（道路与铁道工程专业论文）高速公路改扩建工程方案研究的关键技术分析.pdf

垄塑查兰堡主兰垒望奎 高速公路改扩建工程方案研究的关键技术分析 学校名称i 东南大学 学科、专业：道路与铁道工程 硕士研究生：韩宝睿 指导老师：程建川副教授 论文摘要 在目前国内即将有大规模的高速公路需要拓建，但对于改扩建方案研究存在诸多问题。 本文基于多车道高速公路的设计基本原理，从通行能力预测、道路方案设计、交通管理等几 个方面分析了高速公路改扩建方案研究中出现的问题。 通过对我国的通行能力计算过程与美国的计算方法比较分析，着重分析了各个计算参数 的合理性。找出了我国高速公路通行能力计算上的不足之处，提出在通行能力计算时应该以 实际交通量而非折算交通量来预测车道数。在计算参数上提出应该考虑城市化水平的建议。 在多车道高速公路通行能力计算上提出采用不同的管理模式来预测车道数，并提出了整体八 车道高速公路通行能力的计算模式。 通过分析城市化发展与高速公路相互关系，提出在城市化加速的阶段，高速公路的功能 有所转变的论题。并按照可持续发展的要求，分析了高速公路方案可以采取的措施。 按照方案设计的主要参考因素等约束条件，将高速公路扩建形式进行了分类，并从工程 建设与交通管理的角度探讨了各种方案的优缺点。重点分析了整体式高速公路在横断面设计 当中的左路肩设置、中间带宽度等几个关键性的问题。同时也分析了分离式方案在分离距离、 连接线设置等设计中的几个重要问题。 论文的结论对我国的高速公路扩建方案的研究提出了新的思路和方法，为高速公路拓建 过程的标准化工佟徽出了一定的贡献。同时对多车道高速公路的设计提出了较为科学的建议 和意见。 关键词：高速公路拓宽方案城市化整体拼接分离方案 i v 查塑查兰堡主堂垡堡兰 s t u d i e so nk e y t e c h n o l o g yi nf r e e w a yr e c o n s t r u c t i o ns c h e m e n a m eo fs c h o o l ： m a j o r ： m a s t e rs t u d e n t ： a d v i s o r ： s o u t h e a s tu n i n v e r s i t y h i g h w a ya n dr a i l w a ye n g i n e e r i n g h a nb a o r u i c h e n gj i a n c h a n ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) a b s t r a c t b a s e dd e v e l o p m e n tt r e n do ff r e e w a yc o n s t r u c t i o na n dj u d g m e n tt oi o c m i o no ff r e e w a y f u n c t i o ni nc h i n a , t h i sp a p e r e m p h a t i c a l l ya n a l y s e dt h ep r i n c i p a l c o n t e n ta b o u tf r e e w a y - r e c o n s t r u c t i o np r o g r a m a r e rs t u d y i n gt h ei d e ao fd e s i g na b r o a d ，a n dc o n t r a s t i n gt h ei d e at o d o m e s t i c ，t h ea u t h o rf i n dt h e r eh a v es o m ek e y - p r i n c i p a lw e l ei g n o r e d t h ep a p e rs t u d i e dc a p a c i t yc a l c u l a t i n gm e t h o di nd o m e s t i cb yc o n t r a s t i n gu sa d o p t i o n , a n d g o tac o n c l u s i o nt h a ti st h ep a r a m e t e ri na p p l i e df o r m u l ai no u rc o u n t r yv a l u e dr a n d o mc a u s e dt h e r e s u l tt r e n du n b e l i e v a b l e ，i ti sap o i n tt h a tt h en e wc a l c u l a t i n gm o d e lw a sb r o u g h tf o r w a r dw h e n e i g h t - l a n dh o l i s t i cc r o s s - s e c t i o nw e r ea d o p t e d a c c o r d i n gt h eg e