（交通运输规划与管理专业论文）高速公路改扩建施工期交通组织研究.pdf

摘要 随着我国高速公路交通量的快速增长，很多早期建成的高速公路出现了通行能力不 足、服务水平下降、路面破损严重等现象，已成为高速公路发生交通拥挤以及造成各类 交通事故的重要原因。为了改善这种状况，一些高速公路进行了改扩建。本文涉及的交 通组织方案研究是高速公路改扩建工程重要工作之一。 论文在对国内外研究现状进行分析的基础上，提出了本文研究的主要内容。接着对 高速公路改扩建工程方式进行了分析，总结和归纳了各种改扩建方式的优缺点，并对高 速公路改扩建施工方式进行了分析；综合运用交通工程学、行为学、概率论及数理统计 等理论对高速公路改扩建工程施工期的交通特性和通行能力进行了分析。 其次，本文根据高速公路施工期交通特性及通行能力的分析结果，制定了高速公路 改扩建工程施工期交通组织的方案，包括内部施工交通组织、外部路网分流和特殊情况 下的交通组织三部分。接着本文研究了高速公路施工期交通组织方案评价的指标体系和 评价方法。 最后，基于高速公路改扩建工程施工期交通组织方案研究成果，以潼宝高速公路改 扩建西潼段为例，确定了交通组织方案，并采用了动态综合评价方法对案例进行评价， 评价通过，验证了本论文关于高速公路施工期交通组织方案设计及评价研究的正确性。 关键词：高速公路，改扩建工程，交通组织，通行能力，指标体系，方案评价 a b s t r a c t w i t hf a s tg r o w t ho ft r a f f i cv o l u m eo nf r e e w a yi no u rc o u n t r y , al o to ff r e e w a y st h a tb u i l tu pi ne a r l y y e a r sa p p e a rt h a tt h e i rc a p a c i t i e sa r ei n s u f f i c i e n t ，s e r v i c el e v e l sd r o p ，p a v e m e n t sd a m a g e ，a n dt h o s e b e c o m et h er e a s o n so ft r a f f i cj a ma n da l lk i n d so fr o a dt r a f f i ca c c i d e n t s i no r d e rt oi m p r o v et h e s e c o n d i t i o n s ，s o m ef 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 m a i n t a m i n gt r a f f i cm o v i n gp l a ni so n eo f k e yt a s k sf o rf r e e w a yr e c o n s t r u c t i o n b o t hd o m e s t i ca n da b o a r dr e s e a r c h e sa r ea n a l y z e d ，a n dt h es t u d yi s s u e s ，e m p h a s e so ft h ep a p e ra r e p u tf o r w a r d t h e n ，a n a l y z e dt h ev a r i o u sw a y so ff r e e w a yr e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya r eb e e ns u m m a r i z e d a n dt h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa r eg i v e n ，a n dr e c o n s t r u c t e d ，a n da p p l ys o m et h e o r i e sa n d t e c h n i q u e st r a f f i ce n g i n e e r i n g ，b e h a v i o r a ls c i e n c e ，p r o b a b i l i t ya n ds t o c h a s t i ca n a l y s i st e c h n i q u e st oa n a l y z e t h et r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a p a c i t yo ff r e e w a yw o r kt i m e s e c o n d l y , t r a f f i co r g a n i z a t i o np r o j e c ta r ee s t a b l i s h e d ，a n da c c o r d i n gt ot