（道路与铁道工程专业论文）既有路基宽度下提高通行能力技术研究.pdf

摘要 交通运输适应经济发展是一个持续的动态过程，随着经济的发展，原有的适应 又被新的需求打破，高速公路的发展也不例外，其与社会经济发展呈现适应一不 适应一适应的一种发展态势。当社会经济发展水平对高速公路的要求与高速公路 系统特有的运输特性相适应时，高速公路的运力资源将得到充分发挥，取得良好 的经济效益和社会效益，反之则影响社会经济的发展。由于路网的规划和发展， 需要在原有高速公路的基础上进行改扩建以缓解日趋紧张的交通压力。 本文通过通行能力的影响因素和经济效益分析提出了基于以上两种因素下的 改扩建的时机。应用道路工程、交通工程、交通心理学、透视学和统计学的知识， 通过对重庆市内环高速公路多个点的车辆轨迹的大量调研，通过数学分析，建立 了不同车型下( 三种情况：小型车与小型车、小型车与大型车、大型车与大型车) 车辆进行相互超越时的车辆间距与车速之间的关系模型，结合国内外研究的经验 给出了不同速度下不同车型在相互超越时的安全距离的取值，最终得到不同车型 在相互超越时的车道宽度安全取值；以同样的方法建立车辆车速与中央分隔带护 栏的安全间距关系模型，得到了在不同设计车速下左侧路缘带安全宽度的取值； 对窄硬路肩的设置合理性做了分析，为增加安全性，提出了港湾式停车带的设置 建议；结合中央分隔带和土路肩的作用，给出了其设置的合理宽度。 通过对重庆市内环高速公路不同车道的车速调研，结合事故率与车速的离散性 及事故严重程度与运行车速的关系分析，对多车道不同交通量下大车对三个车道 的使用率，提出了多车道下交通组织管理方案。 本文以重庆绕城高速公路为依托工程，结合结合重庆绕城公路情况及一些规范 规定，给出了中央分隔带及硬路肩的宽度取值范围，在八车道交通组织管理方案 的基础上，在不同的车型组合下给出了重庆绕城高速公路单向四车道的车道宽度 取值，结合车道宽度与左侧路缘带的关系，提出了重庆绕城公路六车道改为八车 道方案，通过道路交通仿真，对多车道下不同车道宽度通行能力做了分析，确定 方案达到了提高通行能力的目的。 关键词：高速公路；车辆安全间距；回归分析；八车道交通组织；交通仿真 a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o nt oa d a p t t oe c o n o m i cd e v e l o p m e n ti sa r ts u s t a i n a b i l i t yp r o c e s s ，w i t h t h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h eb a l a n c eo ft h ep r o v i d e da n dr e q u i r e m e n t sw i l lb eb r o k e n a g a i n ，t h ed e v e l o p m e n t o f h i g h w a y i sn o e x c e p t i o n w i t h t h es o c i o e c o n o m i c d e v e l o p m e n tt h eb a l a n c eo ft h ep r o v i d e da n dr e q u i r e m e n t si sa l w a y su n s t a b l e w h e nt h e sb a l a n c ei s w o r k i n g ，t h eh i g h w a y sc a p a c i t yr e s o u r c e sw i l l b cf u l l ym a d eg o o d e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ，o t h e r w i s en o tb ec o n d u c i v et ot h es o c i o e c o n o m i c d e v e l o p m e n t c o n s i d e rt h er e a s o n sf o r t h ee c o n o m i ca n dl a n dc o n s e r v a t i o n ，m a n ya r e a s a r em o r el i k e l yt or e n o v a t eb et h ee x i s t i n gh i g h w a y i nt h i sp a p e r , p r o p o s e dt h et w om e t h o d st od e t e r m i n et h es u i tt i m et or e n o v a t eb e t h ee x i s t i n gh i g h w a yb a s e do nt h et r a f f i cc a p a c i t yo ft h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dt