（交通运输规划与管理专业论文）山区高等级公路技术指标应用研究.pdf

独创性声明 m i l l l l 删i i l l i 舢0 1 1 | | | l l i i i y 17 8 8 0 2 1 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 j ， 签名：虿嬉日期：拗 【。互互厂 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：- 二丛耋l 导师签名：蔫半逮日期：乏选赵 摘要 我国现行公路路线设计规范中的高等级公路技术指标是在全国范围通用 的。中国地域辽阔，地质地形千差万别，各省间的经济发展水平、交通需求不同， 故现行公路路线设计规范在实际应用时有一定的局限。公路技术等级的选用 是根据公路的功能、路网规划和交通量，并充分考虑公路所在地区的综合运输体 系、远期发展，当地经济发展情况来确定的。 依照这个原则，对于低交通量地区所对应的道路必定是低等级公路。我国部 分地方虽交通量较低，但经济水平较高，对公路的服务水平要求高。因此，低等 级的公路明显满足不了部分特殊地区日益增长的交通和经济需求。然而，如果单 纯为提高道路服务水平而根据现行技术标准修建高等级的公路，又会因为交通量 达不到而造成土地、资金等资源的极大浪费。 为解决这个难题，使修建的公路达到社会经济效益最优化，单位投入带来最 大化的社会经济效益，本文以浙江省为例，研究低交通量高服务水平的山区低交 通量高等级公路关键技术指标。浙江省地形复杂，地域差异明显，山区占全省陆 地面积的6 0 部分山区因经济发展水平较高，对公路服务水平的实际需求较高， 但交通量较低。本文对山区低交通量高等级公路技术指标进行了研究，通过分析 公路设计关键技术指标设置原理，同时借鉴国内外的研究成果。在确保各项技术 指标满足驾驶员安全、舒适行车需求和节约用地的前提下，为使公路建设达到社 会经济效益最优化，提出适合于浙江省山区的低交通量高等级公路路线、横断面 设计技术指标。通过在室外，相同路线和横断面指标的路段进行的实际行车试验， 利用驾驶员驾驶工作负荷指标和主观评价等公路安全舒适性评价技术，对所提出 技术指标的驾驶员驾驶适宜性进行论证分析，证明了本文所提出的山区低交通量 高等级公路技术指标的可行性，进一步验证了本论文的研究结论。 关键词山区公路；低交通量；设计指标；安全舒适性评价；驾驶工作负荷 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s tr a c t n l et e c h n o l o g i c a li 1 1 d e xf o r 廿1 eh i g h c 1 嬲sl l i 班唧a yo fd 时i 弘印p c 咖阳打d 以力， 脚e g 枷缈尺d 甜绍i sn 撕o n 丽d e c l l i n ah 弱av a s tt e 玎i t o 珥t h eg e o l o 西c a le r r v 蛊姗e m i sd i v e r s i f o 册1 kl e v e lo fe c o n o 面cd e v e l o p m e n ta n d 僦i cd e m a n do fp r o v i n c e s 御ed i 妇f e r e n t ，t o o 1 1 1 e r e f o r e ，d 船t 弘跏p c 泸阳，f d 以力，1 月j f ：；咖d 9 ，r d 甜纪i s1 i m i t a t i o no f 廿l ep r a c t i c a l 印p l i c a t i o n s e t t i l l gt l l es t 龇l d 舡di sb 嬲e do np r o s i ) e c t 仃a | 五cv o l l 】 n e 觚d 廿1 el e v e lo fl l i g h 邺，s e r v i c e ，m e nc o n s i d e r i n gm 曲w a y sp o l i t i c a l 越de c o n o l n i c f 犯t o re t c i i la c c o r d a n c e 、) l ，i 廿l l i sp r i l l c i p l e ，廿l ec o r r e s p o n d i i l ga r e a so fl o w 龇i cv o l u i h a v et ob u i l dl o 、g r a d e1 1 i 西1 w a ya l 廿1 0 u g l lap a r to fl o w e rt 斌i cv o l u m ea r e 嬲a r e k g l l e re c o n o m i cl e v