度的详细研究，得到作业区 的车速取决于交通量、封闭车道的位置、交通控制方式和作业区地点。1 9 8 5 年r o u p h a i l 和t i w a r i 研究了作业区强度和地点对作业区车辆平均运行速度的影响，结果得出作业区 车辆平均运行速度随作业强度的增加而减小，作业区越靠近行车道平均运行速度越小。 1 9 8 8 年r o u p h a i l 等人分析了作业区车辆的平均速度和速度的方差系数，发现小的交通 流量对作业区的平均运行速度影响不大。1 9 8 6 年r i c h a r d 和d u d e k 进一步确定了在作业 区内减速行驶的必要性，及通过限速来提高安全性的指导方针。1 9 8 7 年m c c o y 和 p e t e r s o n 进行了四车道分隔公路不同作业区长度的安全性研究，发现作业区长度和事故 率及车速分布参数不存在相关关系。1 9 9 9 年v i r g i n i ap s i s i o p i k u 和r i c h a r dw l e s 研究了 公路作业区的车速特性，分析了作业区的车速分布，以及通车车道数、车道关闭形式和 施工人员对车速的影响，发现在作业区处车辆的运行车速通常高于限速值，并与通车的 车道数有关【2 l 【5 1 1 1 1 1 。 1 9 9 9 年j a m e sm i g l e t z ，j e r r yl g r a h a m 等人研究了作业区的车速特性及车速事 故率之间的关系，得出将设计车速降低1 6 k m h 作为限速值可达到最佳效果的结论，并 提出了作业区实施限速的步骤。1 9 9 9 年p a r t r i c ks b y r d ，g e z a p e s o 等人研究了作业区交 通流的车道分布、速度、通行能力、速度一流量一密度关系及交通冲突特性，得出晚合流 交通控制方式可有效地缩短排队长度，避免交通流混乱，但实施的效果并不像预期那样 好，原因是一大部分驾驶入对这种控制方式并不赞成。1 9 9 9 年p a r t r i c ks b y r d ，g e z ap e s t 等人又调查了驾驶入对晚合流交通控制方法的看法，结果表明并不是所有的驾驶人都接 受这种控制方式，尤其是卡车驾驶人，他们认为在一点进行合流会降低通车效率，相比 之下小汽车驾驶人较支持这种控制方法1 6 1 1 3 0 l f 3 1 1 【3 2 l 。 ( 2 ) 公路改扩建作业区交通安全对策研究方面 从2 0 世纪7 0 年代末起，国外对道路作业区的交通安全对策问题展开了长期大量的 调查研究，并取得了很多成果，如车道封闭位置，合理作业区长度，交通管控方式与事 故率的关系，分、合流的控制等，以及交通组织实施后效果的评价等。美国宾夕法尼亚 2 长安大学硕上学位论文 州交通局提出一种作业区合流交通控制方法，具体做法是让驾驶入充分利用全部车道行 驶，到作业区附近某一点时再进行合流。这样可以有效地避免道路交通流混乱，缩短排 队长度。1 9 7 1 年，由美国联邦公路管理局( f h w a ) 负责管理和出版交通控制设施手册 ( m ut c d ) ，到2 0 0 0 年，m ut c d 共出版了8 版。m ut c d 给出了各种道路在进行养护 维修等工作时，在作业区范围内进行交通控制所使用的交通控制设施的设计、使用、设 黄的一般原则和标准，这本手册成了美国这方面的行业标准。1 9 8 1 年，p a i n ，m c g e e 和k n a p p 在他们进行的有关高速公路作业区交通控制策略评价的报告中就提出，通过作 业区的车流平均速度随车道封闭形式( 左侧车道封闭、右侧车道封闭还是中间车道封 闭) 、使用的交通控制设施以及作业区在道路上所处的位置的不同而变化很大。1 9 8 5 年， r a u p h a i l 等人在研究了高速公路作业区附近车流速度特性的基础上，确认影响通过作业 区的车流速度的因素主要包括：1 ) 几何因素，例如车道封闭的形式、道路的平纵横曲 线特性、有效车道宽度和横向净空大小以及视距等；2 ) 交通流因素，例如交通流量大 小和车流中的大车混入率；3 ) 交通控制因素，例如使用的交通安全设施的类型以及有 无交通指挥旗手辅助控制交通等；4 ) 作业区因素，例如作业区所在的位置、施工规模、 施工设备类型、噪音以及作业区长度等【1 0 】【删【3 1 】【3 2 】。 1 9 8 5 年，n e m e t h 和r a t h i 利用f r e e s 2 i m 软件虚构了一个高速公路网络来进行模攒 研究，结果发现，通过限速可以使得通过作业区的交通流的速度趋向一致，有利于作业 区内的交通安全。