高速公路改扩建施工区交通流组织研究可复制黏贴 优秀毕业论文.pdf

分类号 u 4 1 u 2 1 0 7 1 0 0 8 2 1 2 7 7 硕 高速公 导师姓名职称 申请学位级别 论文提交日期 学位授予单位 1 y1 9 4 眦7 7 哪3 吼3 盟1 s t u d yo n t r a f f r i c o r g a n i z a t i o n i nr e c o n s t r u c t i o n a n de x t e n s i o nw o r kz o n eo fe x p r e s s w a y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e x um e i l i s u p e r v i s o r x uj i n l i a n g c h a n g a nu n i v e r s i t y x i a n c h i n a 1iii l 9d u ivl 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已经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 铭走面例 年 月仃日 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 么细仍7 年 月伊e t 导师签名 甲伊 仰i f 年6 艮l 毛黾 摘要 我国二十世纪九十年代修建的高速公路 目前已经接近或超过设计年限 一些高速 公路上的交通量已超过设计通行能力 出现了交通拥堵或路基路面破坏等现象 因此 对高速公路进行改扩建 使其继续为经济和社会活动服务 是当前和今后一段时期内我 国公路建设的主要任务和紧迫问题 改扩建期间 如何通过交通组织方法 既不过分降 低施工区通行能力 又能保障车辆安全通行是公路科技工作者关注和亟需解决的关键技 术难题 本文在分析相关研究成果的基础上 分析各种改扩建方式的特点和适用性 并对改 扩建施工区进行界定和控制区划分 利用统计分析 交通工程学原理对施工区的交通流 特性进行研究 在分析交通流组织影响因素的基础上 提出基于路网的点 线 面三个 层次的交通流组织方法和施工区交通参数设计方法 以依托工程为对象 对改扩建施工 区的交通流组织方案进行研究 以v i s s i m 为仿真平台 建立路网 路段的仿真模型 结合实际交通流数据 对交通流组织方案进行仿真验证和修改 最后得到优化的交通流 组织方案 研究成果对施工区交通流组织具有参考价值 对提高依托工程施工区路段的通行能 力 保障交通安全具有重要意义 关键词 高速公路 改扩建 施工区 交通组织 仿真 a b s t r a c t t h eh i g h w a yw h i c hw e r eb u i l d e di nt h en i n e t i e st w e n t i e t hc e n t u r yi sn o wc l o s et oo r m o r et h a nt h ed e s i g nl i f e t r a f f i co ns o m eh i g h w a y sh a se x c e e d e dt h ed e s i g nc a p a c i t y t h e r e h a sb e e nt r a f f i cc o n g e s t i o na n dr o a de m b a n k m e n td a m a g ea n ds oo n t h e r e f o r e t h eh i g h w a y e x p a n s i o ni st h em a i nt a s ko fr o a dc o n s t r u c t i o na n du r g e n tp r o b l e m i no r d e rt os e r v i c e e c o n o m i ca n ds o c i a la c t i v i t i e s i ti st h eh i g h w a ys c i e n c ea n dt e c h n o l o g yw o r k e r sc o n c e r n sa n d s o l v ep r o b l e m s d u r i n gt h er e n o v a t i o na n de x p