o m e t r i cd e s i g n ，m a n a g e m e n ta n de c o n o m i c a lr e s 诵c t i o n ，t h ep a p e ra n a l y s e s a d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g ew h e nt h ei n t e g r a t e dc r o s s - s e c t i o nw e r ea d o p t e d a n d s u g g e s tt h a t i n s t a l l i n go fl e f ts i d es h o u l d e ra n dw i d e rm e d i a n ss l o u l db ec o n c e r n e di np r o g r a mo f r e c o n s t r u c t i o n m e a n w h i l e ，s e p a r a t e d s 母l er o a d b a s es h o u l db eh i g h l i g h t e db e c a u s ei t su n i q u e p r i o r i t yi ns o m ec o n d i t i o n s t h es t u d i e dm e t h o do f d e s i g ni ns e p a r a t e d - s t y l cr o a d b a s ec o n c e n t r a t e t h es i z eo f t i g h t - o f - w a ya n ds e t t i n ge v e r ye l e m e n to f c r o s s - s e c t i o n t h ea u t h o ri n t r o d u c e dt h ep r i n c i p l ea n dt h em e a i l so fd e s i g nf r e e w a yw h e nw ef a c et o d e m a n d i n go fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，t r a n s i t i n go ff r e e w a yf u n c t i o n ，a n du r b a n l i z ed e v e l o p e d s w i f l , y t 虹矗h 幽帆o f 骶e v c a yh a sb e e nc h a n g e dw h e nt h e e v e lo fu r b a n l i z ez e r oe n t e rs t e a d y s t a g e t h ep a p e ri n t r o d u c e di n t os o m er o wt y p ec r o s s - s e c t i o n si no u rc o u n t r yw h i c hw e r eu n d e r b a c k g r o u n do f a p p 蛳n gi nz e r oo f d e v e l o p e dc o u n t r y k e yw o r d s ：f r e e w a y , r e c o n s t r u c t i o ns c h e m e ，u r b a n l i z e ，i n t e g r a t e dj o i n ts c h e m e ， s e p a r a t e d s t y l es c h e m e v 东南大学硕士学位论文 0 前言 我国自1 9 9 0 年修建第一条沈大高速公路以来，在短短的1 0 多年里高速公路的里程增 长呈现出飞跃的态势。截止2 0 0 3 年底，我国高速公路总里程已达2 9 8 万公里，根据交通都 制定的“十五”计划，到2 0 0 4 年底，“十五”计划调整后，今年交通发展的预期目标是：新 增公路通车里程7 万公里其中新增高速公路3 5 0 0 公里，到年底全国公路通车总里程达到 1 8 8 万公里，高速公路里程达到3 3 万公里。 0 1 问题的出现； 0 1 1 概述 尽管高速公路的建设势头良好，但是由于我国对于高速公路的使用和研究均起步较晚， 而且对于高速公路的理解和建设也是随着社会的发展而在进步。从目前的角度看，很多高速 公路的修建都存在着或多或少这样那样的遗憾。这些遗憾既有政策上的。也有技术上的。其 中包括：对远景通行能力的估计不足，导致未到使用年限即出现交通的拥堵饱和；由于施工 方法和管理的不科学造成的路面质量差，路面损坏严重：由于先期设计中存在的缺陷导致容 易产生交通事故多发地段；由于对环境因素考虑的过于简单而导致的高速公路周围的生态和 自然环境质量下降等等问题。 所以尽管高速公路的设计年限般为2 0 年或更长，然而，在我国的很多省市内已经 投入使用的高速公路基本都出现了上述问题。