e l ，l ea r e 弱n e e dt h e1 1 i g hl e v e lo f s e i c ef o rr o a d t h e r e f o r c ，1 e l o wl e v e lr o a d sc a l ln o tm e e tt l l ei 1 1 c r e a s i l l g 们伍ca n de c o n 0 丽cr e q u i r e i n e n t s h o 、e v e r ，i fi i i l p r o v en l er o a dt e c h i l i c a ls t 匝d a 旺do n l yf o ri 】唧r o v et h el e v e lo fs e r v i c e ， 、析ul e a dt o 、 ，a s t eo fl a n da i l do t l l e rr e s o u r c e sa sar e s u l to ft l l et i a 伍cv o l u n l e t os o l v et h i sd i 伍c u l tp r o b l e m ，m a l 【i i l g l er o a d sr e a c h 血eo p t j m a le c o n 0 1 1 1 i c b e n e f i t ，t 1 1 eu i 血o fi 印u tt om a x i 血z e 也es o c i a l 觚de c o n o m i cb e n e f i t s ，也i sp a p e r t a l ( e sz l l 旬i a i l gp r o v m ef o ra 1 1c x 锄p l et 0 蛐m et e d i n i c a li n d e xo f 恤h i 咖c l 弱s h i 曲w a y i 1 1 z h e j i a n g n 1 0 衄t a i n o l l s a r e a 乃l e j i a i l g p r o v i n c el 娜ac 0 妇叩l i c a t e d t o p o 伊a p l l y ，m o u n t a i n sa n d1 1 i l l yl a n da c c o u i l tf o r6 0 0p e r c e n to fi t s 砌1 a n da r e 氖i i l p a r t so fm o u i l 乜i n 0 1 l sa r e ai 1 1z h 白i 锄堰h a v el o 、种v 0 1 u m e t h er e s e a r c h 锄m y s e s 廿l e p 血c i p l eo f i n d e xo f 量l i 醇1 w a yd e s i 印w 1 1 i l em e e 曲gm ep r e c o n d i t i o no fe n 妯r i i l gt h e 嘶v i i l gs a f e a n dc o m f o r t a _ b l e ，0 i ) t i m a ll 锄du t i l i z a 畸o n ，t 0m a k es o c i o e c o l l o m i c p e r f o n m c e 弱e 丘e c t i v ea sp o s s i b l e ，t h ep r q e c tt e a ma d v a n c e st h e 印p r o p r i a t ei l l d e x o fz h 句i a l l gm o u 玎t a i l l o u sa r e al o w v o l u m e1 1 i 曲c l a s sh i 曲w a y 1 1 l er e s e a r c hd o e sa l l e x p e r i i i l e n ta b o u td r i v e rw o f k l o a do nt l l el l i 西1 w a yt l l a th 邪l o 、驴l e v e lt e c h l l i c a li n d e x 1 1 1 ee x p e m e n tl l s e s 嘶v e rw o 蠲o a di 1 1 d e xt oe v a l m t ea d a p t a b i l 时o f “v i l l g 1 1 1 e r e s u l tp r o v e st h a _ tt h ef e a s i b i l i 谚o ft l l et e c h i l i c a l 砌e x k e y w o r d s ：m o 瑚t a j ne x p r e s s 