a n s i o n h o wt op r o t e c tt h e s a f ep a s s a g eo f v e h i c l e sa n dn o te x c e s s i v er e d u c t i o no ft h ec o n s t r u c t i o na r e ac a p a c i t y b a s i n go nt h ea n a l y s i so fr e l e v a n tr e s e a r c hr e s u l t s t h i sp a p e rs u m m a r i z et h ef e a t u r e so f v a r i o u sr e c o n s t r u c t i o np r o g r a m s d e f i n et h ew o r ka r e aw h i c hi sa l s or e b u l i d e d a n ds t u d yt h e t r a f f i cf l o wc h a r a c t e r i s t i c su s i n gs t a t i s t i c a la n a l y s i sa n dt r a f f i ce n g i n e e r i n gp r i n c i p l e s b a s i n g o na n a l y s i n gt h ei n f l u e n c ef a c t o r so ft r a f f i co r g a n i z a t i o np r o g r a m t h i sp a p e r p r o p o s et h ep o i n t l e v e l l i n el e v e la n ds u r f a c el e v e lt h r e el e v e l so ft r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o nm e t h o d s a n dt h e r e c o n s t r u c t i o na r e at r a f f i cp a r a m e t e rd e s i g nm e t h o d b a s i n go nt h ep r o j e c t s t u d yt h et r a f f i c o r g a n i z a t i o np r o g r a md u r i n gr e c o n s t r u c t i o n v i s s i ms i m u l a t i o ns o f t w a r ew a su s e dt oe s t a b l i s h t h es i m u l a t i o nm o d e lo fr o a dn e t w o r ka n db a s i cs e c t i o n s b a s i n go nt h ea c t u a lt r a f f i c d a t e v e r i f ya n dm o d i f yt h et r a f f i cf l o ws i m u l a t i o np r o g r a m a n do b t a i nt h eo p t i m i z e do r g a n i z a t i o n p r o g r a m t h er e s e a r c hr e s u l t si sr e f e r e n c ev a l u et ot h er e c o n s t r u c t i o na r e at r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o n i ti si m p o r t a n tt oi m p r o v et h et r a f f i cc a p a c i t ya n de n s u r et r a f f i cs a f e t yo ft h er e c o n s t r u c t i o n a r e a 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 n w o r kz o n e t r a f f i