目前，沈大、杭甬、沪杭、沪宁高速公路已在 进行拓宽扩建，京津、京石、济青、西宝等高速公路已在进行通道扩容建设方案研究规划。 简而言之，高速公路大规模的改扩建项目的实施已经不能避免。 国内对于高速公路扩建项目的启动仅仅是近两年的事情，但是在拓建项目的研究分析 过程中我们发现，拓建项目的难度远远大于新建项目。其主要原因是因为扩建项目必须在原 有老路存在的基础之上建设，这就增加了很多的约束性。比如要考虑老路与新路的衔接问题、 要考虑到老路的交通问题等等。 0 1 2 高速公路改建项目方案研究的复杂性 关于高速公路的改拓建方法，我国目前没有相应的规范和标准。目前方法一般是实验性 和研究性的。然而，高速公路改拓建有其自身的特殊性需要我们关注。 一是投资巨大，这一点毋庸质疑。以沪宁高速公路扩建项目为例，全线长2 4 0 多公里， 如果采用拼接的八车道方案拐步投资是8 0 亿元人疑币( 不含后期的管理设施投入) 。平均每 公里3 3 0 0 多万。如果采用高架方案投资将达到2 4 8 亿，平均每公里7 5 0 0 万。 二是工程复杂，不仅是改建个老的设施，还包括建设新设施、新技术的运用，交叉学 科多。 三、作为新型的课题，高速公路的拓宽绝不是简单意义上的增加儿个车道那么简单实 壅堕查堂婴主兰堡垒壅 际上从工程制定方案到规划设计到实施，都与传统的新建项目完全不同。传统项目一般是制 定方案然后制定技术解决办法，而高速公路扩建项目由于其约束条件众多，则必须采用动态 的调整研究的工作模式，即先分析各种约束条件，再总结方案。 四是对于扩容后产生的各种问题缺乏认识。对于改建的项目国内一般没有直接的经验可 以借鉴，因此在进行操作的时候很大程度上参照了公路设计的基本步骤。但对于未来高速公 路的战略构想和功能定位缺乏理性的思考对未来高速公路与环境的关系与社会经济协调 发展的关系缺乏认识。 o 1 3 论文的研究目的 从以上的论述中可以看出，高速公路扩建方案的制定是一个非常复杂的过程，在这个过 程里最主要的问题是方案的选择问题。根据扩建方案的研究过程，从道路设计的基本理论入 手，着重分析影响扩建方案的关键问题，如，交通量的预测与通行能力的关系：整体拼接与 分离扩建的优缺点；国内在整体拼接方案的设计方法的不足和分离式道路的设计理念这些基 本的问题。同时也强调分析高速公路功能的转变问题。 o 2 国内外的研究状况以及发展趋势 0 2 1 国外的研究状况 国外由于旱在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、社会影响等综台效益 的改建模式。 美国在高速公路建设上取得的成就是有目共睹的，在二战以后，因国防耍求，美国开始 在国内大规模的建设高速公路，到6 0 年代中期，美国的高速公路网基本成型。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。这期问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l o 来年对高速公路扩建钓技术方法。但会 议主要集中在结构拼接和旌工方法上的总结。在方案设计比选以及几何设计没有过多的介 绍。由美国的j a c ke ，l e i s e h1 9 8 3 年在i t e 1 0 u r n a ! 上发表的名为p l a n d e s i g h nf e a t u r e sa n d c a s es t u d i e si nf r e e w a yr e c o n s t r u c t i o n 。较为系统的论述了高速公路改建拓宽中在几何设计 上普遍遇到的问题。尤其在立交上设计的问题做了很精辟的总结。此外，我国台湾省的f a n s s 也发表了题为“f e a s i b i l i t ys t u d yo nw i d e n i n go fah i g hv o l u m ef r e e w a ys e c t i o n ”的论文，对扩建 方案中道路预测流量与扩建后的关系做了分析。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。在扩建项目的方案比选上技术已经日臻成熟。 2 查堕查堂婴主堂堡丝茎 0 2 2 国内的研究状况 国内由于高速公路起步较晚，而高速公路改建只是近几年的事情，且开始的高速公路改 建都限于路面的加铺等项目，很少有扩建的内容。主要研究仅限于最近两年为数不多的几个 项目。 ，县内各个项目取锝的成就 其中广佛叭年开始改建，0 3 年竣工通车，采用部分路段四车道加宽为六车道，其余为 八车道的双向整体拼接的形式：沈大高速公路从i ) 2 年开始改建，于0 4 年完成通车，全线采 用四车道扩建为八车道的整体对称拼接形式：沪杭甬高速公路于2 0 0 0 年起分段、分期扩建， 基本上是采用四拓八的整体拼接形式。沪宁高速公路从0 3 年开始扩建，扩建方式也是整体 拼接的“四拓八”的形式。 