h et r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c so f f r e e w a yr e c o n s t r u c t i o nt i m e ，i n c l u d i n gi n n e rf r e e w a yw o r ko r g a n i z a t i o n ，n e t w o r kd i s t r i b u t a r i e sa n d o r g a n i z a t i o no fu n i q u ef e a t u r e p r o j e c te v a l u a t i o nm e t h o d sa n dp r o j e c te v a l u a t i o nt a r g e t ss y s t e ma r e a n a l y z e d f i n a l l y , b a s e do nt h et r a f f i co r g a n i z a t i o no ff r e e w a yr e c o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rd e s i g n s t r a f f i co r g a n i z a t i o no fx i t o n ge x p r e s s w a y , a n de v a l u a t e st h ep r o j e c t a l s ot h es t u d yo nt r a f f i c o r g a n i z a t i o na n dp r o j e c te v a l u a t i o no fe x p r e s s w a yw o r k sp r o v e st ob ef i g h t k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y , r e c o n s t r u c t i o n ，t r a f f i co r g a n i z a t i o n ，c a p a c i t y , t a r g e ts y s t e m ， p r o j e c te v a l u a t i o n 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：霍钙 删年j 月2 尹日 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) 日 尸 二 ， 肌 阴 铁 r 阵 啤 口 坳 训 泐 长安人学硕- ：学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 我国高速公路建设始于上世纪8 0 年代，以快速、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。从1 9 8 8 年至u 1 9 9 6 年，在“五纵七横”国道主干线系 统规划的指导下，各省在高速公路建设方面都先后起步，尤其是东部地区开始加快高速 公路的发展节奏，我国高速公路从无到有，总体上实现了持续、快速和有序的发展，特 别是1 9 9 8 年以来，国家实施积极财政政策，加大了包括公路在内的基础设施建设投资力 度，高速公路建设进入了快速发展期，年均通车里程超过4 0 0 0 k m 。自从1 9 8 8 年中国大 陆第一条高速公路一沪嘉高速公路通车以来，到2 0 0 7 年底，我国高速公路通车里程已达 到5 3 万k m ，继续保持世界第二位。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公 路，有1 6 个省区的高速公路通车里程超过1 0 0 0 k m 。中国交通部在2 0 0 4 年制定了国家 高速公路网规划，这个规划将指导中国今后2 0 年到3 0 年内高速公路的建设和发展。国 家高速公路网将在整合“五纵七横”国道主干线及8 条西部大通道等国家干线路网的基础 上，形成“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、覆盖主要县市”的全国性公路 主骨架网络，将连接全国绝大多数大中城市、国家和区域性经济中心、交通枢纽、重要 对外口岸等。长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路网络正在加 快形成。高速公路的快速发展，极大提高了我国公路网的整体技术水平，优化了交通运 输结构，对缓解交通运输的“瓶颈”制约发挥了重要作用，有力地促进了我国经济发展和 社会进步。 骥 酬 1 4 72 7 l5 2 25 7 46 5 2i1 4 5 1 6 0 3 2 1 4 1 3 4 2 2 4 7 1 ：3 5 4 5 0 0 0 4 1 0 0 0 _ 啪。