h e e c o n o m i ca n a l y s i so fp r o p o s e d a p p l yr o a de n g i n e e r i n g ，t r a f f i c e n g i n e e r i n g ，t r a f f i c p s y c h o l o g y , p e r s p e c t i v ea n d s t a t i s t i c a lk n o w l e d g e ，t a k eal o to fr e s e a r c ho nv e h i c l et r a c k i nm u l t i p l ep o i n t so ft h ec h o n g q i n gn e i h u a nf r e e w a y , t h r o u g hm a t h e m a t i c a la n a l y s i s ， e s t a b l i s h e dr e l a t i o n sb e t w e e nt h es p a c eo fv e h i c l e sa n dt h es p e e do fv e h i c l e sw h e n d i f f e r e n tv e h i c l e sb e y o n de a c ho t h e r ；e s t a b l i s hr e l a t i o n a lm o d e lo fv e h i c l es p e e da n d c l e a r a n c eb e t w e e nt h er u n n i n g _ v e h i c l ea n dg u a r d r a i li nt h es a m em e t h o d ，o b t a i n e d s a f e t yw i d t ho fl e f ts i d es t r i pu n d e rd i f f e r e n td e s i g ns p e e d ；a n a l y s i st h er a t i o n a l i t yo ft h e n a r r o wp a v e ds h o u l d e r , t oi n c r e a s es e c u r i t y , r e c o m m e n d e dt h es e to fh a r b o u rp a r k i n g s t r i p c o m b i n e dt h ef u n c t i o no fm e d i a ns t r i pa n ds o i ls h o u l d e r , g i v e ni t sr a t i o n a lw i d t h t h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h es p e e do fd i f f e r e n tl a n ei nt h ec h o n g q i n gn e i h u a n f r e e w a y , a n a l y s et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea c c i d e n tr a t ea n dd i s p e r s i o no ft h es p e e d a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na c c i d e n ts e v e r i t ya n dr u n n i n gs p e e d ，c o m b i n i n g 、v i t l lt h e u s a g eo ft h ed i f f e r e n tl a n e s ，p r o p o s e do r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tp r o g r a mu n d e rt h e e i g h t - l a n ef r e e w a y i nt h i sp a p e r , r e l y i n go nc h o n g q i n gw a i h u af r e e w a y , p r o p o s e ds o m ep r o g r a m so f c h a n g i n gs i x l a n ei n t oe i g h t - l a n ei nt h es a m ew i d t ho fb a s e do nt h es t a n d a r da n dt h e a n a l y s i so ft h es a f e t ys p a c e a n a l y z em u l t i l a n et r a f f i cc a p a c i t yo fd i f f e