从已经进行的或己完成的这几个项目看，在方案比选上，每个项目在技术上都有一定的突破 和成就，其中，沈大高速公路充分的比选了两侧对称拼接方案和单侵4 拼接方案，为其他类似工程 积累了宝贵的经验；沪杭甬高速公路扩建在方案中，为了克服拼接宽度过大造成右侧硬路肩无法 设置的难点，采用了灵活的“紧急停车带“的措施，具有一定的创新和突破性；沪宁高速公路拓 建项目，提出了“可持续发展与方案选择的结合”，提出了全线采用“集散加快速通道方案”，是 非常重大的突破。这表明。国内的设计者已簦j 开始用发展的眼光看待工程项目。 2 专项会议成果 由于扩建项目的独特性和复杂性，2 0 0 4 年u 月在由交通部专家委员会在南京主办了高 速公路扩建工程技术研讨会。会议总结了近几年国内几条高速公路扩建的经验和技术问题。 会议在方案制定、路基拼接处理、路面材料应用、桥梁与互通的改建等多项议题作了专题讨 论。总结了国内近几年来在高速公路扩建研究中的最新成果。搜集整理了5 0 余篇论文其 中关于方案制定与几何设计方面研究论文有十多篇。这次会议极大的丰富了我国对高速公路 改建领域的技术成果，为日后的标准化制定和进一步的技术研究无疑奠定了扎实的基础。 3 国内扩建方案研究中存在的问题 但从刚才的论述可以看到，国内几条高速公路的改建方式无一例外的选择了对称整体拼 接方案。且都采用了四拓八的形式。这里就存在一个问题，几条道路的自然条件，社会发 展条件，交通量水平都不相同，在拓建方案的可选方案相当多的情况下，最后为什么都选 择了同样的结果? 个人认为有以下几个原因( 一) 对于其他方案，尤其是分离方案，我国的 技术并不成熟，这些方案的实施都具有一定的难度和风险性。( 二) 对于高速公路的方案设 计的思想较为保守，立足点不高，前瞻性不足。 总的来说，国内在扩建方案研究上主要存在以下问题： 方案研究从方法到模式有待标准化 目前国内对于商速公路改建扩容的研究还处于刚刚起步阶段，从方案的战略步骤制定至4 具体 的设计、施工、管理以及通车后的影响分析都在进行不断的探索和尝试。国内目前对于扩建项目 是出于“边规划、边设计、边研究”的模式。对于不同项目方案的研究工作有很多的重复内容， 比如对待国内外研究成果上出现重复研究的现象，在方案比选论证的过程中。重复了前人的工作， 造成人力、物力的浪费。从前述的形势来看，我们迫切需要在高速公路改造方面进行必要的规范， 为日后其他高速公路的扩容提供必要的政策和技术保障。 多车道通行能力的研究明显不足 在主要扩建项目为多车道( 双向六车道以上) 的背景r ，国内尚无专门的研究和成熟的结论， 对于通行能力的分析和研究方法局限于整体式拼接方案中混合形式的状态，对于不同的交通管理 模式下的通行能力研究没有深入进行：通行能力计算盲目套用国外的模式，使得计算结果与实际 东南大学硕士学位论文 相差很大：在预测远景交通量时，由于诸多原因结果总与实际相差甚远。许多高速公路建成几年 就需要改造就是最好的证明。 已经采用的拓宽方案依然存在诸多的问题和隐患 国内目前已经实践的几个方案几乎都是整体拼接，整体拼接的主要优点是造价比较低，但从 长远看，整体拼接又存在一定的不足，这种不足很可能导致对未来年的发展障碍：同时，国内几 个方案无一例外的采用几乎完全相同的横断面模式，没有采用左路肩，没有对加宽后道路的中间 带的作用和意义进一步分析，为高速公路的畅通安全留下了隐患；在拼接方案中简单的采用完全 拼接的模式，不能灵活的运用其他方式来嘲氐难度或投资。 以静止片面的目光看待远期的高速公路的扩建 对待远期高速公路的方案仅仅凭借交通量预澳4 的结果来分析道路的容量，然后简单将四车道 扩大为预测的车道数设计完成的道路仅仅在预测交通量上满足要求( 实际预测交通量的准确性 尚待观察) 。片面的就交通谈交通，就道路谈道路，忽略了一些很重要的问题。没有考虑城市的 发展规划对道路要求的变化，没有考虑经济发展与其他模式高速公路的作用，没有分析未来高速 公路发展可能带来的转变。没有充分分析国外在高速公路扩建中的历程。 0 3 本论文的主要研究内容 针对前述的问题，本论文力求从社会发展的观点，着眼于“随社会经济发展，高速公路的功 能的逐渐转化”这一问题从道路设计的基础理论入手，基于多车道高速公路的要求，研究国内 高速公路在扩建方案比选对遇到的主要技术问题。 多车道高速公路在我国很少，对其运行的特征和交通状态在国内研究基本是空白。此外，多 车道高速公路的型式有很大变化，不仅存在整体断面形式还有分离断面的形式。对于这些新的 形式道路。从国外的发展状况来看，以后必定要在国内出现，因此要充分的研究其利弊和设计方 法。对于这些新的型式的道路设计，论文重点放在方案决策中遇到的关键问题，具体在以下几个 方面： 1 多车道高速公路通行能力计算问题。通过分析现有的计算模式，对比a _ s h t 0 的计算方法， 根据实际的道路运行状况，分析我国在多车道高速公路通行能力计算的不足之处，并提出改进的 措施；通过对整体八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式。 2 集中整理了高速公路改扩建方案几何设计中常见的限制因素：并初步探讨了常见方案的优 缺点。 3 对整体式多车道高速公路路段横断面设计做了较为详细的分析。重点是在左路肩和中间分 隔带的问题上，做了较为深入的分析。 4 。