蚪删。一8 7 3 蚪5 妒梦$ p 鸢9 擎擎擎妒擎拶秽萨拶守 年份 图1 1 我国高速公路发展速度 o 的的舳 第一章绪论 但是，伴随着我国高速公路里程的快速增长，高速公路的交通量增长速度更快，且 由于受历史条件的限制，早期修建的高速公路一般标准较低，且大部分为4 车道，主体 分布在我国东、中部及沿海发达地区。随着我国经济的持续快速发展，早期修建的高速 公路交通量增长均较快，年平均增长率多在1 0 以上，甚至达到2 0 以上，远远超过项 目规划立项时交通量增长预测值，目前服务水平明显降低，已经不能适应社会、经济发 展的需要。提高经济发达地区干线高速公路服务水平是促进沿线经济发展的迫切需要， 高速公路改扩建问题逐渐突出。国内已有多条高速公路实施或正在实施改扩建，各省陆 续提出部分路段将实施改扩建。高速公路建设高潮即将过去，养护高潮已经到来，扩能 改造已经拉开序幕。改扩建工程的施工组织有别于新建项目，必须对交通组织方案和施 工组织方案进行深入研究，才能保证工程顺利进行。 高速公路作为经济运输动脉，影响或制约沿线产业布局和城镇规划，与沿线居民生 产生活环境密切相关，高速公路改扩建工程必须在短时间内完成，以最大限度减轻交通 干扰，但是由于“重工程设计，轻交通设计”的思想严重，在改扩建工程设计中对交通 组织设计研究得很不够，有的甚至在设计阶段就没有做交通组织设计，直到施工时仓促 组织，缺乏系统和整体思想，结果在改扩建施工过程中导致交通组织无序、交通疏导盲 目，经常造成长时间交通拥堵等被动局面。为此，应全面分析改扩建工程全过程中对公 路本身的交通和安全造成的影响，高度重视高速公路改扩建工程设计阶段的交通组织设 计，主动组织和引导交通。基于此，本文将对高速公路改扩建工程交通组织方案的设计 研究做一些探讨以期能为今后高速公路改扩建设计提供参考。 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交通组织与通行能力已经进行了较多研究。最早开展对公路施工区 交通安全、交通组织和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 a n dd u d e k c l 对高速公路养护施工管理策略的研究n 1 ，随后，两人继续对 高速公路施工区的通行能力进行了研究啦! 。1 9 8 1 年，m j f a u l k n e r ，s h r i c h a r d s 又对 施工区的交通安全及交通控制进行了研究。此后，施工区的各专项研究越来越受到全美 各交通部门和研究机构的重视。1 9 9 9 年，y ij i a n g 贝j j 在四车道的i n d i a n a 高速公路上获取 2 长安大学硕t ：学位论文 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口1 。美国i o w a 、 1 州立大学的交通研究及教育中心( 伽汪) 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h 1 。 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 ，a n dm 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 na n dc 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一流量曲线来估算 通行能力，这种方法为道路的设计者和规划者提供了有力的依据。 此外，美国的m u t c d ( m a n u a l o i lu n i f o r mt r a f f i 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 ) 和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眵3 。 综上所述，国外在高速公路施工区的交通组织方面的研究相对较为成熟，而施工区 通行能力及延误方面的研究虽然一直在持续，但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。 1 2 2 国内研究现状 在不中断交通和确保施工安全的情况下，高速公路改扩建在我国还是一个全新的课 题。施工区的交通组织方面，主要有交通部颁发的公路养护技术规范j t j 0 7 3 9 6 1 以及各省及所属地方部门制定的施工路段管理办法。此外，公路交通标志设置规范 ( 征求意见稿) 也对施工区安全标志的设置作了相应的规定，并给出了部门施工情形下 的施工交通组织方案。但是该部分内容基本上沿袭了原有的标志系统，交通组织方案也 主要参考国外的标准制定的。此外，吴新开，吴兵分析了施工区各种速度控制方法，并 对其中某些方法进行了综合和改进盯1 。