r e n tw i d t ho f l a n et h r o u g ht h er o a dt r a f f i cs i m u l a t i o n i d e n t i f yt h ef e a s i b l eo fr e n o v a t i o na n d e x p a n s i o np r o g r a m k e y w o r d s ：s a f e t ys p a c e ；f r e e w a y ；r e g r e s s i o n ；t r a f f i co r g a n i z a t i o n ；t r a f f i cs i m u l a t i o n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：诵意怒 日期：阳，o 年中月日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：枸京怨 日期：物7 d 年年月一日 指导教师签名 日期：沙l 阵 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：桶曩超 日期：圳d 年垆月f6 日 第章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 问题的提出 为更好地突出城乡统筹发展，体现以城市带动农村城乡统筹发展理念，未来5 年内，重庆主城区域将扩充至绕城高速公路。届时，与“八射 一起，绕城公路 将变成重庆主城与周边组团城市之间的快速通道，其功能类似于今日的内环高速 公路，即内环高速公路的今日即为绕城高速公路的明天。根据内环高速公路的交 通发展经验，在开放交通初期，交通量会比较小，但后期局部路段交通量会增长 迅速，特别是纳入年票制以后，交通量会出现跳跃式猛增。为适应交通量的这种 增长，特别是考虑重庆市城乡统筹发展需要，及早做好通行能力储备，是绕城高 速公路需要考虑的因素之一，此时，绕城高速公路及其与内环之间的“八射 将 形成新的城市快速通道。 绕城高速公路作为城市外层道路，连接了城市主要出口道路，对优化城市路 网配置和交通快速集散有着重要的作用。同时绕城公路承担了来自各方向的过境 交通。 对于大城市，特别是交通枢纽城市，设置绕城公路是需要的，但绕城公路由 于其地处城市附近，受城市总体现状及规划、路网规划，以及各种既有设施影响 较大，土地资源也受到限制，因此横断面的布置形式需要灵活考虑。 随着经济的快速发展，重庆车辆持有量将增加，将会带来一些地区交通量的 增加，随着交通量的不断增加，现有高速公路的通行能力将不能满足现有的交通 量，必将影响了道路的服务水平和交通安全，同时不利于经济的发展，对于重庆 绕城公路来说，不利与城乡统筹的发展；由于新建公路投资大、耗时长、占用土 地资源多等原因，结合重庆市规划考虑在灵活运用标准的基础上保持路基的已有 宽度对道路进行改扩建。 根据重庆市道路路网的发展，重庆主城区的扩大，因此根据远景考虑，绕城 高速公路远期的功能和类别与近期都将有所不同，其设计依据也将有所变化，需 要考虑以城市快速路的标准进行设计。 1 1 2 研究目的和意义 节约土地资源。充分利用原有路基和路面，在不征用土地的前提下，挖掘并 发挥路面的最大潜能，提高道路的通行能力。 通过道路横断面的各部分对安全和通行能力研究，灵活应用标准，对一些标 准要放松控制，以充分利用现有的道路资源，最大限度地减小工程量，节约占地， 2 第一章绪论 充分应用旧路资源，降低工程造价。 通过降低造价公路设计指南对准六车道高速公路的效益分析，说明此种 扩建方式具有较强的可行性。 降低造价公路设计指南对路基宽度为2 8 o i i l 四车道高速公路和路基宽度为 2 8 0 m 的准六车道高速公路、路基宽度为3 4 5 m 的标准六车道高速公路的通行能力、 投资分别估算，并进行了对比，得到以下结论： 表1 1 不同横断面设置下单位投资对比 t a b l 1u n i ti n v e s t m e n tc o m p a r i s o nb e t w e e nd i f f e r e n to f r o a dc r o s s s e c t i o n 标准四车道路基宽2 8 o m准六车道路基宽2 8 o m标准六车道路基宽3 4 5 m 通行能力( p c u d ) 5 5 0 0 07 5 0 0 08 0 0 0 0 投资( 万元k i n ) 4 0 0 04 2 0 05 0 0 0 单位投资通行能力 1 3 7 51 7 8 61 6 0 0 从上表中可以看出，准六车道高速公路较四车道高速公路通行能力提高约 3 6 0 5 ，而投资仅多5 。标准的六车道高速公路较四车道高速公路的通行能力提高约 4 5 0 5 ，但其路基宽度多6 5 m ，工程规模及占地较大，工程造价高约2 5 ，相对而言， 准六车道单位投资通行能力最大。 高速公路扩建项目不同于新建项目，缺乏成熟的规划、设计、建设等理论体 系和操作规程，本文的研究旨在交通基本理论的基础上，探讨、研究、改进现有 理论方法中的缺陷和不足，针对重庆绕城高速公路的特点，结合多车道运营管理 模式，使得改扩建规划设计更加科学、合理、符合实际。 