对分离式多车道公路的横断面设计做了初步匏分析，重点分析了分离道路之阊连接线等重 要设计环节。 5 以可持续发展观为基本理念，根据国外高速公路的发展历程，分析了国内高速公路功能转 化的方向与趋势，并在商速公路设计中提出适应城市化需求的道路方案。 4 一 查堕查兰堡主堂些堡墨一一一 第一章高速公路拓宽时通行能力分析 高速公路在扩建过程中遇到许许多多的问题，其中最基本也是最重要的是对于扩容后高 速公路的通行能力的预测问题。扩建的规模直接取决于建设方案可适应的通行能力大小。对 于多车道的通行能力研究国内由于可研究样本少没有对多车道高速公路的通行能力进行 充分的研究。因此在目前国内研究整体式八车道的高速公路上主要采用了类似四车道高速公 路的计算模式。但四车道高速公路的计算模式的前提条件是车辆均匀的混合行驶，与未来八 车道高速公路肯定有一定差别。本章力图通过研究国内在计算多车道高速公路与美国的计算 方法上的差别，分析计算的改进措施，为日后多车道高速公路的标准化建设做一些基础性的 研究。 1 1多车道公路通行能力计算方法分析 l - 1 1 旧标准对公路通行能力计算的影响 在国内高速公路扩建的可行性研究中，经常遇到预测交通量值高于我国公路工程技术 标准) f j o o l 母7 ) ( 以下简称 9 7 标准) 中所规定的高速公路适应交通量上限，但又比按照 美国 1 9 8 5 年以后版本的规定计算t 两者的差距将更加明显而国 内外一些高速公路的实际运行情况却证实了手册，计算值的合理性a 两种不同计算方法带来的公路通行能力差异已经影响到公路技术标准、建设规模的选择 和投资决策等重大问题，应该引起足够的重视。 2 0 世纪8 0 年代中期以来，在美国4 8 车道高速公路上，高峰小时段平均每车道交通 量达到1 7 0 0 2 7 0 0 辆m ( 绝对数，下同) 的情况比较常见。如6 6 号州际公路在佛吉尼亚的 f a i r f a x 为4 车道高速公路，近来高峰小时段平均每车道交通量达到2 6 5 0 辆，h ，4 9 5 号州际 公路在马里兰的m o n t g o m e r y 有6 车道和8 车道路段6 车道路段近来高峰小时段平均每车 道交通量达到2 5 0 0 辆 l ，8 车道路段达到2 2 0 0 辆h 。本文摘录了手册8 5 中部分多车道 公路的交通量数据见表1 8 所示。 与此同时0 4 年开始实行的新公路工程技术标准的施行( 以下建成 0 4 标准) 对 扩建时通行能力的分析会产生多大的影响呢? 为明确这点，首先对( 9 7 标准的计算方法 做一个简单的分析。 而我国( 0 4 标准规定：在二级服务水平下，四车道高速公路适应的交通量为2 5 0 0 0 5 5 0 0 0 辆小客车单位；六车道高速公路适应的交通量为4 5 0 0 0 8 0 0 0 0 辆小客车单位；八车 道为6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 辆小客车单位。与1 9 7 标准相比，0 4 标准已经有较大调整。然而， 目前国内几条道路改建用的都是( 9 7 标准，用该标准与应用新标准有多大的差异昵? 尽管 ( 0 4 标准中在通行能力计算上有了很大的调整，然而调整对于改扩建究竟有哪些方面 的影响这些影响的程度如何? 1 1 2 旧标准计算问题原因分析 根据中交规划院的孙时金等人的研究分析，主要问题存在于计算过程中。 1 单车道基本通行能力规定的差异 美国公路通行能力手册( h c m 2 0 0 0 版) 采用的高速公路基本路段通行能力在自由流 车速f i r s ) 处于1 2 0 k m l h 及咀上、ll o k m h 、1 0 0 k m h 和9 0 k m h 等4 种情况下，分别为2 4 0 0 、 2 3 5 0 、2 3 0 0 和2 2 5 0 小客车倒车道。而其基本路段的主要几何条件是：( 1 ) 行车道宽度3 6 m ；( 2 ) 行车道右侧侧向净空不小于1 8 m ：( 3 ) 互通立交最小间距不小于3 3 k m 。 我国( 9 7 标准提出我国高速公路在计算行车速度为1 2 0 k m h 时，通行能力按2 0 0 0 小 客车删车道计，在计算行车速度为1 0 0 、8 0 和6 0 k n 协时通行能力分别按照0 9 、0 8 5 和0 8 折减。虽然我国高速公路的几何条件要优于美国c - t - 册中规定的高速公路基本条件，但与 美国手册2 0 0 0 版相比，自由流车速为1 2 0 k m h 的高速公路单车道通行能力我国的采用值 比美国低1 6 8 ，应当说现在看来我国 9 7 标准的采用值是偏于保守的。 ( 0 4 标准对此已经散了调整，在设计速度分别为1 2 0 、1 0 0 和8 0 k m h 的情况下，基 本通行能力定为2 2 0 0 、2 1 0 0 和2 0 0 0 小客车删车道。 2 设计小时交通量系数、交通量方向分布系数和当量小客车折算系数的影响 我国公路界在2 0 世纪s o 年代中后期以一股公路混合交通流为基础进行了“设计小时交 通量”的研究。