1 9 8 6d u d e k 和r i c h a r d s 指出，为提高安全性在作业区进行限速是必 要的，并就可变信号标志、车道变窄等几种限速方法进行了研究，为实施限速提供了指 导。1 9 8 7 年j a n s o n 等人为减轻作业区的影响做了各种努力，包括优化作业区的交通组 织，合理的交通控制方法，合理的车道封闭位置及合理的作业区长度等。1 9 8 8 年r o u p h a i l 等人研究了速度的方差和分布与交通管控设施的综合联系。1 9 9 1 年g a r b e r 和 t z o n g s h i o u 研究了多车道公路和两车道公路作业区交通管控设施的影响，指出作业区 的事故率增长与交通管控方式有关。1 9 9 5 年h a 和n e m e t h 指出完善公路作业区的管控 措施可以预防事故的发生。目前美国各州公路作业区交通管理规定，如内布拉斯加州交 通局规定作业区起点前l m i ，0 5 s m i 处设置车道关闭标志、1 5 0 0 f t 处设置车道减少标志， 作业区起点处设置闪光箭头导向标志【2 j 【1 1 l 【3 0 】【3 2 1 。 1 2 2 国内研究现状 近年来随着作业区的交通安全状况受到越来越多的关注，对作业区的研究也逐渐展 3 第一章绪论 开。 同济大学吴兵等对道路养护维修作业区的研究较多。1 9 9 5 年吴兵和杨佩昆应用灰色 理论研究了高速公路作业区的风险性，得出在作业区采取安全防护措施是必要的。同年 吴兵和刘开平对公路施工和养护的安全评价与对策进行了研究。2 0 0 2 年硕士研究生吴晓 宇提出高架路施工作业控制区中的警告区、缓冲区、作业区、过渡区和终止区长度的计 算方法。 2 0 0 4 年吴新开和吴兵提出行车速度控制对提高作业区的安全性起着巨大的作用， 并分析了适用于作业区的各种车速控制方法。2 0 0 4 年周茂松，吴兵和盖松雪等利用 v i s s i m 仿真研究了作业区影响通行能力的各种因素及其影响，为作业区通行研究提供了 依据。 2 0 0 4 年清华大学熊辉和史其信对公路作业区前警告标志对车速的影响情况进行了 分析，通过对距作业区不同距离的标志前后的车速进行检测，并计算车速的平均值和标 准差，结果表明在作业区前l o o m 设置警告标志可有效地降低车速，标志离作业区越远 车速值越离散，对车速控制的效果越不明显1 2 h 1 1 1 。 2 0 0 4 年3 月，冯超铭从高速公路养护作业施工路段交通安全的角度，分析施工路段 的分段组成，阐述施工路段交通标志的设置，并引用、比较了国外文献资料介绍的设置 参数，介绍了流动作业车辆的施工安全防护。 2 0 0 5 年长安大学张丰焰和交通部科学研究院周伟等提出了在公路改扩建工程实施 期间，应对交通流进行路径诱导和疏散，并提出了改扩建工程交通组织设计的原则和方 i 孛【1 4 】f 2 1 f 厶 o 2 0 0 5 年东南大学何小洲和过秀成等，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，为作业区的交通安全研究和管理提供了一定的依 据。 2 0 0 5 年江苏大学田晋跃等根据流体流量连续理论，研究了高速公路养护作业区交 通流冲突特征，建立了交通冲突的预测模型。 以上研究为作业区的控制管理与优化设计提供了一定的基础【2 5 】【1 1 l 【1 4 2 1 1 。 1 3 主要内容及研究思路 本论文的主要内容包括以下几个方面： 4 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 高速公路改扩建基本特性分析 在分析高速公路改扩建基本概念及改扩建方式的基础上，研究高速公路改扩建作业 区的交通特性( 人、车、路和交通特性) 。并对高速公路改扩建交通现状( 交通量、运 行速度、交通组成和交通事故成因等) 进行调查、统计和分析。 ( 2 ) 高速公路改扩建作业区交通安全影响因素与对策分析 结合高速公路的交通安全分析，得出高速公路改扩建路段的交通安全影响因素主要 有交通量、运营车速、交通组成、施工方式等。分别对交通量与交通安全、运营车速与 交通安全、交通组成与交通安全、施工方式与交通安全进行理论分析，继而提出相应的 对策，并对改扩建不同施工阶段的交通安全进行分析。 ( 3 ) 高速公路改扩建作业区安全设施的设置 在交通标志视认模型研究的基础上，对改扩建各个作业区段的交通标志的具体设置 进行研究，提出基于不同改扩建方式的交通安全设施设置。