1 2 国内外研究状况 回顾高速公路的发展历史，国内外对区域经济与交通需求、交通运输与路网 结构、土地利用与交通发展、道路通行能力与交通规划以及安全管理与交通控制 等方面从不同层面进行了深入系统地理论体系研究，这为本文的研究提供了坚实 的理论基础和实践依据。 1 2 1 国外研究状况 国外由于早在3 0 年代就开始修建改造高速公路，对于高速公路的改造升级有 了比较完备的认识，随着技术的进步和对于环境的重视，国外高速公路改造也由 过去的简单的考虑交通功能的满足的思维模式转变为考虑交通、生态、环境、经 济、技术、社会影响等综合效益的改建模式。 第一章绪论 3 美国在高速公路建设上取得的成就是有目共睹的，随着经济的发展，交通量 的不断增加，7 0 年代中期以后至8 0 年代中期，美国面临了一轮大规模的高速公路 改造。这期间，对扩建方案的研究主要集中在具体项目中的工程技术领域。随着 对道路扩建问题总结的深入，1 9 8 3 年在由t r b 组织在美国召开了公路扩建工程专 题国际会议，该会议比较完整的总结和集中了发达国家近1 0 来年对高速公路扩建 的技术方法。但会议主要集中在结构拼接和施工方法上的总结。在8 0 年代末之后 到今天，在发达国家，环境与公共关系对道路改建项目的重要性越来越突出的体 现出来，国外研究越来越多的侧重于扩建项目如何减少对自然环境和公众生活的 影响，如何与公众有效的沟通，如何利用先进技术参与工程等问题。 美国各地有许多计划从事高速公路采用较窄车道的各种研究试验，有一项关 于休士顿第5 9 号洲际公路的典型研究，该段全长2 5 英里( 4k m ) 的高速公路， 为改善交通高峰期间的拥挤状况，将各车道的宽度改为1 0 5 英尺( 3 2m ) ，用以 增加车道数。该段高速公路在1 9 7 6 年5 月，耗资3 8 8 0 0 美元，将车道宽度重新 改划，项目实施后，情况相当良好，日交通量和高峰小时交通量都有明显的增加， 高峰期的交通延误也有一定的减少，且事故率有明显的下降。 在欧洲一些国家，在原有路基宽度下的扩容方式来达到增加道路的通行能力 目的的改扩建方式也已经有一些应用，例如德国6 4 3 号高速公路，部分路段利用 硬路肩作为行车道；荷兰某公路也利用硬路肩来作为行车道。 分析国外研究现状，不难发现交通发达国家普遍偏重于交通基础理论研究， 对于高速公路改扩建应用研究较少。这主要在于国外高速公路建设标准起点较高， 社会经济发展和交通运行状态相对成熟、稳定；土地等资源相对丰富，改扩建形 式灵活多样。 1 2 2 国内研究状况 随着我国交通运输业的发展，结合多年来高速公路的管理运行经验及节省土 地资源的考虑，所以提出国内原路基宽度下的车道数量的扩增，目前国内已有部 分省市高速公路采取了既有路基宽度下增加车道数量来提高道路的通行能力，例 如：河南南邓高速公路，杭州、山西等省市也有类似的案例。 国内外一些准六车道高速公路应用案例： 云南安宁至楚雄高速公路； 首都机场高速公路； 山西大运高速公路部分路段： 北京八达岭高速公路，4 车道改为6 车道； 国内典型案例简介我国山西某高速公路准六车道已投入运营，其路基宽度及 横断面的设置为：四车道标准路基宽度2 8 m 加宽至2 8 5 m ，2 6 m 宽度不变，调整横 4第一章绪论 断面各组成部分的尺寸，将行车道数由双向四车道调整为“准六车道 时高速公 路横断面布置图见图1 1 所示。 中 央 土硬 路分路硬土 路路 缘隔缘路路 肩肩 带带带肩肩 足酃q q 王x j z 墨 i z 5 口q q z 嗣 3 x 王z 墨 4q q z5 l ( 3 0 ；( 2 ；) 行车道 ? 5 0 i 2 5c ：) 行车道i 2 5 ) 1 5 6 ) 厂e = = = 二= = = 当_ + = 二二二= 二= 弋 括号内数字为2 6 m 路基宽度值 图1 1 山西某高速公路2 8 5i i i 、2 6i l l 准六车道横断面布置图 f i 9 1 1t h es i x - l a n eh i g h w a yo f2 8 5m 2 6ms u b g r a d ei ns h a n x i 通过对国内外现状的分析，随着交通量的发展及公路路网的规划，城市的发 展，建设资金的投入和改扩建的可行性综合考虑，这种道路扩建的方式将会越来 越多。 1 3 主要研究内容及技术路线 1 3 1 主要内容 本文研究将应用道路工程、交通工程、交通心理学、汽车行驶理论等知识， 以重庆绕城高速公路为依托，对多车道情况下道路的横断面进行规划、设计，主 要有以下主要内容： 结合工程可行性报告对重庆绕城高速公路通行能力和服务水平做了分析。 