研究结论表明，以全年( 8 7 6 0 或8 7 8 4 h 交通量) 中第3 0 位小时交通量( 从高向低 排序) 来确定公路设计标准比较适宜，于是提出了“3 0 位小时交通量”、“设计小时交通量”、 “设计小时交通量系数”等概念。其中设计小时交通量系数是指全年中第3 0 位小时交通量 ( 或在2 0 4 0 位之间采用一比较合理的小时交通量) 与年平均日交通量的比值。上述所有提 6 查堕查堂堡主堂堡垒塞 及的交通量单位均为“绝对数，d 或绝对数时”。这一研究成果被标准采用9 1 。 标准条文解释中提出用适应交通量作为高速公路选用的标准，其值按下式计算： a a d t dx n ，( k xd )( 1 - 1 ) 式中：a a d t 为远景年限的设计年平均日交通量辆d ： c d 为单车道设计通 亍能力( 小客车每车道1 1 ) ；c d = c b x ( v c ) ； c 。为理想条件下1 个车道的基本通行能力，计算行车速度1 2 0 k m h 2 0 0 0 小客车，i l ； n 为单向车道数： k 为设计小时交通量系数，我国目前尚未针对高速公路运行进行此项调查，参考中交公路 规划设计院对一般公路设计小时交通量系数的研究，k 值大约在0 0 9 5 0 1 3 5 之间具体应 用时可根据当地交通量观测资料做适当调整； d 为交通量方向分布系数，根据我国实际交通调查情况，d 一般取0 6 ，具体应用时可根 据当地的交通量观测资料确定。进而提出高速公路远景年限的适应交通量范围。 但应用式( 卜1 ) 时应当注意以下3 个问题。 ( 1 ) 设计小时交通量系数( k ) 是近似值。根据“设计小时交通量系数( k ) ”的定义，k 是设 计小时交通量( 绝对数m ) 占年平均日交通量( 绝对数舢的比例，用绝对车辆数计算所得的系数 用于式( 1 ) 湿然这是一个近似的计算方法。 该近似计算方法会产生什么样的误差? 由于第3 0 位( 或2 0 4 0 位) 小时一般都是某一高 峰小时，高峰小时交通量与日交通量车辆构成的不同，致使以绝对数为计量单位计算的k 值 一般要大于以折算小客车为计量单位的k 值，这样用式( 1 一1 ) 计算出来的高速公路适应交通 量a a d t 将降低以1 9 9 5 年在山东省东营市开展的o d 调查为侧，9 个调查点均位于远离城 区的干线公路上，共调查到各类车辆7 3 3 9 8 辆，经计算9 个调查点高峰小时交通量占日交通量 比例的加权平均值以绝对数计为8 2 ，以折算值计为7 5 。 ( 2 ) 方向分布系数d 也存在类似的问题，但是目前影响因素一般要小些，因为无论甩小客 车或绝对数来作为交通量的单位，方向不均系数变化不会太大。 但是对于方向系数应认识到不同的地区该系数变化很大，通常越靠近城市，受潮汐交通 的影响，d 值越大，根据发达国家经验。在一些大城市附近的高速公路上，d 值甚至超过了 o 7 。因此对于d 值的选取应充分认识到城市化的影响。表1 - 2 列出了美国1 9 8 0 1 9 8 2 年期 间明尼苏达州各种类型公路的方向性分布“。 方向性分布的特性表! - 2 高峰方向变通量所占的百分比x 一年的量高 交通j 殳施类型 变道巍量小时 市区环线 城市放射线乡匪公路 第l 小时5 3 6 6 5 7 第2 小时5 3 6 6 5 3 第3 小时 5 36 5 第4 小时5 06 55 2 ( 3 ) 当量小客车折算系数差别很大。我国高速 公路用当量“小客车”来计量交通量和通行能力， 各类车辆按照混合交通状态下的折算系数换算成 当量小客车。大客车及大中小型货车折算系数为 2 0 ，拖挂车和集装箱为3 0 。美国高速公路的通行能 力也是用当量“小客车”来计量的，计算时把路段 小时交通量( 辆l l ，绝对数) 换算成1 5 r a i n 当量小客车 流率( f l o w r a t “小客车l l ，车道) ，然后依据自由流 车速、车速流率曲线计算出行车速度和车辆密度，最后确定高速公路服务水平或需要修建 的车道数等。美国计算1 5 m i n 当量小客车流率的步骤如下。 步骤一：把年平均日交通量转换成单方向小时交通量。 d d h v = a a d t x k d ( 卜2 ) 式中：d d h v 为单方向小时交通量( 辆札绝对数) ； a a d t 为年平均日交通量( 辆d ，绝对数) ： k 为高峰小时交通量占a a d t 的比例，计算时两者单位均用绝对车辆数： d 为高峰小时内高峰方向交通量占高峰小时交通量的比例，计算时两者单位均用绝对车 辆数。 步骤二：把单方向小时交通量换算成1 5 m i n 当量小客车的流率。 s f = d d h v ( p h f n f w x f h v f p ) ( 1 。3 ) 式中：s f 为15 m i n 当量小客车流率( 小客车1 1 ，车道) ； d d h v 为同式( 1 2 ) ( 辆d ，绝对数) ： p h f 为高峰小时系数： n 为单方向车道数； f w 为车道宽度影响系数； f h v 为重型车调整系数： f p 为驾驶人员调整系数； 其中重型车调整系数f h v 的计算公式为： f h v = l ( 1 + p r ( e r - 1 卜p r ( l - i ) )( 1 - 4 ) 式中：e t 、e r 为大型车、旅游车当量小客车数；p t 、p r 为大型车、旅游车在车流中的比 例。