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砸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、一定大车率情况下的坡度、大车率、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。 3 第一章绪论 长安大学的张丰焰、周伟等人从理论上对交通组织作过初步探讨，但缺乏结合具体 工程的系统研刭引。东南大学的李永义对高速公路施工路段各控制段的长度、施工路段 限速及安全设施等方面进行过研究，但是没有对于不同的交通组织形式下高速公路施工 路段的通行能力进行深入研究 9 1 。东南大学的冯道祥，利用仿真技术对高速公路改扩建 保通方案进行了分析和评价，但是仅对平原微丘地区的双侧加宽改建有借鉴意义，而没 有研究平原微丘地区高速公路单侧加宽改建或山区高速公路单、双侧加宽改建，另外也 没有考虑改扩建工程施工期间雨、雪、雾等恶劣天气下的保通预案【1 0 l 。我国目前主要采 取合理的交通分流、必要的临时交通工程设施，分阶段对大货车、全部货车进行限制， 并根据工程需要设置临时路牌、警告灯、临时护栏等临时交通工程设施，以保障交通安 全、加快施工进度。 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，高速公路改 扩建施工建设在交通组织这些方面尚未进行过系统的研究，当然也没有成熟的经验可 循。因此，对高速公路改扩建工程交通组织问题进行研究，具有非常重要的现实意义和 前瞻性。 1 3 研究的主要内容 针对我国高速公路改扩建期间交通组织问题上的研究不足，本文拟从高速公路改扩 建方式出发，通过总结前人在高速公路改扩建施工区通行能力分析与保通策略方面研究 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， 应用于高速公路改扩建施工期交通组织研究中。本文在以下几个方面开展研究工作： ( 1 ) 对高速公路改扩建方式和施工方式进行简要评述，对改扩建期间的交通影响 和交通特性进行分析； ( 2 ) 建立一套科学可行的高速公路改扩建工程施工期交通组织方案制定的方法； ( 3 ) 根据高速公路改扩建交通特点，建立适用高速公路改扩建期间交通组织方案 评价的指标体系，并选取动态综合评价方法对其进行评价； ( 4 ) 通过对潼宝高速公路西潼段具体实例的调查研究，制定施工期交通组织方案， 并进行评价。 4 长安大学硕士学位论文 第二章高速公路改扩建方式及交通特征分析 2 1 高速公路改扩建工程的定义 高速公路改扩建工程是指在原有高速公路的基础上，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；一是因交通流 轴载需求量进行的道路结构强度的改扩建工程。 高速公路改扩建施工期的交通影响，主要是指： ( 1 ) t t 高速公路本身交通影响分析 改扩建施工占用部分道路，高速公路上的车辆车速降低，通行能力明显减少，道路 服务水平下降，道路通行费用也相应减少。同时施工阶段的交通组织给驾驶人，特别是 不熟悉情况的驾驶人带来一定的不便。 ( 2 ) 对周围相关道路交通量与服务水平的影响 由于高速公路改扩建道路通行能力减小，交通流量或部分交通量转移到周边道路 上，会影响周边道路的服务水平和交通环境。由于周边道路交通量的增加，为增加其通 行能力，可能会涉及到周边道路桥梁的维修与改造。 ( 3 ) 对区域经济影响 高速公路改扩建施工期一般较长，交通分流措施造成行驶车辆的车速降低、延误增 加、出行距离增大，还必将会给车辆运营成本和居民出行成本带来显著增加。同时分流 路网交通量的增加，给当地经济带有一定的正面作用。 ( 4 ) 对周围环境影响 高速公路改扩建施工期间，分流车辆增加了对周边路网区域的噪声和尾气的污染。 另一方面施工大型运输车辆和机械设备产生的噪声对环境可能也会造成一定程度的影 响；运输和使用的土石方及建筑材料所产生的扬尘和悬浮物虽然一般只限于道路两侧一 定区域，但是我国北方干旱地区这种扬尘仍然能对环境造成严重影响。 2 2 高速公路改扩建方式及施工方式 2 2 1 高速公路改扩建方式 高速公路加宽方式一般包括单1 1 1 1 1 1 宽、两侧加宽、分离加宽、混合加宽四种。 5 第二章高速公路改扩建方式及交通特征分析 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。 优点主要有： ( 1 ) 路基不加宽侧的防护、排水沟、防撞护栏等设施可继续使用； ( 2 ) 施工对公路上的交通影响较小，原有的公路可继续维持交通； ( 3 ) 施工工作面大，有利于大型机械开展工作。 缺点主要有： ( 1 ) 路基中心线因发生偏移，平面线形需重新拟合； ( 2 ) 原有的中央分隔带用作行车道，其内部原有的设施须拆除，新中央分隔带内的 这些设施须重建，路基加宽侧的防护、防撞护栏等设施不能利用，也须拆除重建； ( 3 ) 上跨桥梁须拆除重建，原主线桥梁分两幅设置，合并为一幅技术难度大，施工 困难且对旧路造成交通干扰，加宽侧互通匝道线形调整较大。 ( 4 ) 完全利用旧路单侧加宽，由于双路拱问题，原路面高程存在施工误差、不均匀 沉降及曲线超高过渡，新旧路面高程很难做到协调一致，行车安全受到很大影响。 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。 优点主要有： ( 1 ) 为改扩建方案的实施提供了有利的条件，将大大减少征地和拆迁费用； ( 2 ) 中央分隔带及内部的排水、通信管道、防撞护栏等设施可充分利用； ( 3 ) 新老路幅横断面能有效组合，路拱规则，可继续使用，路面排水简单； ( 4 ) 部分上跨桥梁净空影响不大，主线桥拼宽难度较小，施工也较方便； ( 5 ) 沿线互通式立交大多为单喇叭型和叶型，大部分立交均可通过调整匝道半径， 达到匝道拟和来完成改建，改动量较小。 ( 6 ) 工程直接投资相对较省，拼宽后总车道数不超过八车道时，能有效地提高断面通 行能力。 缺点主要有： ( 1 ) 设计、施工技术难度大，施工质量较难控制，特别是新老路基和新老桥间的不均 匀沉降问题难以解决，增加了施工技术难度，施工工作面小，不利于大型机械开展工作； ( 2 ) 施工对交通影响较大，有可能要临时中断交通或封闭部分车道，必须做好施工 6 长安人学硕士学位论文 期间的交通组织和安全工作； ( 3 ) 拆除重建工程量大。老路拓宽后，沿线所有不满足净宽要求的支线上跨桥、互通 匝道上跨桥及与主线相连的匝道必须拆除重建或局部改造，路基两侧的防护、防撞护栏 等设施不能利用，也须拆除重建； ( 4 ) 对于有净空要求的跨河、跨路主线桥梁，拓宽改造后受老路横坡影响，容易导 致桥下净高不足； ( 5 ) 施工过程中不可预见的因素较多，不可预见的费用较高，工期相对较长； ( 6 ) 总车道数达十车道及十车道以上时，直接拼接的整体式断面行车组织困难，车 辆交织频繁，断面通行能力会相对下降。 总体优点是占地少，工程规模小，节省投资；缺点是新老路基之间的差异沉降难以 控制，交通组织安全工作复杂。 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两条单向或一条双向公路， 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。 该方法的优缺点基本同新建方案，主要优点有： ( 1 ) 施工期对现有交通干扰小，可基本维持现有高速公路的功能； ( 2 ) 施工质量相对易于控制和保证，技术风险小； ( 3 ) 新路部分可采用以桥代路，适应性较强； ( 4 ) 支线上跨桥梁可最大程度地得到利用，减少废弃工程量： ( 5 ) 能较好解决直接拼接所引起的主线桥桥下净高不足问题； ( 6 ) 有利于形成快速+ 集散的交通组织方式，提高整条道路的通行能力。 主要缺点有： ( 1 ) 用地较多，工程直接投资相对较高； ( 2 ) 快速车道与集散车道之间车辆转换的灵活性受到一定的限制。 ( 3 ) 总车道数不超过八车道时，分离方式总的断面通行能力不如直接拼接方式的总 断面通行能力强。 总体比较认为，单纯从降低工程拼接难度、降低交通组织难度的需要采用分离改扩 7 第= $ 高速。路改r 建方式! 特n * 建方式不具优势。 方案设计时，拼接加宽和分离加宽并不完全孤立使用，根据不同路段的具体情况， 可联合使用。 4 混合加宽：是以上三种加宽方式中的两种或两种以上组合形式。这种加宽方式 由于几何线形发生扭曲，平面线形须重新拟台。 2 2 2 高速公路改扩建方式的选择 通过上述比较可见，各种改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直的改扩建方式，灵活选择改扩建方案。下面是由 两种基本改建方式形成的三种改建方案。 1 方案( 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 式断面。 阁倒f c 眦自御 f c n m m 图2 1 双侧直接拼接为主、局部分离为辅图 2 方案二( 双侧分离式改建为主、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， 路段交通量大的改建工程，同时可结合改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。 k 安人学碰i 擘位论文 l 丛趔盐竖丛 凹型i 生篮坠l 丛趔生墨丛一 瑚蟛：n h t o n n n h 圈2 0 取储分离为主、局部双侧拼接为辅 3 方案三f 总体单侧分离、局部双侧分离或直接拼接1 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 双向八车道标准，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。 l垫鲤堂垒塾1 丘篮缝撞丛l 垫堡堂邑丝 i 蝌恻：f m n - * 图总体单侧分离、局部直接拼接 对于无出入口要求、但必须采用分离的路段，如特大型桥梁、蒸发池、取土坑、地 基处理极为困难而导致新老路基无法直接拼接的路段，可采用双侧分离扩建方式。