对特殊路段( 新老路基结合 部施工、桥梁施工) 的交通安全和异常天气作业区段的交通安全进行分析，提出保障措 施。当高速公路改扩建发生交通事故或交通拥堵时，需采取相应的紧急救援和应急措施。 本文在结合改扩建作业区段的特点提出切实可行的应急处理措施。 ( 4 ) 实证分析 以潼宝( 潼关至宝鸡) 高速公路改扩建为例，结合其道路及交通特点，提出潼宝高 速公路改扩建的限速方案和交通安全设施设置方案，以指导潼宝高速公路的改扩建施 工。 本论文的研究思路如下： 5 第一章绪论 高速公路改扩建基本特 性：分析 j 高速公路改扩建交通安 全影响冈素及对策分析 上上，士上 交通车速 交通 1 、i 司不同 量与与交 组成 施r ：施1 ： 交通通安 与交 阶段方式 安全全分 通安 的交的交 a l通安通安 分析析 - - - t ：- ，3 ， 全分 析 - 4 - 1 ，j 析析 l 高速公路改扩建作业区 交通安全设施设置 上，上 高速 高：速 公路 公路 异常 改扩 不同 条件 建作 改扩 一f 交 业区 建方 段的 式的 通安 交通 交通 全保 标志 安全 障研 设施 究 设置 设置 1r 实证研究 j 结论 图1 1 论文研究思路图 6 长安大学硕士学位论文 第二章高速公路改扩建基本特i 生分析 2 1 高速公路改扩建概述 2 1 1 高速公路改扩建的概念 早期，我国建设的高速公路均为四车道，随着社会经济的发展，交通量日益增加， 四车道的高速公路已经不能满足现代交通的需求。为此，早期建设的高速公路大部分开 始进行改扩建，沈大、沪宁、广佛、沪杭甬等高速公路均已完成改扩建工程。道路改扩 建工程是指在原有道路的基础上，提高道路的等级和抵抗荷载强度而进行的改扩建工 程，包括两方面的含义：一是因现有道路及其附属设施不适应交通量需求所进行的道路 技术等级的提高，即对道路几何线形的改扩建工程；二是因交通流轴载需求而进行的道 路结构强度的改扩建工程【4 1 。 根据高速公路改扩建工程两方面的含义，可以将高速公路改扩建工程分为两类： ( 1 ) 通行能力约束类 这类项目又可分为两个子类：一是瓶颈约束类项目，即高速公路部分路段存在瓶颈 或薄弱环节；二是总通行能力约束类项目，即高速公路总体通行能力不能满足社会经济 发展的需要。 ( 2 ) 技术约束类 原有高速公路存在安全隐患、技术指标低等不良状况，迫切需要提高技术水平。项 目效益主要体现在安全性、效率性、经济性和营运成本的降低等方面【6 1 。 高速公路改扩建工程有别于新建工程，主要存在于以下几个方面： 道路改扩建工程是在原有道路的基础上进行的建设工程，不可避免地与原有道路条 件发生种种联系，与新建道路相比，道路改扩建工程在技术上与原有道路条件和基础密 切相关，同时存在着新旧路基衔接、路面结构处理等问题，必要时还可采用特殊材料或 施工方法。如：路基工程中采用与旧路材料性能类似、稳定性良好并具有一定强度的土 石方做填料。由于道路改扩建工程期间需要不中断交通施工，特别是对比较重要和交通 量比较大的道路，工程建设难度很大。经济上，改扩建工程是在已有的道路基础上进行 的追加投资，由于原有旧路已经在运营使用，而且其运营状况还将会发生变化，因此造 成旧路改扩建后的效益与成本难以识别，计算分析比较复杂。原有道路仍具有一定的残 值，改扩建工程应考虑对其残值的充分利用，由此会增加工程对新设备、新工艺、新材 7 第一二章高速公路改扩建基本特性分析 料和新技术方面的需求问题，从而增大道路改扩建工程的难度1 4 1 。 2 1 。2 高速公路改扩建的原则 根据国内外的建设经验，结合我国的实际情况，高速公路改扩建时应该遵循以下原 则： ( 1 ) 合理选择方案减少对现有道路交通的影响 保持既有高速公路正常运营的原则，待改扩建的高速公路往往交通量较大，一旦实 施全封闭施工方法中断交通，将会给沿线的国省道带来巨大的交通压力，甚至会导致交 通瘫痪，给社会效益和经济效益带来巨大的影响。因此，保持既有道路的畅通，是工程 建设的必要条件，也是设计中必须考虑的基本原则。 ( 2 ) 利于项目的可持续发展以及区域经济的发展 随着社会、经济的快速发展，既有被交路跨越主线的分离立交路幅及设计标准往往 已不能满足发展的要求，为此应做好调查研究工作。互通立交的改扩建，应充分考虑路 网的规划和发展，同时要尽量减少高速公路改扩建对地方道路畅通的影响。 ( 3 ) 有利于道路维护与管理 项目不仅要有利于近期的施工，也要考虑到日后维护和管理的便利。 ( 4 ) 最大限度的利用现有工程 在保证设计标准的前提下，要尽可能地有效利用现有道路及构造物。