、a y ；l o wt r a 伍cv o l m n e ；d e s i 印i n d e x ；s 娟却a n d c o m f o r te v a j u a t i o n ；d r i v e r s 、o r i ( 1 0 a d i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 目录i 第1 章绪论1 1 1 研究背景、意义1 1 1 1 论文研究背景1 1 1 2 论文研究意义一2 1 2 项目来源3 1 3 国内外研究现状3 1 3 1 山区低交通量公路研究3 1 3 2 道路安全评价技术研究4 1 4 研究内容及技术路线5 1 4 1 主要研究内容5 1 4 2 研究技术路线6 1 5 本章小结6 第2 章浙江省山区低交通量高等级公路一7 2 1 浙江省山区公路现状7 2 2 山区低交通量高等级公路9 2 2 1 国外低交通量公路9 2 2 2 我国低交通量公路1 1 2 3 本章小结1 2 第3 章路线设计关键技术研究1 3 3 1 圆曲线最小半径1 3 3 2 曲线间直线长度1 5 3 3 视距15 3 4 纵坡及坡长1 9 3 5 本章小结2 4 第4 章横断面设计关键技术研究2 6 4 1 行车道。2 6 i i i 北京工业大学工学硕士学位论文 4 2 中间带2 8 4 3 路肩3 0 4 4 紧急停车带3 3 4 5 超车车道3 5 4 6 爬坡车道3 6 4 7 本章小结3 7 第5 章关键技术指标的安全舒适性评价3 8 5 1 道路安全评价技术3 9 5 1 1 基于运行速度的安全性评价。3 9 5 1 2 基于汽车稳定性的安全性评价一4 0 5 1 3 基于道路几何指标的一致性评价4 0 5 1 4 基于驾驶工作负荷的安全性评价4 1 5 1 5 驾驶工作负荷生、心理评价指标。：一4 3 5 2 试验方案设计5 0 5 2 1 试验目的5 0 5 2 2 试验方法5l 5 2 3 试验仪器5l 5 2 4 试验对象5 3 5 2 5 试验路段的选定：5 3 s 3 数据分析5 6 5 3 1 驾驶工作负荷度阈值的确定5 6 5 3 2 数据处理5 7 5 3 3 试验结果分析5 9 5 4 本章小结6 7 结论与展望6 8 参考文献一7 0 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 4 致谢7 5 i v 第1 章绪论 1 1 研究背景、意义 第1 章绪论 1 1 1 论文研究背景 伴随经济的持续增长，中国公路建设事业蓬勃发展。公路建设，特别是高等 级公路的建设极大提高了中国公路网的整体技术水平，改变了人们的出行习惯， 优化了交通运输结构，促进了交通运输业的发展，有力地促进了我国经济发展和 社会进步。截至2 0 0 8 年底，全国公路总里程3 6 8 万公里，其中高速公路6 0 3 万 公里，农村公路总里程达3 2 1 万公里。 伴随着公路建设事业的发展，在建设过程中也暴露出许多问题。特别是高速 公路的建设，由于占用土地资源量大，成为当前焦点。我国现有国土面积9 6 0 万平方千米，占世界土地面积的7 2 ，居世界第三位。但截止至2 0 0 5 年1 1 月， 我国的耕地面积已经减少为1 8 3 1 亿亩，人均耕地面积仅为1 4 1 亩，只相当于世 界人均水平的4 0 。与严峻的耕地保护形势相对应的是，我国建设用地增长仍处 于较快的速度。据对全国已建或在建的公路9 7 条、总长1 0 6 7 4 k m 的调查统计， 占地达5 7 8 万公顷。据此推算，目前我国公路占地总量达3 8 9 3 3 万公顷，其中 耕地7 3 7 8 万公顷。预计到2 0 2 0 年，我国公路占地将达到4 3 2 6 万公顷，其中耕 地1 0 1 0 5 万公顷【l j 。 土地问题是关系到国民生计的大事。建设项目节约和集约用地，不仅关系当 前经济社会发展，并且关系国家长远利益和民族生存根基。温家宝总理在政府工 作报告中指出“在土地问题上，我们不能犯不可改正的历史性错误，遗祸子孙后 代。一定要守住全国耕地不少于1 8 亿亩这条红线。坚决执行最严格的土地管理 制度圆。” 在我国山区的公路建设中，土地问题更为突出。中国是一个山地大国，山区 面积( 含丘陵) 约占全国国土面积的7 0 ，人口约占全国的l 3 。从多年的发展过 程上看，中国山区大约占有全国县域经济总量的1 3 ，是我国粮食生产、经济作 物、特色山区产品的重要供应地，对我国经济的发展提供大量有战略意义的物质 基础。在山区，公路交通是主要的运输方式。“十一五”期间，公路会不断向山 区延伸，山区公路建设规模将不断扩大，特别是高等级公路建设向山区的延伸密 度加大。 山区高等级公路作为高等级公路的一个分支，与平原区高等级公路既有共性 又有其特殊性。