对于 地形和地质条件好、构造物拼接容易、由于功能性需要如互通式立交最大间距限制等必 须直接拼接的局部路段，宜采用直接拼接式断面“。 22 3 高速公路改扩建施工方式 高速公路改扩建箍工主要包括以下6 种方式： 仝封闭式施工 全封闭式施工是将高速公路施工路段原有交通全部分流到其他道路之后，组织实施 改扩建工程。该方案相当于新建工程施工，施工期问主要考虑施工车辆的交通组织，适 用于有平行道路作为主要分流道路，且路况较好的情况。其优点是便于控制和缩短工期， 施工安全和交通安全易于保证，施工现场基本不需要交通疏导人员；缺点是对分流道路 产生了很大的交通压力尤其是平行道路对沿线经济社会负面影响较大。沈大高速公 第二章高速公路改扩建方式及交通特征分析 路改扩建采用了此方式。 半幅封闭式施工 半幅封闭式施工一般是封闭高速公路半幅，施工事项主要在该幅进行，该方式分为 半幅分流施工和半幅双向行驶施工两种情况。半幅分流方案适用于有平行道路的高速公 路，适用于施工路段较长的工程项目，采用此形式时，可提前将平行道路的行车道重新 划分，以适应车辆行驶方向不平衡的交通要求；半幅双向行驶施工适用于施工路段较短 或交通量较小的情况，养护工程多数运用该方式施工。半幅封闭式施工优点是施工现场 干扰小，施工安全易于保证；缺点是对平行公路产生较大的交通压力，同时降低了高速 公路的服务水平，存在安全隐患。 全幅区分车型分流施工 全幅区分车型分流施工是限制部分车型驶入高速公路，将部分车辆分流至其他道路 之后组织施工。优点是能够兼顾高速公路和分流道路的通行能力，可实施双侧施工，工 作面大，工期稍短；缺点是安全性较差，一般要求车辆限速通行，需要配备必要的交通 协管人员进行交通管制。已竣工的沪宁高速公路改扩建工程采用了该方式，拟建的潼关 至宝鸡改扩建工程推荐采用此方式。 半幅区分车型分流施工 半幅区分车型分流施工是限制部分车型驶入半幅高速公路，将单向部分车辆分流至 其他道路之后组织施工。半幅车型分流道路可以是平行道路或其他道路，也可以是对向 半幅高速公路的部分断面。此方案的主要优点是减轻了分流道路和扩建半幅的交通压 力；缺点是对半幅路面施工有交通影响，工期稍长，施工期间交通组织复杂。 开放式施工 开放式施工是在不实施交通管制的情况下组织施工。一般适用于交通量较小的路 段，多数适用于路基施工。优点是不影响既有交通的出行路线和出行习惯，缺点是施工 干扰和交通干扰较大，尤其是路面施工期间存在安全隐患。 组合式施工 组合式施工是在工程实施过程中采用上述施工方案中的两种及两种以上方式组织 施工。上述施工组织方式在具体项目中都已得到了实施，各有利弊，一般高速公路改扩 建的全过程，不宜采用单一的施工组织方式，应根据改扩建项目的实际情况灵活采用， 可根据进展情况确定不同的施工方案，也可以在某单项工程施工时采用组合方案，还可 以根据不同路段的特殊性采用不同的施工方案。例如，在路基施工阶段采用开放式施工， 1 0 长安人学硕+ 学位论文 路面施工阶段采用全幅区分车型分流旌工，半幅路面施工完成之后可采用半幅封闭式施 工或半幅区分车型分流施工n 2 3 。 2 3 高速公路改扩建交通特性分析 2 3 1 改扩建高速公路交通流特性 1 交通量特性 高速公路主线一天2 4h 中，各个路段每个小时的交通量都在不断地变化，高峰小时 内的交通量称为高峰小时交通量。为了能准确制定改扩建工程期间的交通组织方案，必 须要了解改扩建工程施工期间的交通量特性，对拟改扩建高速公路交通量特性进行分 析，包括交通量的时间和空间特性。图2 4 给出了西潼高速公路断面交通量图。 图2 4 西潼高速公路断面交通量图 从各断面交通量统计可以得到西潼高速公路交通量的如下特性： ( 1 ) 交通量的分布大致成线性增长，越靠近西安市，断面交通量越大，这一方面 与西安市作为西北第一大城市的较强的聚集效应有关，另一方面与西潼、西宝线作为国 家高速公路网东西向主要通道以及关中区域东西向唯一高等级公路有密切关系。 ( 2 ) 西潼高速公路的最大断面交通量位于灞桥一豁口段，单向最大为3 0 3 8 4 p c u ， 双向合计为5 9 5 6 5 p c u 。高速公路通行能力为日3 0 0 0 0 - 5 5 0 0 0 p c u ，由此推断此段己接近 甚至在某些时段已经超过饱和流量。 根据西潼高速公路断面交通量特性，需要分段考虑不同的交通组织方案。 2 交通组成特性 交通组成是指在高速公路上各种类型车辆所占的比例，车型一般分为小车、中车和 第一章岛速公镕改女建方式厦交通特征分析 大车三种。国2 5 给出了潼宝高速公路西潼段交通组成图。 囤2 5 渣宝高速公路西潼段变通组成图 由上图可以清楚看出，渣宝高速公路西安至渭南西段交通组成情况。小车占5 5 左 右的比例，靠近西安市的路段，客车比例较高。说明路段以小型车为主，中、大型车也 占有相当比例，这可以作为高速公路改建期间制定交通分流方案的依据。 