co r g a n i z a t i o n s i m u l a t i o n i i 目录 第一章绪论 1 1 1 研究背景及意义 l 1 2 国内外研究现状 1 1 2 1 国外研究现状 1 1 2 2 国内研究现状 5 1 2 3 国内外研究现状对比评述 6 1 3 主要研究内容及技术路线 7 1 3 1 主要研究内容 8 1 3 2 技术路线 8 第二章高速公路改扩建方式及施工区交通流特性研究 1 0 2 1 高速公路改扩建工程定义及改扩建方式 1 0 2 1 1 改扩建工程定义 1 0 2 1 2 改扩建方式 1 0 2 2 高速公路改扩建施工区概述 1 1 2 2 1 改扩建施工区的定义和类型 1 1 2 2 2 改扩建施工区交通控制区划分 1 2 2 3 高速公路改扩建施工区交通流特性分析 1 2 2 3 1 改扩建施工区交通流特性分析 1 3 2 3 2 改扩建现状交通流特性分析 1 5 2 4 本章小结 2 0 第三章高速公路改扩建施工区交通流组织研究 2 1 3 1 高速公路改扩建交通流组织原则及设计流程 2 1 3 1 1 交通流组织原则 2 1 3 1 2 交通流组织方案建立流程 2 1 3 2 高速公路改扩建交通流组织影响因素分析 2 3 3 2 1 交通量对交通流组织的影响 2 3 3 2 2 区域公路网布局对交通流组织的影响 2 4 3 2 3 通行能力对交通流组织的影响 2 4 3 2 4 施工组织方案对交通流组织的影响 2 6 3 3 高速公路改扩建施工区交通流组织研究 2 6 3 3 1 路网交通流组织方法 2 7 3 3 2 路段交通流组织方法及设计参数确定 3 0 3 3 3 深汕西高速公路改扩建交通流组织方案研究 3 6 3 4 本章小结 5 3 第四章高速公路改扩建交通流组织方案的仿真验证 5 4 4 1v i s s i m 交通仿真软件的简介 5 4 4 1 1v i s s i m 交通仿真软件的功能 5 4 4 1 2 交通仿真的目的 5 4 i i i 4 2 交通仿真建模方法 5 4 4 2 1 模型的基本假定 5 5 4 2 2 交通数据采集 5 5 4 2 3 交通流特性及行驶规则的设置 5 6 4 2 4 交通仿真模型的建立 5 8 4 3 施工区交通流组织方案的仿真验证 6 2 4 3 1 路网交通分流仿真方案 6 2 4 3 2 基本路段交通组织仿真方案 6 3 4 3 3 仿真模型测试 6 4 4 3 4 仿真结果分析 6 4 4 4 本章小结 6 9 结论 7 0 参考文献 7 2 致谢 7 5 i v 长安大学硕上学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 高速公路 作为重要的社会基础设施 已成为衡量一个国家公路交通运输和汽车工 业现代化水平的重要标志 自 七五 期间 建成沈大 沪嘉 广佛 西临为代表的高 速公路以来 我国高速公路建设迅猛发展 同时 随着社会经济的持续快速发展 很多 早期建成的高速公路已不能完全满足近年来交通量发展的需要 特别是经济发达地区主 干公路 如沈大 广佛 沪宁 京津塘和京港澳等高速公路 大多为四车道 现有实际 交通量已远远超过其设计能力 造成交通阻塞现象严重 交通事故频繁等问题 此外 汽车车型结构和轴载结构的变化 也使得一些早期高速公路路面损害严重 已达到或超 过其设计寿命 2 0 0 2 年 素有 神州第一路 美誉的沈大高速公路的八车道改造施工 拉开了我国大规模高速公路改扩建的序幕 对原有高速公路进行扩建 无论采用何种施工组织方式 必然对原有的高速公路交 通流产生干扰 从而影响道路的正常行车 其主要表现有 道路改扩建施工时 路侧施 工对原有道路正常交通流的干扰 路侧净空间和视距不足造成的道路通行能力降低 因 施工组织需要造成的车辆频繁改道 分道 并道行驶等 这些影响将会导致项目路道路 通行能力 服务水平严重下降 导致其交通安全水平大幅降低 目前 高速公路在公路 交通运输中的作用日益显著 高速公路沿线交通运输对其依赖性日益增强 因此 在高 速公路扩建过程中如何保证其交通流的正常运行 减小因扩建施工对交通流的影响 保 证道路行车畅通安全成为扩建施工中一个亟待解决的问题 它关系到扩建高速公路所在 路网运行效率 沿路的经济发展和对社会所产生的影响 己有高速公路改扩建必定是未来1 0 多年新的公路建设热点 因此研究高速公路改 扩建交通组织技术具有很强的现实意义和理论研究价值 对改扩建期间的交通运行具有 重要的指导意义 