结合交通量预测理论，给出了基于服务水平和经济效益基础上的改扩建时机模型； 通过对重庆市内环高速公路多个点的车辆轨迹的大量调研，通过数学分析， 建立了不同车型下( 三种情况：小型车与小型车、小型车与大型车、大型车与大 型车) 车辆进行相互超越时的车辆安全距离与车速之间的关系模型，结合国内外 研究的经验给出了不同速度下不同车型在相互超越时的安全距离的取值，最终得 到不同车型在相互超越时的车道宽度安全取值； 根据美国高速公路运营管理手册的经验，结合标志标线设置规范，给出了 重庆绕城高速公路单向三车道与单向四车道之间的衔接段设置； 第一章绪论 5 通过对重庆市内环高速公路不同车道的车速调研，结合事故率与车速的离 散性及事故严重程度与运行车速的关系分析，结合在不同交通量下大车对三个车 道的使用率，分析多车道下高速公路车辆运行状况： 结合重庆绕城公路情况及一些规范规定，提出了中央分隔带及硬路肩的宽 度取值范围，在八车道交通组织管理方案的基础上，在不同的车型组合下得到的 车道宽度安全限值的基础上，给出了重庆绕城高速公路在现有路基宽度下单向四 车道的设置方案； 通过道路交通仿真，对已提出的方案进行通行能力的分析，确定方案达到 了提高通行能力的目的。 本课题数据由大量的调研和仿真得到丰富的数据。 1 3 2 研究的思路及技术路线 研究思路： 1 ) 首先将车辆进行车型划分，主要分为普通车和大型车； 2 ) 确定不同车型在进行超车时对车辆两侧宽度的分布； 由于驾驶员技术及车辆的性能的不同，车辆在进行超车时，车辆与两侧物体 间距的随机性，因此需要确定不同车道车辆进行超车时与两侧物体间距的概率分 布。 3 ) 通过数据分析，进行回归的得到道路横断面各几何要素安全取值。 4 ) 得到方案后进行交通仿真，看是否达到提高道路通行能力的最好的效果。 论文的技术路线见图1 2 。 6 第一章绪论 交通工程设置分析 论文结论与展望 图1 2 论文流程图 f i 9 1 2f l o wc h a r to f l ep a p e r 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 7 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 公路通行能力反映了公路设施在保持规定的运行质量前提下所能疏导交通流 的能力，是公路规划、设计和运营、管理的重要参数，改扩建的最终目的也是增 加道路的通行能力。 2 1 高速公路通行能力与服务水平 2 1 1 通行能力 公路交通设施的通行能力，定义为在一定时段和通常的道路、交通与控制条 件，以及规定的服务质量要求下，能合理地期望车辆通过车道或道路的一点或均 匀断面上的最大小时流率。 由于不同公路设施的道路条件、交通条件等几乎都不相同，在具体应用时需 要有一种不同公路的通行能力均能与之对比的基本参照通行能力，因此，公路通 行能力按使用性质可分为理想通行能力、实际通行能力和设计通行能力三种。 理想通行能力 在理想的道路、交通、控制和环境条件下，一条车道的均匀路段或典型横断 面上，道路在特定时段内所能通过的最大标准车辆小时流率，也称基本通行能力。 其中，理想条件是指天气良好、路面状况良好、道路使用者熟悉交通设施且 道路中没有任何障碍。理想条件原则上是指对条件更进一步改进时也不能提高通 行能力的条件。对于连续流交通设施理想条件如图2 1 所示。 实际通行能力 已知的公路设施在实际或预计的道路、交通及控制条件下，该组成部分的某 车道或条件基本一致的横断面上，道路在特定时段内( 通常为1 5 m i n ) 所能通过 的最大车辆小时流率。在混合交通的公路上，通行能力以实际车辆数，辆1 1 作为 计量单位。 设计通行能力 在预计的道路、交通和管制条件下，有代表性的一条车道均匀路段或典型横 断面上，在所选用的设计服务水平下，设计道路在特定时段内( 通常为1 5 r a i n ) 所 能通过的最大车辆小时流率。在混合交通的公路上，通行能力以标准车折算数， 即小客车1 1 作为计量单位。 8 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 图2 1 连续交通流设施的理想条件 f i 9 2 1i d e a lc o n d i t i o n so fc o n t i n u o u st r a f f i cf l o w 三种通行能力的定义分别是基于道路、交通管制条件和选用的服务质量要求。 基本通行能力与设计通行能力的主要区别在于前者是在理想条件下的，而后是在 实际( 或预计) 条件下的通行能力；而实际通行能力与设计通行能力的主要区别 在于前者是在不论运行质量情况下的，而后者是在所选用服务水平条件下的通行 能力。因此，通行能力分析既常用确定交通设施在规定的运行质量条件下所能承 受的最大交通量；也可通过通行能力分析了解特定交通需求下，公路交通设施的 运行质量，这样将公路规划、设计及交通管理等与运行质量联系起来，能更加合 理的使用公路建设资金、提高公路工程和汽车运输的综合经济效益。 虽然三种通行能力的划分，并不能完全表达交通运行状况与通行能力的关 系，而且在美国通行能力手册中早已取消了这种定义，但考虑到我国工程设计人 员的多年习惯，并与技术标准中的适应交通量指标相对应，因此，公路通行能力 仍沿用了这三种定义。 公路通行能力作为公路规划、设计与管理的基本依据，贯穿于我国公路工程 建设的各个阶段。