3 珩车速度特性 采用人工调查方法，对潼宝高速公路西安至渭南西段k 1 9 + 2 5 0 的地点车速进行了调 查，掌握西安至渭南西段地点车速分布规律及车速变化趋势，确定改扩建工程施工区道 路限制车速标准，同时作为设置施工区交通限速标志的依据，调查结果见表2 1 。 表2 1 西安至渭南段车辆平均车速 车道 平均车速( k m h ) 地点速度平均值 小客大客小货中货大货特大货 ( k m h ) 超车道9 229 59 17 88 28 29 54 行下道9 88 47 27 47 37 l _ 6 从表2 1 可知小车行驶速度大于中、大型车，保持较高的行驶速度，且上下行方向 行驶速度差别不大。 4 交通密度 交通密度是指一条车道上车辆的密集程度，即在某一瞬间内单位长度一条车道上的 车辆数，又称车流密度，用k 表示。高速公路车流密度难以直接调查到，一般先调查交 通量q 和区问平均车速，再用公式2 1 求得。 k 。旦( 2 1 ) v s 交通密度可以作为高速公路基本路段服务水平分级的关键性参数，根据交通密度的 大小将服务水平分为四级，表2 2 给出根据密度大小的服务水平分缴。 长安人学硕 ：学位论文 表2 2 根据交通密度大小的服务水平分级 服务水平分级 四 密度0 c m 拥l n ) s1 2 s1 9s 2 6 s 4 2 2 3 2 道路特陛分析 高速公路改扩建工程施工期间道路与正常情况下路况相比较，道路特性发生了较大 的变化，如道路周围环境、道路线形、行车道数量和宽度、路侧净空、路面平整状况、 路侧护栏、交通标志标线等。 1 道路周围环境 高速公路是全封闭型的，控制外来车辆、行人的出入，车辆行驶不受到横向干扰。 但在改扩建工程施工期间，道路周围环境发生了显著变化，封闭高速公路的围栏首先会 被拆除，在高速公路两侧修筑施工便道，施工人员和附近居民时常图方便穿越高速公路， 对过往车辆形成一定的干扰。 2 道路线形 道路线形与车辆行驶的安全、车速、顺畅程度密切相关，道路线形还对驾驶人的视 觉、心理形成一定的影响。在改扩建工程施工期间，要经常封闭部分车道施工，行驶车 辆被迫多次换车道行驶，改变了原行驶路线，影响到车辆的行驶车速和顺畅程度。 3 行车道数量和宽度 在公路设施中，车道和宽度对交通流有显著影响，尤其在混合交通流中，由于不同 车型的车身宽度差异，车道狭窄会导致行驶车辆在横向的阻抗增大，特别是在超车过程 中车流运动会受到限制，驾驶人只能寻找较大的纵向空隙来维持车流运动的平衡。高速 公路改扩建工程施工期间，为维持通行状态下施工，就不可避免地要减少或压缩行车道， 留出足够的施工场地，因而大大降低了道路的通行能力。 4 路侧净空 为能保证有足够的施工场地，充分利用道路资源，改扩建工程施工期间，特别是加 宽路面施工时，大大减少路侧净空，甚至为零，这个时候必须考虑道路通行能力的折减。 5 周围路网结构 区域路网作为一个整体，在平面上所显示出的图形一般有以下几种：三角型、棋 盘型、并列型、放射型、扇型、树权型、条型。要制定出合理的改扩建期间交通分流方 案，就必须要了解改扩建高速公路所在区域的路网结构。 1 3 第一二章高速公路改扩建方式及交通特征分析 一般如果条件许可，为了满足路网能够四通八达和达到效益最佳的要求，通常区域 路网宜成环状。因此，我国的国道网是采用了放射和网格相结合的图式。 2 4 改扩建期间道路通行能力分析 道路通行能力是道路能够疏导或处理交通流的能力。即在一定的时段( 通常取1 5 m i n 或l h ) 和正常的道路、交通、管制以及运行质量要求下，道路设施通过交通流质点的能 力。通行能力实质上是道路负荷性能的一种量度，它既反映了道路疏通交通的最大能力， 也反映了在规定特性前提下，道路所能承担车辆运行的极限值。通行能力一般以v e h h ( 辆小时) 、p c u h ( 当量标准小客车, b 时) 表示，基本单位是p c u h l n ( 当量小客 车小时车道) n 朝。 改扩建期间道路交通条件与一般路段明显不同，交通流的运行受多种因素的干扰， 比一般路段要复杂的多，因此其通行能力分析也较为复杂。本文研究采用基于施工区基 本通行能力修正模型( 乘法修正) 的分析方法来计算改扩建期间高速公路基本路段的通 行能力。 2 4 1 施工区基本路段通行能力 2 4 1 1 高速公路改扩建施工区通行能力界定 美国h c m 2 0 0 0 ( 道路通行能力手册2 0 0 0 版) 中对道路通行能力的定义为：在一定的 时间间隔和正常道路、交通和管制条件下，一条道路或一个车道的一点或一个标准断面 应能通过的行人或车辆的最大小时流率。 国外在以前的公路工程施工区通行能力研究过程中，针对高速公路改建工程施工区 通行能力的界定，提出了多种方法。p e n n s y l v a n i a 州的一项研究则将观测到的最大的5 分钟流率转换的小时交通量作为改建工程施工区的通行能力；n o r t hc a r o l i n a 州的研究 定义改建工程施工区的通行能力为道路交通流迅速由非拥挤流状况转变为拥挤排队状 况时的流率，并且应用速度一流量曲线来标定通行能力值n 5 1 ，它的定义接近h c m 2 0 0 0 中对一般道路通行能力的定义，它采用的是正常条件下的拥挤流状态交通流率作为改建 工程施工区通行能力。