无论是平原区还是山区的高等级路，其建设都应该讲求经济合理。 特别是山区高等级公路，其造价普遍比平原区造价高2 3 倍，地形特别困难路段 1 北京工业大学工学硕士学位论文 还会更高，故更应讲求经济合理。相对于平原地区而言，山区的地形、地质、水 文等自然条件复杂，生态环境制约较大，限制条件与影响因素众多。随着山区公 路建设事业的快速发展，特别是高等级公路的快速发展，使得一些山区公路建设 特有的问题日益突出，有些路段出现了大量高边坡、高挡墙等情况。另外，山区 高等级公路的建设也对环境带来了破坏。 公路建设所遵循的技术指标是依据公路技术等级确定的。公路技术等级的选 用是根据公路的功能、路网规划和交通量，并充分考虑公路所在地区的综合运输 体系、远期发展，当地经济发展情况来确定的。依照这个原则，对于低交通量地 区所对应的道路必定是低等级公路。然而，随着中国经济快速发展，特别是东部 沿海地区，部分地方虽然交通量较低，但是富裕程度较高，对公路的服务水平要 求高。因此，低等级的公路明显满足不了部分特殊地区日益增长的交通和经济需 求。但是，如果单纯为提高道路服务水平而修建高等级的公路，又会造成土地、 资金等资源的极大浪费。 以浙江省为例。浙江省是我国经济较发达的省份之一，同时，又是一个人口 密集、资源相对不足、生态脆弱的省份。随着全省经济快速增长和人口增加，努 力缓解资源不足的矛盾，不断改善生态环境，实现可持续发展，已经成为十分紧 迫的任务。浙江省山区部分地区由于经济发展迅速，对于基础设施的要求就有所 提高。然而，部分地区交通量较低，按我国现行公路路线设计规范( 以下简 称规范) 中对于不同等级公路交通量的要求只能修建等级较低的公路。这在 一定程度上阻碍了当地经济的进一步发展，无法满足当地区域经济对交通服务的 需求。但若单纯按照现行规范的要求，修建高服务水平的公路，又会造成经 济、土地和环境资源等方面的极大浪费。因此，如何使修建的公路达到社会经济 效益最优化，使单位投入带来最大化的社会经济效益，是目前我国规范在实 际运用中存在的不足。 1 1 2 论文研究意义 我国部分地区整体的经济水平飞速发展，人民生活水平迅速提高，这也带动 了乡村地区，甚至是部分以往传统意义上认为贫穷落后的山岭重丘区经济的飞速 发展。乡村地区经济水平的提高必然需要相应的高服务水平的高等级公路服务。 准确地把握山区高速公路的特点、难点，合理地掌握技术原则和标准，灵活 地布设线位，是关系到公路的使用功能、服务水平，也是降低工程造价和运营成 本的关键。相对于平原地区而言，山区的地形、地质、水文等自然条件复杂，生 态环境制约较大，限制条件与影响因素众多。公路线形指标应用的合理与否不仅 直接影响到公路桥涵构造物的设置、对周围环境的破坏程度以及公路项目建设的 经济性，还关系到驾乘人员的行驶安全性与舒适性，是公路规划设计的重中之重。 2 第1 章绪论 高等级公路因其带状构造物的特点，路基宽，路线长，占用大量耕地或土地 资源。这一问题已成为目前我国道路建设中引起广泛重视的重大问题。我国目前 对于高等级公路建设中对于节约土地资源的技术性研究较少，特别是针对山区低 交通量高等级公路的研究就更少之又少。 针对上述问题，若按照我国现行规范已不能满足部分地区建设低交通量 高等级公路的需要，因此研究低交通量、高服务水平的山区高等级公路技术迫在 眉睫。本文以浙江省山区为研究对象，抓住节约土地资源、提高山区道路服务水 平、保障行车安全性与舒适性等关键点，从严谨的科学研究角度，对山区低交通 量高等级公路的部分关键技术指标进行研究，提出适合山区低交通量高等级公路 的关键技术指标，以适应山区公路建设的可持续发展。 1 2 项目来源 本论文依托浙江公路水运咨询公司项目“浙江省山区公路技术指标应用研究” 展开。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 山区低交通量公路研究 国外对于山区高等级公路的建设情况，与国内相比更加灵活且人性化。在德 国、荷兰、比利时、法国、意大利等欧洲国家，高速公路的线形设计比较重视与 地形、地貌的协调。已建高速公路平、纵、横指标运用灵活，能顺应地形、地貌 变化，尽量避免大填大挖现象。平面以曲线为主，曲线、直线衔接过渡自然，不 片面追求高指标。纵断面设计因地制宜，多采用低填浅挖路基，纵坡均匀，坡长、 坡度的运用充分考虑了地形、地貌条件。根据地形条件，纵坡大于5 一7 的段 落较多，个别段落纵坡甚至达到l o 。路基横断面能充分利用不同地形条件进行 合与分，并能根据纵断面设计条件，压缩下坡车道数、增加上坡车道数，以避免 增设爬坡车道，达到节省工程量、提高通行能力的目的。技术标准采用也很灵活， 同一条高速公路，其设计车速可在13 0 k i n l l 、1 l0 k i i l l l 、9 0 k m l l 、7 0 k n ：l l l 变化， 车速变化分段长度视地形、地貌情况，有长有短，并设有醒目的限速标志。