现在来看看f h v 的本质。设某段高速公路年平均日交通量有如表1 3 所示的车型构成。 年平均1 5 1 交通量的构成表1 _ 3 车型车型l车型2 车型3车型n合计 车辆数d v i v 3 v n v 比例( )p lf 2p 3p n1 0 0 小客车当量e le 2 e 3 e t a 可按以下公式把表1 - 3 交通量折算成当量小客车交通量： k = k e l + 最+ x e 3 + + k b = 一e ，( 1 - 5 ) j l f = = c 喜悱。，形= 喜州州e = l + c ( 层。- 1 ) ( 1 - 6 ) 式中：v o 是折算累加后的当量小客车交通量： v 是未折算的累计交通量； f 就是我国把车辆绝对数换算成当量小客车综合折算系数的一般计算公式”1 ，只不过 我们一般不用式( 1 - 6 ) 计算而已。比较美国公路通行能力手册中的f h v ( 见式( 1 - 4 ) ) ，可以发现f 就是式( 1 - 4 ) 等号右边部分的分母。所以说中美两国把车辆绝对数换算成当量小客车的方法 和计算公式完全一样，所不同的只是各种车型的具体折算系数相比之下中国对车型的划 分较为细致，但对在不同地形条件下的折算系数研究还不够深入，是一系列静态系数：而美国 只对车流中的大型货车、公共汽车和大型旅游车进行了折算，但同时对车辆在不同地形下对 公路通行能力的占用情况( 当量小客车数) 进行了深入研究，是一系列动态系数。 为保证标准的连续性， 0 4 标准中明确提出，对于大型车和拖挂车辆的折算系数仍 然采用( 9 7 标准。但对于旧标准的问题如何解决? 那么能否用手册中的各种当量小客车折算系数直接应用于我国高速公路的交通构成 的交通量昵? 有人认为由于我国的车辆性能比美国差，货车混入率比美国高。公路处于混合 交通状态，一般不宜采用。但是如果讨论的是高速公路的可行性研究问题，回答应该是肯定 的。因为在可行性研究中一般都是在讨论离现在2 5 3 0 年左右的交通构成问题，可以相信 东南大学硕士学位论文 2 5 年后在中国高速公路上行驶的车辆不会比现在的美国车辆性能差- 混合交通的状况必然 大幅度改善，货车混入率会逐年降低，而且根据美国h c m 2 0 0 0 ，当大型货车混入率( p t ) 较低 时大型货车的当量小客车换算系数e r 较大，当p t 增加时，e t 逐渐减小，这就意味着有较 大货车比例的中国交通构成真接引用美国的e r 是可行的，而且是偏于保守的。 1 2 车道数计算实例分析 ( 0 5 3 。4 5 9 7 h ) 无锡以西：d d h v = a a d t x f r r v x k x d - - 9 7 0 0 0 x 0 6 1x o 0 8 x 0 5 3 2 2 5 0 8 ，1 1 ) 无锡以东：n = 5 0 6 双向1 0 车道； 无锡以西：n = 2 ，7 6 双向6 道； 保证三级服务水平时： 无锡以东：n = 4 2 6 需建成至少八车道； 无锡以西：n = 2 3 3 需建为六车道。 由以上分析可以看出，我国在预测交通量时实际已经将a a d t 进行了折算，因此a a d t 是相对值而非绝对值在计算车道时，如果再次乘折算系数则重复计算了。因此，在应用 公式( 1 7 ) 计算时，必须保证a a d t 是绝对值。否则，计算结果差异相当大 1 3 车道适应交通量检验分析： 根据设定的车道数、具体的环境、以及服务水平可以反算在规划车道条件下，道路可能 适应的交通量。注：沪宁采用( 9 7 标准。 1 3 1 沪宁工可研究计算结果 i ) 计算年平均日交通量a a d t 值( 按公式( 1 一i ) 计算) ： a a d t ：c o n ( 1 - 1 ) k d 式中各符号意义同前：其中c d = c b ( v c ) ； 2 ) 指标的分析和确定 ( 1 ) 基本通行能力c b 值，根据我国小客车性能及大型车混入率较高的状况( 9 7 标准 定为2 0 0 0 p c u h 车道；而( 0 4 标准在设计车速为1 2 0 时，采用2 2 0 0 p c u t v 车道。 ( 2 ) 服务水平( v c ) 值，项目计算行车速度为1 2 0 k m h ，二级服务水平下的v c 值 为0 8 ，三级服务水平下的v c 值取o 9 5 。而( 0 4 标准在二级服务水平下的v c 值为o 7 4 三级服务水平下的v c 值取0 8 8 。 3 ) 设计小时交通量系数k 设计小时交通量取一年第3 0 位小时交通量。k 值是指高峰小时交通量占年平均日交通 量的比值，该系数与道路运行时间、道路性质、交通流量等因素有关。综合以上分析，沪宁 高速公路的k 值取为o 0 8 。 4 ) 交通量方向系数d 根据搜集整理的沪宁高速公路江苏段交通量资料，沪宁高速公路江苏段全线平均方向分 布系数为o 5 3 ，确定本次d 取值为0 5 3 。 根据适应交通量计算公式和各指标取值，计算得到本项目不同服务水平和车道数的适应交通 量。见表1 5 。 