y ij i a n g 在对i n d i a n a 州四条高速公路改建工程施工区进行了1 2 次观测，观测结果表明高速公路交通流在由非拥挤流转变为拥挤流时，总是伴随着平均 车速的骤减。因此，他将高速公路交通流在转变为持续低速紊流前的交通流率作为改建 工程施工区的通行能力。 1 4 长安人学硕上学位论文 丌i ( 美国德州交通工程学会) 界定高速公路改建工程施工区通行能力为交通拥挤条 件下的小时交通流量n 剐，符合高速公路改建工程施工期间车辆通行“通而不畅的原则， 这对制定高速公路改建工程施工期交通组织方案有实际意义，因此本文也采用该定义来 界定施工区的通行能力。 2 4 1 2 影响高速公路基本路段通行能力的因素及修正系数 高速公路基本路段单车道通行能力是按照最大服务交通量乘以影响通行能力的修 正系数来计算。参考基本路段通行能力的计算方法，施工区通行能力也可以采用影响因 素修正模型来进行计算。首先分别研究单个因素对目标变量的影响，然后在此基础上研 究受各种因素影响的施工区通行能力的数学模型。 高速公路是全部控制出入、全立交的，因此受横向干扰的影响很小，故影响基本路 段通行能力的主要因素为道路条件、交通条件和驾驶人条件。具体地说，包括道路几何 条件( 车道宽度及侧向净宽) 、交通组成( 大型车混入率) 、驾驶人状况等因素。高速公路 改扩建期间影响其通行能力的还有施工作业活动。施工区车道封闭状况的不同对高速公 路通行能力的影响也不同。 1 行车道宽度和侧向净空 与高速公路基本路段通行能力修正一样，施工区开放车道宽度对其通行能力有一定 的影响。一般认为，当车道宽度达到某一数值时其通过量能达到理论上的最大值，当车 道宽度小于该值时，则通行能力降低。 侧向净空的影响包括左侧路缘带和右侧路肩宽度的影响，根据实际调查表明左侧路 缘带宽度和右侧路肩宽度小于某一数值时( 理想条件规定的数值) 会使驾驶人感到不安 全，从而降速、偏离车道线，使旁侧车道利用率降低。不同的施工方式和施工阶段，对 行车道宽度的影响不同。例如，有中央分隔带的4 车道公路半幅双向行驶施工中车辆对 向2 车道行驶，侧向净空严重受到影响，甚至下降到0 m ，对道路通行能力影响比较大， 所以一般适用于施工路段较短或交通量较小的情况。故当左侧路缘带宽度和右侧路肩宽 度不足时应予以修正，其修正系数见表2 3 所示n 劓。 2 大型车辆 我国高速公路交通量构成小汽车较低，而大、中型货车构成较高。高速公路交通量 车型构成复杂，车型之间的性能差距大，动力性能差是造成我国高速公路上车速较低的 主要原因。这是因为混合车流中的大中型车和特大型车由于速度较慢，它们在交通流中 第二章高速公路改扩建方式及交通特征分析 表2 3 车道宽度和侧向净宽修正系数f w 行车道一边有障碍物行车道两边有障碍物 侧向净宽m 车道宽度m 3 7 53 5 03 7 53 5 0 有中央分隔带的4 车道公路( 每边有2 个车道) 芑1 7 51 0 00 9 71 0 00 9 7 1 6 00 9 9o 9 60 9 90 9 6 1 2 0o 9 90 9 60 9 80 9 5 0 9 00 9 8 0 9 50 9 6o 9 3 0 6 00 9 70 9 40 9 40 9 l o 3 00 9 30 9 0o 8 70 8 5 oo 9 00 8 70 8 10 7 9 有中央分隔带的6 或8 车道公路( 每边有3 或4 个车道) 1 7 51 0 00 9 61 0 0o 9 6 1 6 0o 9 9 o 9 5 0 9 9o 9 5 1 2 0 o 9 90 9 5o 9 80 9 4 0 9 00 9 80 9 40 9 70 9 3 o 6 00 9 7o 9 30 9 60 9 2 0 3 00 9 5 0 9 20 9 3 8 70 8 9 00 9 40 9 1 o 9 10 8 7 的比例越大，对小型车的运行速度的影响就相应增加。特别是在中、高密度时，如果车 队头车为一慢车，由于此时超车机会有限，动力性能较好的小车无法以期望车速行驶， 只能以接近于慢车车速的速度行驶，导致整个交通流速度偏慢，通行能力的降低。故应 对重车进行通行能力修正。对于重车修正系数知，采用h c m 2 0 0 0 推荐的公式( 2 2 ) ： 知。雨葫 q 2 式中，交通流中的重车比例；重车的当量小汽车换算系数； 3 驾驶人对环境的熟悉程度 1 6 长安大学硕j ：学位论文 高速公路改建工程施工期间，道路条件、交通条件、交通控制条件以及交通标志、 标线设置都会发生变化，这些变化降低了驾驶人对道路环境的熟悉程度，在判断、操作 上都比正常情况下要谨慎、注意力要更加集中，行车速度受到影响，对作业区通行能力 也将产生影响。根据驾驶人的对高速公路熟悉程度，尤其是在高速公路改扩建工程施工 区或其相似的路段上的行驶经验以及驾驶人的健康状况，在0 9 0 1 0 0 范围内取值。 4 施工区长度 高速公路改建工程作业区长度越长，意味着工作强度越大，驾驶人需要更加谨慎的 驾驶，导致车流速度降低，对作业区通行能力产生影响，