对山 区高速公路连续陡坡路段，为防止车辆失控造成安全事故，在行车道一侧设置了 减速避险车道，以确保驾乘人员安全。对纵坡较大路段，上、下行路基设于不同 高度，按照上行、下行增大坡度的原则布设，以节省工程量、提高行车速度【3 j 。 欧美发达国家关于公路路线设计理论，已从简单考虑汽车行驶对道路的动力 学要求，逐渐转变为对驾驶安全、驾驶员的驾驶行为特性和车辆动力性的综合考 虑，提倡人性化的设计。即以用路者需求作为设计目标，要求道路能够为其使用 者提供安全、舒适和快捷的交通服务。这种“以人为本 的设计思想，一方面考 3 北京工业大学工学硕士学位论文 虑汽车行驶的要求，更重要的是考虑公路用户的交通要求，即驾驶员的心生理反 应阂限。综合驾驶员和车辆的特性要求，采用动态的观点设计路线的各个要素， 并力求各要素间的协调。按此原则设计的公路路线，可以满足驾驶员在行车过程 中产生的驾驶期望需求。 对于低交通量的公路，加拿大、美国、南非、印度等国家都有专门的道路设 计指南或标准，根据不同功能的低交通量公路进行道路设计技术指标的设置，在 满足道路使用者安全、舒适的前提下，节约了建设成本。以美国为例，美国的低 交通量道路线形设计指南中对低交通量公路有明确的定义：在职能上划分为地 方道路，设计日平均交通量小于等于4 0 0 辆的道路。同时该指南针对低交通量道 路交通流量较少和碰撞事故发生率低的特点，为减少成本效益，制定了针对性的 道路技术指标【4 】。 1 3 2 道路安全评价技术研究 道路安全评价的概念最早由英国在2 0 世纪8 0 年代初提出【5 】，8 0 年代末这一 概念被正式采用。到1 9 9 1 年，英国已强制要求对所有的国家主干道和高速公路 进行安全评价【6 】。2 0 世纪9 0 年代澳大利亚、新西兰、加拿大、美国都先后开始 了公路安全评价的研究【7 】。 目前国外大多数道路安全评价方法均是在对大量事故统计资料进行分析的 基础上，对影响交通安全的因素进行定性分析，应用一定的数学理论建立起交通 事故与各因素之间的定量关系，来反应道路交通安全水平。美国联邦公路局组织 多方人力、物力进行了系统的工作罔，对相关的关键技术和应用平台进行了研究、 开发，目前已经推出了具有突破意义的i h s d m ( i n t e r a c t i v eh i g h w a ys 出yd e s i g n m o d e l d e s i 印c o l l s i s t e n c ym o d i l l e ) ，交互式的公路安全设计模型) 的集成软件包【9 1 ， 为公路安全评价、安全改善提供了核心的技术支持。德国使用曲率变化率( c c r ) 作为公路一致性的量度标准。 近年来也有学者从驾驶员的角度评价公路线形，其方法与基于运行速度的方 法相似，以驾驶员驾驶工作负荷的变化作为评价指标。对于驾驶工作负荷的定义， w i c k e n s 和h o l l 觚d s 将工作负荷定义为作业时单位时间处理信息资源的数量【1 0 1 。 同济大学的黄天将工作负荷定义为接受外界信息、迅速处理、形成清晰明确的判 断的一系列活动中，驾驶员所耗费的精力【l 。北京工业大学胡江碧教授定义了驾 驶员标准工作负荷：驾驶员轻松保持工作负荷在一个宽松的范围内，驾驶操作所 努力期望的措施即驾驶员达到在给定任务环境下的最佳工作状态，也可称之为期 望工作负荷或安全工作负荷【1 2 】。 对于驾驶工作负荷，大部分研究是运用生心理测量评价方法。韩国的c h u n g 用脑电图( e l e c 仃o e n c e p h a l o 蓼锄，简称e e g ) 来研究不同的道路线形对驾驶员行 车状态的影响，并提出保持驾驶员适当清醒水平的道路直线长度大约是4 2 k m 【1 3 】。 4 第1 章绪论 c h a n g 用e e g 来研究匝道进口处不同部位驾驶员行车的紧张状况【1 4 1 。野口袭博等 研究认为心率变异性是表征精神负荷和疲劳的有效指标【”】。 同济大学的潘晓东博士应用心率、血压这两个指标来定量研究驾驶员以不同 的车速在山区道路试验段行驶时，生心理反应与平曲线半径、曲线长、曲线交角 和视距之间的关系【1 6 j 。 北京工业大学的郑柯博士从驾驶员生心理的角度考虑，对高速公路的道路线 形进行了研列埘。通过测量不同驾驶员在同一高速公路上行车的心率反应，建立 顺直路段、曲线段、弯坡组合段等各种线形的心率、速度和不同线形指标的关系 模型，得出适合驾驶员行车时生心理需求的高速公路线形的部分指标。 北京工业大学的乔建刚博士主要分析了基于驾驶员因素的山区双车道公路 的关键参数硼，研究了在平顺、单一纵坡路段驾驶员心率的变化规律，建立了驾 驶员心率模型，提出了满足驾驶舒适性的山区双车道公路线形设计参数。