以两侧改扩建 作为设计的主要思路，尽量减少土地的征用和建筑物的拆迁，以达到节省投资、减小影 响的目的。个别路段可结合结构物的特点适当调整局部线位，采用主线分离或分离式路 基，在分、合流端部还应注重交通安全设计，采用振动式标线和增设标志的处理方法。 ( 5 ) 因地制宜，采用成熟合理的工程技术，控制工程风险 为尽可能地减小施工对既有道路正常营运的影响，要考虑施工机具、设备的适用性， 同时要引入非常规的设计理念，构造物等的改扩建施工要以简便、安全、可靠为原则。 ( 6 ) 交通“通而不畅 和经济性原则 在高速公路改扩建期间，其上的交通流应维持“通而不畅”的状态。如果在此期间， 要保证车流畅通，一方面要求要有足够的道路空间，这一点显然是很难达到的：另一方 面因畅通而车速快，驾驶人稍有不慎，则会对在路上施工区的工作人员和施工设备的安 全造成很大威胁。高速公路改扩建方案的制定要能协调交通，便于施工操作，充分保障 施工现场各要素的安全及各种车辆的行车安全，同时还应本着节约投资的原则，满足经 8 长安大学硕士学位论文 济性要求f 4 l 【1 剐。 2 1 3 高速公路改扩建方式 按照目前国内外高速公路的改扩建经验，采取的形式多种多样，在此，将这些方式 进行归类和划分。按照工程的基本处理方式，改扩建方案可以分为整体拼接方案和分离 方案两大类。然而，在这两类改扩建方案之下，根据具体的改扩建形式又可以划分为单 侧拓宽和双侧拓宽两大类。 根据道路的横断面形式，即按照断面的形式可以分为：整体拼接方案和分离方案。 按照是否对称扩建可以分为：对称扩建方案和不对称扩建方案。 按照道路的种类可以分为：桥梁方案和路基方案。 按照道路的规模又可分为：六车道方案、八车道方案、十车道方案等【6 1 。 图2 1 高速公路改扩建方案的分类 2 2 高速公路改扩建作业区交通特性分析 2 2 1 人的交通特性分析 人是交通系统中的主要部分。一般道路交通系统中的人包括驾驶人、乘客和行人。 在高速公路施工路段这一特殊交通系统中，涉及到的人员包括驾驶人、乘客以及施工人 员。施工人员经过上岗培训等学习，对施工区域的特性有了一定的了解，辅以规章制度， 引发交通事故的可能性比较小。 下面主要分析与交通安全关系密切的驾驶人的交通特性。 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，但据研究，驾驶人8 0 以上的信息是通过视觉获取的，其次是听 9 第二章高速公路改扩建摹本特r 圭分析 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；驾驶人要不时的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。实验表明，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 不利于驾驶人做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人提供交通信息。 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，驾驶入是最活跃的要素，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。 我们知道，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 对入行为的刺激一机体一反应经典模式的拓展，驾驶汽车的行为可分为三个阶段即感知 阶段、判断决策阶段和动作阶段。针对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，做出驾 驶行为的调整。 ( 2 ) 稳定阶段 在上游过渡段、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。 ( 3 ) 恢复阶段 1 0 长安人学硕上学位论文 在下游过渡段和施工终止段，驾驶人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。 