不同车道、不同服务水平的适应交通量( p c u d )表1 - 5 六车道1 1 3 2 0 0 二级服务水平八车道1 5 0 9 5 0 十车道l8 8 6 5 0 三缓服务水平六车道1 3 4 4 5 0 查塑查兰堡主堂壁堡兰 由上述计算结果可以看出，八车道能够在江苏段全线满足二级服务水平的要求a 而前面 我们计算车道的结果发现要求1 0 车道才可以满足。原因在哪里? 1 3 2 计算结果分析 由公式( 1 1 ) 可以看出，c d 、n 值基本确定。主要问题在于设计小时交通量系数k 和 交通量方向系数d 的取值上。 1 ) k 值的取值问题 由于没有小时交通量的数据，沪宁项目采用了收费站的交通参数间接推测小时交通量， 其工可研究成果显示，“沪宁高速公路江苏段高峰小时系数无锡以东路段总体上低于西段， 全线平均高峰小时系数为o 0 8 1 ”。很明显，尽管无法获得第3 0 位高峰小时资料，但第3 0 位高峰小时的交通量无疑是大于一般的高峰小时交通量的，因此设计小时交通量系数k 肯 定大于0 ，0 8 1 。但沪宁采用了0 0 8 这个值明显偏小。 该值比常规采用的0 0 9 5 0 1 3 5 的范围要低。根据道路通行能力手册的规定：市区 高速公路：k 值o 0 7 o 1 0 ；市郊高速公路k 值0 1 0 0 1 5 ；乡区高速公路0 1 5 0 2 0 ；我 国的k 值一般平均值取值见表1 - 6 “1 ，由此看，沪宁高速公路的k 值的取值偏小一定程度 上导致计算出l i 匀可服务交通量增大。 国内k 值的一般平均值表1 - 6 环境类别k 系数 市区o0 7 0 1 0 挪区o i o 0 1 5 农村0 1 5 02 0 2 ) 交通量方向系数d 的取值 前面已经对d 值的取值有所论述，根据前文的理解 在城市化发达的地区随着住在郊区的而工作在市区的人 增加，单向交通流越明显。沪宁处于我置经济最发达、城 市化水平最高的地带，在城市附近应该有更高的d 值，因 此本人认为该值取的偏低，正常的d 值应至少在o 5 5 以上。 3 ) 修正后的计算结果 以刚才的分析结果，取k 为o 0 9 ，d 值为0 5 5 重新计算得到以下结果，并与沪宁工 可计算结果比较，见表1 7 。 修正k 、d 后的适应交通量( p c o d )表l - 7 服务水平等级车道救肇正后( p c u d )恬正前( p c u d )差值 六车道9 6 9 7 01 1 3 2 0 0一1 6 2 3 0 二缎服务水平八车道1 2 9 2 9 01 5 0 9 s 0- 2 1 6 6 0 十车道1 6 1 6 1 61 8 8 6 5 0_ 2 7 0 3 4 六车道1 1 5 1 5 l1 3 4 4 5 0- 1 9 2 9 9 三缀服务水平八车道1 5 3 5 3 51 7 9 2 5 0- 2 5 7 1 5 十车道1 9 1 9 1 92 2 4 0 5 0- 3 2 1 3 i 由修正后的计算结果。可以看出k 、d 值对结果的影响非常大。其结果减少了1 0 以 上由于k 值增加了的原因。修正后的结果更加接近我国的标准规定，且符合国外的数据， 说明修正以后有一定的合理性。沪宁如果拓建为六车道，无锡以西段，在远景年服务水平将 降至三级。而东段则远远不能满足交通需求。拓建为八车道，在无锡以西段，在远景年服务 水平将保持在二级。无锡以东则可能降到三级以下服务水平。无锡以东扩建为十车道在远景 2 东南大学硕士学位论文 年交通状况将比较良好。 在以 0 4 标准计算时，得出的结果与修正后的结果基本一致，说明了修正后的计算 结果更加符合新的标准。 应该注意到，以手册计算出的结果，与我国的 9 7 标准仍然相差很多，例如 0 4 标准规定，六车道高速公路适应交通量为4 5 0 0 0 9 0 0 0 0 ：而以上修正后的计算出的结果是 l o 万左右，比标准高出近1 5 。但从前面列出的国外的多车道公路的交通量来看有一 定的合理性。所以，我国的( 0 4 标准值在多车道上。取值偏于保守。以下列出美国的几 条高速公路交通量的状况。可以看出与我国标准相差很大，见表l - 8 。 美国的多车道高速公路的交通量 表1 - 8 高峰方向交通量 所位城市公路名称车道数年份平均日交通量 车辆数 k d 1 0 0 a t l a n d a g a i 一8 5no f 卜7 5a tm o m o cd r i v e1 9 7 5 9 l ，0 0 9 5 5 0 0 i ) e n v o r1 - 2 5 b e t w e e n 3 9 4 a v ea n d l - 7 01 9 7 41 4 5 0 0 07 5 0 0 h o u s m n 1 奴 h 5 一c m l f a t w o o d b r i d g e 1 9 7 6 1 0 6 ，6 0 0 4 9 1 04 6 d e t r o i t , m i c hf o r df w y ( 1 - 9 4 ) 丑c h t y s l e r f h ，1 9 7 5 1 6 l ，5 0 0 5 5 7 034 c h i c a g o , h i l a k c