北京工 业大学的王书灵在建立山区双车道公路驾驶员心率增长率模型和速度的基础上 提出了三级山岭区道路建议的极限坡度和坡长值u 9 l 。 1 4 研究内容及技术路线 1 4 1 主要研究内容 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 山区低交通量高等级公路。根据国外相关低交通量公路设置标准以及 浙江省山区实际交通情况，提出山区低交通量高等级公路设计交通量及设计速度 等参照指标。 ( 2 ) 山区高等级公路路线关键设计参数研究。为实现山区高等级公路路线 安全、舒适、环保和经济的目标，从人、车、路和环境系统角度分析、评价山区 高等级公路相同服务水平下不同通行能力的最小平曲线半径、曲线间直线长度 ( 包括同向、反向曲线间的直线长度) 、不同坡度下的坡长以及停车视距的限定 原则与可行性方案。 ( 3 ) 山区高等级公路横断面设计关键参数研究。为实现山区高等级公路横 断面组成安全、舒适、环保和经济的目标，从人、车、路和环境系统角度分析、 评价山区高等级公路相同服务水平下不同通行能力的路基横断面灵活布设，包括 行车道、中间带、路肩、紧急停车带、超车车道和爬坡车道等的设置。 ( 4 ) 关键技术指标安全舒适性评价。对上述研究的关键技术指标，利用驾 驶员驾驶工作负荷指标进行安全舒适性评价。最终得出满足驾驶员安全舒适性的 低交通量高等级公路关键设计技术指标。 s 北京工业大学工学硕士学位论文 1 4 2 研究技术路线 本文通过收集我国和西方公路交通发达国家，如美国、加拿大等国家对低交 通量高等级公路技术标准和研究成果，结合浙江省山区高等级公路的具体特点， 基于山区高等级公路相关技术指标的理论和特点，针对可以适应低交通量、节约 型的山区高等级公路的相关技术指标和设计原则进行研究，并通过实地试验，对 相关技术指标安全性和舒适性进行评价。具体技术路线如图1 1 所示。 圈 。 1 5 本章小结 图1 1 课题研究技术路线图 f i g 1 1 t e c h m c a lr o u t eo f 廿l i sr e s e a r c h 本文以浙江省山区为例，对山区低交通量高等级公路关键技术指标的合理选 取与应用进行深入研究。以“节约型交通”为主线，抓住保障驾驶员安全舒适、 保护环境、节约土地资源等这些关键点，针对低交通量、高服务水平的山区高等 级公路技术指标进行研究，为低交通量高等级公路的快速可持续发展，特别是山 区高等级公路的建设提供理论基础和技术支撑。 从技术角度讲，根据山区自然环境、社会经济环境、交通特点等需求出发， 在满足交通需求和运营安全、舒适的前提下，研究适合山区低交通量高等级公路 关键技术指标及建立的可行性理论依据，既注重线形与地形的协调和线形连续与 均衡，又要关注驾驶员的驾驶舒适性，以提高建设项目的社会效益，最大限度保 护自然资源，节约道路建设用地，以合理降低山区公路造价为目标，为山区低交 通量高等级公路的建设提供理论和技术支撑，最终研究提出合理设置原则和方案。 6 第2 章浙江省山区低交通量高等级公路 第2 章浙江省山区低交通量高等级公路 2 1 浙江省山区公路现状 浙江省地处中国东南沿海、长江三角洲南翼，陆域面积1 0 1 8 万平方公里， 有“七山一水二分田”之称。浙江省地形复杂，区域面积中有6 9 为山区。“十 一五”期间，公路将不断向山区延伸，山区公路建设规模将不断扩大，在新规划 的待建高速公路中有1 0 0 0 多公里分布在山区。截止2 0 0 8 年底，浙江省公路总里 程达1 0 3 6 5 2 k m ，其中高速公路3 0 7 3 k m 、一级公路3 7 9 5 k m 、二级公路8 5 9 6 k m 。 全省民用汽车拥有量达到3 5 4 5 0 5 0 辆，其中载客汽车2 8 0 4 0 7 0 辆、载货汽车 6 6 9 0 3 3 辆，其中小型、微型载客汽车和轻型载货汽车共占总数的9 2 7 【2 7 】。根 据浙江省公路水路交通建设规划纲要( 2 0 0 3 2 0 1 0 ) 规划，浙江省要提前基本实 现现代化。截止2 0 1 0 年浙江省高速公路将建成“两纵两横十八连三绕三通道 的路网格局，全省高速公路网络形成，区域干线公路畅通，农村公路基本实现村 村通公路【2 8 】。全省公路截至2 0 0 9 年末总里程达1 0 6 9 5 2 k m ，其中高速公路3 2 9 8 k m ， 一级公路4 0 9 9 k m ，二级公路8 8 8 2 k m ，二级以上公路占公路总里程的比重超过了 1 5 ；新规划的高速公路中有1 0 0 0 多公里的未建高速公路分布在山区。 浙江省2 0 0 8 年的g d p 虽然同比增加了1 0 个百分点，但是增幅却比上年回 落4 6 个百分点。