在道路交通系统中起主导控制作用的驾驶人，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、相关性、延续性、随机性、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，更具有以下三个明显特征： ( 1 ) 高强度性 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做 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 【5 1 o 2 2 2 道路交通特性分析 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工人 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 2 所示) ： 图2 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f j 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。在施工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。 第二章高速公路改扩建基本特性分析 ( 2 ) 上游过渡段：起导流作用，引导车辆改变行驶方向，致使车辆变换车道由行车 道汇合于超车道，也可以形象称之为汇流渐变段。当车辆行驶至上游过渡区时，应进行 限速措施。在上游过渡区前应设置禁止驶入标志。 ( 3 ) 上游缓冲段：为行车者和施工人员提供缓冲保护，缓冲路段内不准停放器具、 车辆、材料，禁止工作人员停留，以避免由于车辆失控出现的事故。缓冲区的长度应大 于8 0 m ，其与上游过渡区之间应设置路障。 ( 4 ) 施工作业段：是施工人员活动和工作的地方，车道与作业路段之间必须设置隔 离装置，作业路段还应为工程车辆提供安全的进出口，施工作业段全程用带有方向指示 的路拦或锥形交通标志与通行车道进行隔离。驶入该路段的车辆不能超车，只能跟驰行 驶。其长度一般根据作业或施工的需要确定。 ( 5 ) 下游缓冲段：为行车者和施工人员提供缓冲保护。 ( 6 ) 下游过渡段：是解除断面压缩，恢复正常行驶的过渡路段，起导流作用，引 导车辆改变行驶方向，变换车道，进入正常的行驶车道。也可以形象称之为分流渐变段。 下游过渡区的长度应大于3 0 m 。 ( 7 ) 施工终止段：表示施工路段的结束和施工限速的解除，位于施工路段的末端。 交通流逐渐恢复正常运行状态。终止区的长度不应小于3 0 m ，在终止区的末端，应解除 所设限制标志i l l 【5 1 。 2 2 3 车辆交通特性分析 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，其影响宏观表现为车辆在 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。 1 2 长安大学硕上学位论文 ( 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，一直到出现可接受问隙，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 车辆减速，紧急跟驰行驶，以确保行车安剑5 】【1 0 l 。 2 2 4 交通流特性分析 高速公路施工路段由于道路、交通条件发生了变化，该路段交通流特征也表现出与 一般正常路段不同的分布特征。这种情况下车辆运行特征表现为“跟驰”，即前后两车 车头间距处于最小车头间距附近、跟驰车期望以高于前导车车速行驶而又不能超车，跟 驰车处于跟驰状态。跟驰理论是运用动力学方法，研究在无法超车的单一车道上车辆列 队行驶的一种理论。它用数学模型描述跟驰过程中的各种运行状态，并通过观察各个车 辆逐一跟驰的方式，了解单车道的交通流特性，描述交通流的稳定性，加速干扰以及干 扰的传播，检验管理技术和通信技术，减少尾撞事故等。施工路段车辆跟驰特性分析： 当交通流密度相当大时，车辆间距较小，驾驶人只能根据前车提供的信息采用相应的车 速，这种状态称为非自由运行状态。 非自由状态形式的车队有以下三个特性： ( 1 ) 制约性：紧随要求、车速条件和间距条件构成一队汽车跟驰行驶的制约性。即 前车车速制约着后车车速和两车间距。 ( 2 ) 延迟性：跟驰车队中前后车运行状态的改变不是同步的，后车运行状态的改变 滞后于前车。 ( 3 ) 传递性：由制约性可知，第n 辆制约第n + l 辆的运行。一旦车队中某一辆车改 变了运行状态，它的效应将会一辆接一辆向后传递，直至最后一辆。而这种运行状态的 第_ 二章高速公路改扩建基本特性分析 传递又具有延迟性，因此具有延迟性的向后传递的信息不是平滑连续的，而是象脉冲一 样间断连续的。 下面介绍对国内高速公路某施工路段所进行的交通流调查分析，并得出高速公路施 工路段交通流的统计分布特性