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 由于国外发达国家的高速公路建设起步早于我国 高速公路网络已基本完善 因此 对高速公路施工区的交通组织与交通管理 车速控制与安全保障 通行能力等已进行了 较多研究 并取得一定成就 对施工区事故和车速进行研究 为施工区安全改善研究提 第一章绪论 供基础 对施工区通行能力和交通管理措施进行研究 为高速公路施工提供技术指导 1 公路施工区交通事故分析 交通基础数据是事故分析的基础 国外有较丰富的施工区事故资料 为研究施工区 交通安全提供了基础 国外学者对交通事故数据进行统计分析 归纳总结如表1 1 表1 1 国外公路施工区交通事故分析研究 年代研究学者研究内容和结论 对施 r 期间的事故率进行了研究 施工期间的事故率较施 r 1 9 7 6 年l i s t e 等 前增长了1 1 9 对美国公路施工区每年的事故死亡数进行研究 1 9 8 7 年是 1 9 8 8 年 s t a m m e r 5 0 0 人 较1 9 8 2 年的5 0 0 人 五年内死亡人数增长了一倍 对州际公路施 区的交通事故进行分析 从肯塔基州交通事 故报道系统获得了1 9 8 3 年到1 9 8 6 年的交通事故资料 发现不 1 9 9 0 年p i g m a na g e n t t 5 1 同公路上施工区的交通事故率从3 6 次 百万车英里到1 6 0 3 次 百万车英里不等 研究表明施工区的安全性在下降 在所有交通事故中施工区 1 9 9 3 年 b r y d e n t 6 的事故数占2 3 p a r t r i c ks 8 y r d 和 对施工区合流处的交通冲突进行研究 表明交通事故主要由 1 9 9 9 年强行合流 大型车并排行驶等引起 其中6 0 的事故是由强行 g e z ap e s t i 等 7 1 合流造成的 2 公路施工区车速研究 施工区车速是影响交通流组织的重要因素之一 因此有必要对其进行研究 以提高 公路运营效率和交通安全 国外学者针对施工区与车速间相互影响进行研究 如表1 2 表1 2 国外公路施工区车速分析研究 年代研究学者 研究内容和结论 详细研究了施工区车辆运行速度 得到交通量 交通控制方式及施工区 1 9 8 1 年p a i n 等 地点等因素共同决定了施工区车速 r o u p h a i l 和 对影响施工区车辆平均运行速度的两个因素 作业强度和地点进行了研 1 9 8 5 年究 结果表明施工区车辆平均运行速度随作业强度的增加而降低 施工区 t i w a d 越靠近行车道 平均运行速度越小 2 长安大学硕士学位论文 表1 2 国外公路施工区车速分析研究 续 年代研究学者 研究内容和结论 r i c h a r d 和 对施工区内减速行驶的必要性进行了进一步的验证 提出有必要对施工 1 9 8 6 年 d u d e q 3 l 区实施限速 以提高道路交通安全 对施工区车速的平均值和方差进行研究 表明交通量较小的情况下 施 1 9 8 8 年 r o u p h f i l 等 工区的平均运行速度变化不大 研究了公路施 区的车速特性 分析了施j 区的车速分布 以及通车 v i r g i n i a 和 车道数 车道关闭形式及施工人员对车速的影响 发现在施工区处车辆 1 9 9 9 年 r i c h a r d 9 1 的运行车速通常要高于限速值 并与通车的车道数有关 j a m e sm i g l e t z 1 9 9 9 年 研究了施工路段的限速标准 提出了安全水平与限速之间的内在联系 和j e r r y 1 0 1 3 公路施工区通行能力研究 为估算交通运行参数 服务水平 需对改扩建施工路段的通行能力进行分析 对确 定具体的交通流组织方案有重大意义 国外对公路施工区通行能力的研究如表1 3 表i 3国外公路施工区通行能力分析研究 年代研究学者研究内容和结论 德克萨斯州交通运德克萨斯州交通运输协会对高速公路上施工区的通行能力 7 0 年代末到8 0 年代初 输协会 d u d e k 和进行了数据采集 在此基础上 d u d e k 和r i c h a r d s 于1 9 8 2 年 r i c h a r d s 发表了关于德州城市快速路施t 区的通行能力研究报告 1 1 1 1 9 8 5 年 r a u p h m l 等 1 9 9 4 年 k r a m m e s 和l o p e z 均通过实验 研究了施工区通行能力 并分析了影响施工区 通行能力的因素 研究表明 