通行能力分析的主要作用可以概括为以下四方面： 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 9 表2 1 通行能力分析的主要作用 t a b 2 1t h em a i ne f f e c to f t r a f f i cc a p a c i t ya n a l y s i s 序号应用方面具体实施 根据设计小时交通量和公路设计通行能力的对比，可以提出所设计 公路的技术等级，所需的车道数，以及是否需要设置爬坡车道等。 公路规划设 设计长度内总体服务水平的分析 l 高速公路和一级公路各组成部分( 基本路段，匝道及交织区) 通行 计 能力和服务水平的分析计算后，可得到每一组成部分的服务水平级别， 以了解全线服务水平的差别情况，并从整体出发，作出几何设计上的调 整、改进，并消除潜在的瓶颈。 交通运行分评估现有公路网承受交通需求的适应程度，并通过交通量预测及投资效 2 析 益和环境影响等的评估，规划公路网改善的规模，建设项目和实施步骤。 服务水平分对现有的或潜在的瓶颈路段进行服务水平分析和交通量预测，提出改善 3 析交通运行质量的公路工程和交通管理措施。 根据预测交通量增长情况和分析运行质量变化情况，计划好各阶段交通 4 交通管理 管理措施。 2 1 2 服务水平 服务水平是衡量交通设施提供的运行质量好坏的定性指标。服务水平定义为 衡量交通流内的运行条件及其为驾驶员和乘客提供服务质量的一种衡量指标，通 常与行车速度、行驶时间、驾驶自由度、交通阻塞程度以及舒适和方便程度等因 素有关。需要指出的是，因交通安全程度与许多因素有关，故服务水平并没有考 虑安全因素。 道路服务水平主要反映了道路服务质量或服务对象的满意程度。将服务水平 分为四级： 一级服务水平，交通流处于自由流状态。交通量小，速度高，行车密度小， 驾驶员能自由或较自由地按照自己的意愿选择所需速度，行驶车辆不受或基本不 受交通流中其他车辆的影响。超车需求远小于超车能力，被动延误少。在交通流 内驾驶的自由度很大，为驾驶员、乘客或行人提供的舒适度和方便性非常优越。 二级服务水平，交通流状态处于稳定流的中间范围，驾驶员基本上按照自己 的意愿选择行驶速度，但是开始要注意到交通流内有其他使用者，并可能影响到 行驶速度的选择。相对于一级服务水平而言，交通流中驾驶的自由度较略有下降。 因为交通流中其他使用者的存在，开始影响部分操作，交通设施所提供的舒适和 1 0 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 方便程度已经下降。 三级服务水平，交通流处于稳定流范围下限，但是车辆运行明显地受到交通 流内其它车辆的相互影响，速度和驾驶的自由度受到明显限制。在交通流中驾驶， 要求部分驾驶员切实提高警惕。总的舒适度和方便性明显下降。 四级服务水平，分为上下两半部分。其中上半部分的运行条件等于或接近通 行能力值。所有车辆的速度都降到很低，但运行速度相对一致的水平，交通流中 驾驶的自由度极少，为了适应这种驾驶，一般需要强迫行人或车辆让路。舒适和 方便程度极差，驾驶员和行人受到的阻碍一般都很大。在这个水平上运行通常不 稳定，因为交通流中流量稍有增大或微小波动，都会引起交通阻塞。下半部分是 通常意义上的强制流或阻塞流。这一服务水平下，交通设施的交通需求超过其允 许的通过量，车流排队行驶，队列中的车辆出现停停走走现象，运行状态极不稳 定，可能在不同交通流状态间发生突变。 以上提供的四级服务水平与美国h c m 的六级服务水平相比，一级相当于a 级，二级相当于b 级、三级相当于c 级和d 级，四级相当于e 、f 两级。 2 1 3 影响因素 实际高速公路的道路、交通条件往往不是理想条件，其中对通行能力构成影 响的主要因素包括：车道宽度及侧向净空、车道数量、设计速度、交通组成和驾 驶员总体特性，这些条件的变化都将引起速度一流率一密度关系发生变化。 车道宽度及侧向净空影响当车道宽度不足3 7 5 m 时，车辆行驶时的横 向间距比在理想条件下小。为此，驾驶员将拉大与同向车辆间的行驶间距，或者 降低行驶速度，以保证安全，因此，该路段的通行能力有所下降。当左侧路缘带 宽度和右侧路肩宽度受限时，也会导致类似的情况发生。 车道数量影响当单向车道数量从理想条件下的2 车道变为3 车道或4 车道之后，其通行能力不会按车道数成倍增加。原因在于车道增多，将使交通量 在各车道上的分布发生显著的变化，即使在拥挤的情况下，交通量分布也不均匀。 因此，每增加一条车道，其通行能力增长不到一条车道的基本通行能力，即2 2 0 0 辆小客车h 车道，也就是说平均每车道的通行能力相对于理想条件有所下降。 设计速度影响当设计速度低于1 2 0 k m h 时，高速公路的运行条件将产 生变化。因此，在任何特定的交通量条件下，车速观测值都低于1 2 0 k m h ，其速度 一流量一密度关系曲线和通行能力值也将发生相应的变化。 交通组成影响由于中型车、大型车和拖挂车在外形尺寸和车辆行驶性 能上与小客车存在显著差别：( a ) 中型车、大型车和拖挂车比小客车占用更多的 道路行驶空间。( b ) 中型车、大型车和拖挂车的加速、减速和保持速度的能力低 于小客车。因此，中型车、大型车和拖挂车会在交通流中占用更大的动态空间。 