因此，开拓浙江省经济的后发优势势在必行，其“七山一水两 分田”的省情，决定了其后发优势在山区，推进区域、城乡建设和农村改革发展 的弱势和难点也在山区。在推进“建设山上浙江，发展山区经济”的同时， 围绕这一专题涉及到山区农业、林业、交通、旅游、文化、金融等多方面的共同 发展。浙江省山区有着丰富的木材资源、农业资源、矿产资源和旅游资源。全省 9 8 以上的木材资源是由山区提供的，除此之外，林业还提供了大量的水果、木 本药材、木本油料、森林食品等非木材绿色产品。2 1 个“浙江省农业特色优势 产业综合强县”中，山区县就占了6 个。矿产资源方面，浙江省已发现矿产资源 种类1 1 5 种，而山区开发利用矿产6 9 种，矿山总数3 2 2 4 个，从业人员1 0 万人。 旅游资源方面，浙江山区的省级非物质文化遗产共有3 0 5 项，第一批市级非物质 文化遗产名录共2 3 2 7 项。 如此多丰富的资源需要完善政策和实施必要的手段来保护，同时在科学发展 观的指导下，大力发展这些资源，才能够带动浙江省经济的继续大力发展。在这 其中，基础设施的完善就尤显重要。对于山区经济的发展，山区高等级公路的建 设起到了重要作用。以浙江省武义南部山区为例，“一年五谷丰，就是路不通； 有货卖不出，致富一场空。 这曾是在武义南部山区广为流传的顺口溜。交通落 后的“鸿沟”一度阻碍了武义县经济的协调发展，但随着武义县境内贯穿南北的 7 北京工业大学工学硕士学位论文 大动脉上松线和武丽线的相继竣工，引来了数十家外来企业投资建厂，同时山区 秀丽的景色吸引了一批批上海、杭州等大城市的游客前来观光、体验“农家乐刀， 给南部山区带来一片生机，全县的g d p 在短短一年的时间内从4 2 亿增加到5 2 亿。山区产出的鲜活的农产品需要及时运送到销售地点，这就需要山区公路能够 提供较高的服务水平供运货车辆快速行驶，这样农产品才能够保鲜，赢得商业利 润。由此可以看出，高等级道路对于山区经济的发展是极其重要的保障。 随着改革开放的深入发展，浙江省的公路建设事业有了长足的进步，但是对 于山区来说，交通基础设施的建设还有待完善。公路设施总量不足，延伸路到点、 面不够，总体密度、技术等级较低，县际连接通道数量少，保畅还有困难。例如 丽水市公路密度平均仅为6 1 7 7 k “( 1 0 0 蛔) 2 ，比全省平均公路密度差3 6 2 3 k m ( 1 0 0k m ) 2 ；衢州市目前尚有1 0 4 个行政村未通等级公路，9 3 个行政村已通等 级公路但未硬化路面。 浙江省是一个人口密集、资源相对不足、生态脆弱的省份，随着全省经济快 速增长和人口增加，努力缓解资源不足的矛盾，不断改善生态环境，实现可持续 发展，已经成为十分紧迫的任务。在浙江省公路事业取得显著成绩的同时，也应 运而生一些发展中的问题与矛盾。 1 ) 高速公路建设与资源利用的矛盾【2 9 l 高等级公路是公路交通主骨架，也是促进经济社会发展的重要基础设施。高 等级公路建设要消耗多种资源，特别是土地资源，每公里占用大约8 0 1 0 0 亩的 土地。近几年，交通建设用地指标占全省各行业建设项目用地指标的比例每年以 1 0 的速度上升，其中绝大部分指标是用于高等级公路建设。但浙江省是资源小 省，一方面要继续加快公路建设，一方面资源紧缺，特别是土地资源，这是当前 高等级公路继续发展的突出问题和主要矛盾。 2 ) 高等级公路建设与运营安全 随着经济的发展和公路网的不断完善，汽车的保有量及高等级公路交通量将 急剧增加，交通安全问题将会越来越被社会重视。我国是人口大国，目前也是“交 通事故大国”，对于正处于经济快速发展时期的浙江省来说，当前交通安全形势 也不容乐观，尤其是高速公路上的安全事故正处于多发时期，高速公路交通运营 安全涉及人、车、路和环境，应该在高速公路建设和运营管理阶段树立“以人为 本，安全至上 的理念，从设计、施工、运营管理上采取多种措施提高运营安全 性，减少事故发生率，降低生命和财产损失。对于高速公路的建设，应针对不同 地形条件，基于驾驶员驾驶安全性和舒适性提出“以人为本”的设计技术指标。 8 2 2 山区低交通量高等级公路 2 2 1 国外低交通量公路 许多发达国家已有关于低交通量公路建设的相关理论与实践成果，综观各国 对低交通量道路的典型标准定义有：交通量、道路功能、行政等级、行政管理及 资金安排等。低交通量道路由于交通流低和较少的碰撞事故发生率，按高交通流 设计标准进行设计成本效益高，所以设计时具有独特的挑战性。 美国高速公路基本分为乡村高速公路和市区高速公路两种。美国高速公路的 兴建最早是由市区开始的，因此市区高速公路设计技术的研究和发展比较早，技 术也比较成熟。乡村高速公路的大规模兴建始于二战结束以后，其设计技术的成 熟相对要晚一些。美国高速公路设计速度的选择仍然以地形作为主要依据。对于 城市高速公路，过去按照市中心、市区和郊区分别采用8 0 、1 0 0 、1 2 0 l ( i n h ，而 现在则不分城内和城外，基本采用一致的设计速度。