车道封闭形式 大型车比率 物 1 9 9 5 年d i x o n 等 理分隔设施 未封闭车道的宽度 限速值 临时性的施工标志 1 9 9 9 年 j i a n g 标线 纵坡度等均影响着施工区的通行能力 2 0 0 0 年 a i k a i s y 1 2 1 2 0 0 2 年 2 0 0 1 年k i m t l 3 1 国外学者也对施工区通行能力的取值进行了详细的研究 如表1 4 表1 4 施工区通行能力的取值研究 年代研究学者研究内容和结论 提出将拥挤状态下的小时交通流量作为旌 区的通行能力 1 9 8 2 年 d u d e k 和r i c h a r d s 值 施工区通行能力的累计分布 这些数据为美国 道路通 行能力手册 中关于施工区通行能力的取值提供了基础1 1 4 3 第一章绪论 表1 4 施工区通行能力的取值研究 续 年代研究学者研究内容和结论 美国 道路通行能力手册 h c m 1 9 9 4 给出高速公路 1 9 9 4 年 施工区的标准通行能力值 报告认为h c m 1 9 9 4 中给出的值均是从德克萨斯州的 1 9 9 5 年d i x o n 等 高速公路上获得的经验数据 不具有代表性 并给出了北卡 罗来纳州的高速公路施工区通行能力值 k a r e nk d i x o n j o s e p h 1 9 9 8 年 e h u m m e r n a g u i 对高速公路施 亡路段排队长度的评估方法进行了研究 1 5 m r o u p h a i l 等人 1 9 9 9 年 j i a n g 2 0 0 0 年 2 0 0 2 年 a i k a i s y 等 研究了施工区的通行能力计算方法1 1 6 1 2 0 0 1 年k i m 对多伦多南部的g a r d i n e r 高速公路进行了为期四天调查 a h m e d a i k a i s y m i a o 调查基本显示了施工路段的通行能力与h c m 基本一致 同 2 0 0 0 年 z h o u f r e dh a l l 等时也明确了施工路段通行能力与驾驶员的性格 位置 时间 及气候等因素密切相关 1 7 l 利用从2 0 0 1 9 2 0 0 2 8 月所观测的流量数据对施工路段不 同封闭车道条件下的通行能力进行研究 提出了施工路段通 2 0 0 4 年s a r a s u a d a v i s c l a r k e 等 行能力的修正模型 并且在模型开发过程中 对施工路段数 据的采集和分析方法进行了总结 l s l 4 公路施工区交通管理措施研究 为了保证施工作业和车辆的安全 国外学者对公路施工区交通组织与管理措旌进行 了研究 研究内容包括车道封闭位置 施工区合理长度 管理方式与事故率的关系等方 面 如表1 5 所示 表1 5 公路施工区交通管理措施研究 年代研究学者研究内容和结论 1 9 8 2 年d u d e k 和r i c h a r d 对不同交通管控措施下的事故形态进行了研究 提出了各种减轻施工区影响的管控措施 包括优化施工区的交 1 9 8 7 年 j a n s o n 等 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施 工区长度等 1 9 8 8 年 r o u p h a i l 等 对速度的方差及分布与交通管控设施的关系进行了深入研究 4 长安大学硕士学位论文 表1 5 公路施工区交通管理措施研究 续 年代研究学者研究内容和结论 对多车道公路和双车道公路施工区交通管控设施的影响进行 1 9 9 1 年 g a r b e r 和t z o n g s h i o u 了研究 提出施工区的事故率与交通管控方式密切相关 1 9 9 5 年 h a 和n e m e t h l l 9 1 提出为预防交通事故发生 需完善公路施工区的管控措施 c h u n h u n gc h e n 和 2 0 0 3 对典型四车道施工路段的长度值进行了研究 p a u ls c h o n f e l d t 2 0 1 1 2 2 国内研究现状 国内施工路段的交通组织方面 主要有交通部颁发的 公路沥青路面养护技术规范 j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 1 4 以及各省所属地方部门制定的施工路段管理办法 此外 道路交 通标志标线 g 5 7 6 8 1 9 9 9 3 1 和各省制定的交通安全设施设计规范也对施工路段安全标 