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 1 1 在长距离的持续上坡路段，由于中型车、大型车和拖挂车动力特性比小客车差， 它们不得不减速行驶，导致交通流中出现很大空隙。 驾驶员总体特征影响理想条件之一是驾驶员都是职业驾驶员，当驾驶 员由职业和业余驾驶员组成，或者驾驶员的技术熟练程度、遵守交通法规的程度、 高速公路驾驶经验、对所在高速公路的熟悉程度以及驾驶员健康状况与理想条件 存在差别时，都将使交通流的速度降低，导致速度一流量一密度关系曲线和通行 能力发生变化。 以上是通行能力影响因素对通行能力造成的一般影响，由于我国幅员辽阔， 各地区经济发展水平不一致，所以各影响因素的影响可能因地而异，所以，在通 行能力分析过程中最好对公路通行能力手册的推荐值进行验证，然后再应用， 同样可以通过仿真试验进行分析。 2 1 4 通行能力和服务水平计算 高速公路服务水平为相应的最大交通量与通行能力比，即v c 。 = m s s c , 式( 2 1 ) 式中：m s f 厂实际道路条件和交通条件每车道的最大服务交通量，辆小客 车h 车道； c r 实际设计速度相对应的通行能力值，辆小客车l l 车道。 实际道路条件和交通条件每车道的最大服务交通量m s f d 的计算： m s f d = s f ( f 胛无n ) 式( 2 2 ) 式中：s f - 实际道路和交通条件下，单方向n 条车道的服务交通量，辆l l ； ，胛交通组成影响对流率的修正系数，见公式( 2 4 ) ； p - - 驾驶员总体特性影响对流率的修正系数； 高速公路单向车道数。 1 ) s f 的计算： s f = d d h v 腓：。 式( 2 3 ) 式中：d d w 卜单方向小时交通量，辆i l ； 纠甄，1 5 分钟高峰小时系数，具体取值见表2 2 。 1 2 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 表2 2 不同地区的交通小时系数 t a b 2 2t h et r a f f i c h o u rf a c t o ro fd i f f e r e n tr e g i o n s 地形条件东部地区中部地区西部地区全国平均 平原微丘0 9 3 50 9 2 60 9 2 8o 9 2 7 山岭重丘0 9 0 10 8 7 50 8 4 60 8 7 4 单方向小时交通量，可以通过下式计算得到： d d h v = a a d t k d 式( 2 4 ) 式中： d d h v 预测的单方向设计小时交通量，辆m ： 朋d r 年平均日交通量，辆l l ； k 设计小时交通量系数，具体取值见表2 3 ； d 方向不均匀系数，通常取0 5 ，即按两个方向交通量无明显差异 进行处理。 表2 3 不同地区条件下设计小时交通量系数( 单位) t a b 2 3t h ec o e f f i c i e n td e s i g nt r a f f i cf l o wh o u r l yo f d i f f e r e n tr e g i o n s 公路位置 华北东北 华东中南西南西北 近郊高速 8 o9 58 58 59 。09 5 城间高速 1 2 01 3 51 2 51 2 5 1 3 01 3 5 2 ) 厶矿的计算： 岛= 1 + e p l , ( e 一，- 1 ) 式( 2 5 ) 式中：b 车型f 的交通量占总交通量的百分比： e 车型f 的车辆折算系数；高速公路中车型i 包括中型车、大型车 和拖挂车( 见表2 4 ) 。 3 ) 兀的确定： 驾驶员总体特征的影响是通过修正系数l 来反映的，取值范围在0 8 5 i 0 0 之 间。驾驶员总体特征影响修正系数的使用应该非常谨慎，可以通过调查工作日和 休息日的交通流率和速度来确定该修正系数取值；或通过专家对道路、交通状况 的综合分析，提出合理的修正系数。 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 1 3 表2 4 高速公路基本路段小客车当量值 t a b 2 4e q u i v a l e n tv a l u eo f c a ri nt h ef r e e w a yb a s i cs e c t i o n 流量设计速度( k i n h ) 车型 ( 辆h 车道) 1 2 0 k m hl o o k m h8 0 k m h6 0 k m h 5 0 01 52 5 45 5 0 0 一10 0 02345 中型车 1 0 0 0 15 0 03 o571 0 1 5 0 01 535 7 5 0 02356 5 0 0 1 0 0 04567 大型车 1 0 0 0 1 5 0 0471 l1 3 1 5 0 0259 1 l 5 0 03467 拖挂车 5 0 0 1 0 0 0 5 6 8 1 0 ( 含集装箱)1 0 0 0 1 5 0 061 01 31 5 1 5 0 037l l1 3 计算实际通行能力g ： 首先对速度进行修正： = + a + 式中：实际道路条件下的设计速度，k n 以； 理想条件下的设计速度，l 【i | 1 l l ； 圪车道宽度和路侧净空对设计速度的修正值，l ( i i 汕； 车道数对设计速度的修正值，l 【i r l l l ； 1 ) 车道数对设计速度的修正值： 表2 5 车道数对设计速度的修正值 t a b 2 5t h ec o r r e c t e dv a l u eo fd e s i g ns p e e db a s e do l ln u m b e ro fl a n e s 车道数( 单向) 设计速度修正值，( k i n h ) 40 3 - 4 0 2 8 0 式( 2 6 ) 1 4 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 2 ) 车道宽度和侧向净空对设计速度的修正值： 表2 6 车道宽度和侧向净空对设计速度的修正值圪( k n d h ) t a b 2 6t h ec o r r e c t e dv a l u eo fd e s i g ns p e e db a s e do nl a n ew i d t ha n dl a s e rc l e a r a n c e 设计速度修正值，匕( k m h ) 道路条件宽度( m ) 高速公路一级公路 3 2 5 5 08 o 车道宽度3 5 3 o一3 o 3 7 5 0 o0 0 0 2 53 o 一5 o 左侧路缘带 0 51 03 o o 7 50 o0 0 0 7 55 08 0 1 0 3 o一5 o 右侧路肩 1 5 1 o一3 o 2 00 0 0 o 根据实际条件下的设计速度，通过内插法计算实际设计速度对应的实际通行 力，或通过作图法计算实际设计速度对应的实际通行能力。 表2 7 理想条件下的通行能力参数 t a b 2 7p a r a m e t e r so ft r a f f i cc a p a c i t yi ni d e a lc o n d i t i o n 设计速度( k m h ) 1 2 01 0 08 06 0 通行能力( 小客车h 车道) 2 2 0 02 1 0 02 0 0 0 1 8 0 0 通过以上分析就可以对已知道路条件下的通行能力进行计算和分析，得到道 路实际设计速度对应的通行能力的值。 2 2 绕城高速通行能力分析 2 2 1 道路条件 本依托工程是重庆绕城公路江津到北碚路段6 车道改为8 车道，路线起点位 于北碚区附近，与设计中的重庆绕城公路北段相接，并与渝合高速公路交叉形成 第二章重庆绕城高速公路通行能力和服务水平分析 1 5 北碚枢纽互通，起点桩号k 4 9 + 9 5 0 ，路线终于重庆市九龙坡区与江津市交界的滴 水岩，与拟建的重庆绕城公路南段相接，终点桩号k 1 0 1 + 0 0 0 0 0 ，路线全长5 1 0 6 0 1 公里，路线总体方向为北南走向。 全程采用六车道高速公路标准，设计行车速度1 2 0 公里d , 时，路基宽3 4 。5 米。 行车道宽度2 1 1 2 5 米。桥梁与路基同宽，路基横断面形式：路幅划分为3 米( 中 央分隔带) + 2 0 7 5 米( 左侧路缘带) + 2 3 3 7 5 米( 行车道) + 2 x o 5 米( 右侧路缘 带) + 2 2 5 米( 硬路肩) + 2 0 7 5 米( 土路肩) 。 路线最大纵坡为3 0 ，最短坡长4 4 0 m ，竖曲线占路线比例5 6 5 6 ，全线无 特大桥，大桥1 4 5 6 1 2 米4 座，中桥8 0 9 5 米1 4 座，无隧道。 桥梁断面：大桥及长度5 0 m 的中桥：0 5 m 防撞护栏+ 净一1 5 2 5 m 桥面+ 3 0 m ( 2 0 m ) 中央分隔带+ 净一1 5 2 5 m 桥面+ 0 5 m 防撞护栏。 长度 4 5 1 0 0 2 3 2 高速公路交通量预测 2 3 2 1 预测的理论 预测的任务就是要寻求研究对象发展变化的规律。预测的基本原理大致可归 纳为三个： 惯性原理 客观事物的发展变化过程往往表现出它的续性，通常称这种现象为“惯性现 象 。根据惯性原理，由研究对象的过去和现在的状态，向未来延续，从而预测其 未来状态。惯性原理是趋势外推法的理论依据。 类推原理 许多特性相近的客观事物，它们的变化有相似之处，通过分析类似事物相互 联系的规律，根据己知事物的变化特征，推断具有近似特征的预测对象的未来状 态。类推可以分为定性和定量类推。 相关原理 任何事物的发展、变化都不是孤立的，而是在与其他事物的相互影响下发展 的。事物之间的相互影响常常表现为因果关系。相关原理是回归预测的理论依据。 预测是研究规律的一种科学手段，预测的过程一般以调研为始，获得信息( 情况、 数据、经验) ，经过分析判断，按一定理论和方法，建立和运用模型，推证结果， 用于解决未来问题。预测技术的应用方法多达1 5 0 种以上，主要分两大类：一是定 性预测技术；二是定量预测技术。 定性预测技术。定性预测是在广泛搜集、了解对象的客观背景、基础资料的 基础上，分析、研究对象的发展规律，判断对象在一定时期内的发展趋势，由此 作出对象的发展预测。目前常用的定性预测方法是经验法、类比法等。定量预测 技术。定量预测是指利用成序列的原始数据，借助数学手段，在对原始数据进行 整理、加工、分析、模拟的基础上建