美国高速公路设计速度一般 为l1 0 k n ：汕。绿皮书认为：高速公路设计速度如果低于这个值，其安全性会差一 些，同时规定设计速度不得小于8 0 l ( n 妇。 美国的低交通量地方公路是指在功能上划分为地方性的公路，其设计日交通 量不超过4 0 0 辆【3 。 俄罗斯现行的公路等级是根据行政原则和技术标准划分的。所谓行政原则是 按行政管辖范围划分公路等级；而技术准则是按公路技术指标进行划分。将公路 分成6 级，其分级的主要依据是交通量。所有公路按其使用性能分为干线公路、 快速公路、一般公路( i i v 级) 和低交通量公路。按所有权和行政隶属关系划 分，公路可分为国家干线公路、州际公路和地方公路。 1 9 9 6 年俄罗斯在编制新的公路分级标准时，引进了一些新的概念：交通服 务水平、公路饱和程度、车流管制速度、相对事故率等。道路的使用性能是指交 通运输安全、方便、舒适程度。决定公路使用性能的营运指标包括：道路上的饱 和程度、车流速度、安全舒适性。这些指标都在不同方面影响到公路的使用性能。 具体的营运指标有：公路的满车程度、设计速度、车流管制速度、车道数、车道 宽度、安全指标( 相对事故率，安全系数，总事故率) 。所有公路按其使用性能分 为干线公路、快速公路、一般公路( i i v 级) 和低交通量公路：各级公路的主要 营运指标见表2 1 。 其中，对于低交通量公路各指标都有明确说明。规定交通量 1 0 0 辆i l 的道 路可称为低交通量公路，设计速度为6 0 k n l h ，车道数为双向一车道以上。 9 北京工业大学工学硕士学位论文 表2 1 俄罗斯公路分级 1 a b 2 一lr u s s i ah i 曲i w a yc l a s s i f i c a t i o n 一般公路 干线快速 序号指标技术等级 低交通 公路公路 i 量公路 o 6 或 l 饱和程度 o 6司0 6 0 6司0 5 0 3 o 2 o 1 0 9 5 o 9 0 8 5 0 8 o 8 o 8 0 8 单向车道 双向1 6 2 以上2 以上 2 l 以上 1l 数 以上 7 车道宽( m ) 3 7 53 7 53 53 53 5 3 0 2 5 横向力系 80 1 2o 1 2o 1 20 1 5o 1 5o 1 50 1 5 数 注；指在公路上按规定车距布满车辆的程度。 o 6 或o 3 分别为单车道和双车道的饱和程度。 指在考虑了所有交通管制措施并确保安全的前提下，车流能达到的速度。在表中， 上限适用于温暖季节，下限适用于寒冷季节。 加拿大对于低交通量的公路根据其特征进行了分级，如表2 2 所示。 表2 2 加拿大低交通量公路分级特征 t a b 2 - 2c a l l a d al o wv o l u m eh i 曲w a yc l 嬲s i f i c a t i o n 乡村地方道路乡村支线 特征 服务功能交通运输交通运输 出入控制不封闭 部分封闭 交通量( 辆厌) ( 一般) 1 0 0 0 5 0 0 0 交通流特性有间断地行驶 有间断地行驶 设计车速( k n l 1 1 )5 0 1 0 06 0 1 0 0 绝大部分为客车、中小型货包括所有类型车辆，3 5 t 车辆类型 车，少量为重型货车的货车占3 0 一般道路连接地方道路支线地方道路支线主干线 1 0 第2 章浙江省山区低交通量高等级公路 根据交通服务功能和土地利用功能的不同，加拿大将低交通量道路划分为三 种类型：乡村道路系统及通向独立社区或在独立社区内部的道路，旅游( 娱乐性) 道路、资源开发道路。其设计速度根据不同服务功能的道路而给出不同的设计速 度范围建议值，如表2 3 所示。 表2 3 低交通量公路设计速度 t a b 2 3t l l ed e s i 弘s p e e do fl o wv o l 啪eh i 曲w a y 服务功能设计速度( k m h ) 乡村道路系统及通向独立社区或 3 0 ”1 在独立社区内部的道路 主要道路 旅游道路周边道路 3 0 5 0 内部道路 资源开发道路 3 0 ”1 0 0 适合于非洲南部地区( s a d c ) 的低交通量道路的交通量典型的是日交通量 为2 0 0 辆天，承担机动车和非机动车交通。s a d c 分类路网的总长仅9 3 万多公 路，其中一半以上位于南非。其中约1 0 的道路承担着2 0 0 0 辆天的交通量。在 这些车辆中，约有2 5 的重载、超载商业车辆。而大多数道路网承担的交通量为 5 0 2 0 0 辆天。 北欧的芬兰，其低交通量公路( 日交通量小于1 5 0 0 辆) ，占总长度的8 5 。 高交通量公路约8 万公里，占总长度的1 5 ，其中具有分隔带的高速公路6 0 0 l ( i i i 【3 1