志的设置作了相应的规定 如浙江省制定的 浙江省地方标准高速公路交通安全设施设 计规范 d b 3 3 7 0 4 2 0 0 8 1 2 3 1 并给出部分施工情形下的施工交通组织方案 公安部 发布的 道路作业交通安全标志 g a l 8 2 1 9 9 8 2 4 补充了道路作业人员的着装和作 业车的标记 近年来随着对施工区的交通安全状况的关注 我国对交通组织方案和交通安全研究 也逐渐展开 目前 我国对施工区交通安全的研究成果如表1 6 所示 表1 6 国内研究现状 年代研究学者研究内容和结论 采用灰色理论 对高速公路旖工区的风险性进行了研究 提出在 1 9 9 5 年吴兵和杨佩昆1 2 5 1 施工区采取安全防护措施的必要性 1 9 9 5 年吴兵和刘开平 2 6 1研究了公路施工和养护的安全与对策 2 0 0 2 年吴晓宇 2 7 1研究了高架路施 t 区中各控制区长度的计算方法 研究了施工区限速的必要性 限速控制对提高交通安全起一定作 2 0 0 4 年吴新开和吴 兵1 2 s 1 用 并提出了多种车速控制方法 从维护施工作业区交通安全的角度 对施 路段进行了划分 对 2 0 0 4 年冯超铭 2 9 1施工作业区交通标志的设置进行了阐述 并提出保障流动车辆施工 作业安全的有效措施 周茂兵和盖松雪等以v i s s i m 为仿真平台 对影响施工区通行能力的因素进行了研 2 0 0 4 年 1 3 0 1 究 为计算施工区通行能力提供了基础 5 第一章绪论 表1 6 国内研究现状 续 年代研究学者研究内容和结论 分析了公路施工路段前警告标志对车速的影响 对施工路段不同 距离标志前后的车速 及计算车速的平均值和标准差进行了研究 2 0 0 4 年 熊辉和史其信1 3 1 结果表明标志离施工区越远车速值越离散 对车速控制效果越不明 显 提出了在公路建设实施期间 应对交通流进行路径诱导和疏散 2 0 0 5 年 张丰焰和周伟 3 2 并提出改扩建交通组织设计原则和方法 在大量交通调查的基础上 分析了施工区行车道 超车道和合流 何小洲和过秀成等 车道的车头时距分布特征 各控制区的地点频率分布和空间分布特 2 0 0 5 年 3 3 1 征 及车道占有率及车辆汇入特征 为施工区的交通安全研究和管 理奠定了基础 根据流体流量连续理论 对高速养护施工区交通流冲突特征进行 2 0 0 5 年田晋跃等 3 4 l 了研究 建立了交通冲突的预测模型 1 2 3 国内外研究现状对比评述 国外学者对施工区交通流特性和交通管制措施均进行了比较系统的研究 同国外的 研究相比 我国对高速公路施工区的研究起步较晚 尚未形成系统 国内外的研究还存 在以下几个问题 1 在已有研究中 多为结合实际扩建工程展开 对路网交通分流 路段的交通 流组织 桥梁收费站等交通流组织进行研究 实质上 交通流组织可分为三个层次 即 基于路网布局的交通流组织 基本路段的交通流组织和桥梁 立交等施工关键点的交通 流组织 三个层次应统一考虑 统筹安排 并兼顾三者之间的关系 才能使高速公路扩 建期的交通流组织获得满意效果 目前 缺乏从系统的角度来研究高速公路扩建期交通 流组织 仅从单个层次进行研究 存在片面性 因此 运用系统理论来研究高速公路扩 建期交通流组织的原则和方法是一个重要的方向 同时可为交通流组织的应用提供理论 支持 2 国外有丰富的施工区事故资料 为深入研究施工区交通安全提供基础 其主 要研究内容包括统计分析事故率 事故死亡人数 不同公路施工区的事故率 交通管控 方式与事故率的关系及施工区事故风险度分析 而国内施工区交通事故资料积累有限 研究较少 同时 国外在施工区交通安全分析方面 对交通流的车道分布 速度 通行 能力 速度一流量一密度关系及交通冲突特性进行了研究 而国内研究较少 6 二 二二二 二二一 长安大学硕士学位论文 i i i i 一 3 在交通安全对策研究方面 国外研究较细 对交通组织方法 交通控制策略 交通安全管理 车道封闭位置 合理施工区长度以及交通组织实施后效果的评价 均进 行了细致的研究 国内研究主要针对应用层面上 包括施工安全管理 施工安全设施的 布设 施工安全防护措施 交通组织设计的原则与方法等 1 3 主要研究内容及技术路线 本论文依托项目为深汕西高速公路改扩建工程 深汕西高速公路是连接广东省粤东 地区和珠江三角洲地区的主要公路通道 也是交通部规划的同江至三亚沿海国道主干线 的组成部分 深汕西高速公路西段起自深圳龙岗 经深圳 惠州市的惠阳 惠东 汕尾 市的海丰和陆丰 终止于陆丰的潭西 全长1 4 6 6 k m 路基宽为2 4 5 m 车道宽度3 7 5 m 全线为双向四车道 全封闭 全立交 设计行车速度为l o o k m h 桥梁设计荷载为汽车 超2 0 挂车 1 2 0 深汕高速公路经济影响区范围较大 东莞 深圳 惠州 汕尾 汕 头 揭阳和潮州市为项目直接影响区 广东省其他地区为间接影响区 项目地理位置图 如图1 1 经过十多年的运营 深汕西高速公路路面服务质量明显下降 为了保证区域交通网 的正常服务功能 准备对该路段进行路面大修及道路改扩建 为了使大修对通行和安全 带来的负面影响降至最低 尽可能减少施工作业对行车带来的延误 建议学位提出对改 扩建施工过程中的交通流组织方案进行研究 7 第一章绪论 1 3 1 主要研究内容 本论文在广泛调查高速公路施工路段交通流特性的基础上 应用道路与交通工程的 原理 采用理论分析 现场调查 仿真实验 数理统计与工程对比的研究方法 借鉴国 内外成功经验 坚持 经济合理 技术可行 方案有效 的原则 从以下几个方面对高 建公路苡扩建施二r 区的交通流组织进行研究 1 高速公路改扩建施一 墨父通流特性研究 在对国内高速公路改扩建工程调研的基础上 总结了高速公路改扩建特点和方式 并对高速公路施工区进行定义和区段划分 利用统计分析 交通工程学原理 研究高速 公路改扩建施工区及改扩建前的交通流特性 为制定合理的交通流组织方案奠定基础 2 高速公路改扩建施工区交通流组织方案研究 基于高速公路改扩建交通流组织设计原则与方法 结合国内外成功经验 并在分析 交通流组织影响因素的基础上 研究高速改扩建路网交通分流方案和基本路段的交通流 组织方案 根据高速公路改扩建期间交通流组织方案的理论研究成果 在对依托项目交 通量大小 交通组成及车速等交通参数进行调查 统计分析的基础上 制定深汕西高速 公路改扩建交通流组织方案 3 高速公路施工区交通流组织仿真验证 运用交通仿真技术 研究高速公路改扩建交通流组织建模方法及交通仿真方案 在 此基础上建立高速公路改扩建交通流组织仿真模型 并对深汕西高速公路改扩建交通流 组织方案进行仿真验证及修正 1 3 2 技术路线 论文在分析高速公路施工区交通流特征的基础上 提出高速公路改扩建交通流组织 方案 通过交通仿真 建立高速公路施工区交通组织仿真模型 对论文提出的交通组织 方案及路段设计参数进行验证及修正 最后结合依托项目 将研究成果予以应用 验证 研究成果的有效性与可行性 技术路线如图1 2 8 一 鉴室盔兰堕圭兰垡笙奎 i 一 图l 2 技术路线 9 第二章高速公路改扩建方式及施工区交通流特性研究 第二章高速公路改扩建方式及施工区交通流特性研究 2 1 高速公路改扩建工程定义及改扩建方式 2 1 1 改扩建工程定义 为提高道路的等级或者抵抗荷载强度 在原有高速公路的基础上进行的扩容改建工 程称为道路改扩建工程 高速公路改扩建工程包括两层含义 一是对道路几何线形的改 扩建工程 即提高道路技术等级 以满足交通量增长的需要 二是因交通流轴载需求而 进行的提高道路结构强度的大修工程 2 1 2 改扩建方式 总结目前国内外高速公路改扩建的经验 改扩建方式包括整体拼接方式和分离方式 两类 整体拼接方式又分为单侧拼接和双侧拼接 通常主要是双侧拼接 双侧拼接改扩建方式是指沿原有道路两侧直接拓宽 即拆除老路路基防护 路侧护 栏 交通标志 隔离栅等 在老路两侧加宽至所需的宽度 这种扩建方式适用于平原丘 陵地区高速公路基本路段及单喇叭 半苜蓿叶等简单形式的互通立交部分 该方法的优 点是拆迁量小 占地少 易于老路同时改造 工程投资相对较省 拓宽后总车道数不超 过八车道时 可有效地提高断面通行能力 缺点是施工期间对现有交通流干扰较大 交 通组织困难 某一阶段可能需要临时中断交通或封闭部分车道 施工质量控制难度较高 特别是新老路基之间的不均匀沉降及良好结合问题难以解决 分离式改扩建方式是指在原有高速公路的两侧或一侧适当位置新建两条单向或者 一条单向高速公路 与原有道路共同组成多车道的高速公路通道 以期达到改扩建目的 这种改扩建方法宜用于重丘山岭地区及高速公路沿线复杂的互通枢纽部分 该方式的优 点是施工期对现有交通干扰较小 可基本维持现有高速公路的功能 施工质量相对易于 控制和保证 技术风险小 上跨桥梁可最大程度地加以利用 缺点是用地较多 工程投 资相对较高 总车道数不超过双向八车道时 分离式改扩建方式总的断面通行能力不如 直拼接方式的总断面通行能力等问题 通过上述比较 两种改扩建方式各具特点 对某条具体高速公路来说因地形地貌条 件 地质条件 构造物的结构与规模等的不同而存在差异 因此要根据不同路段具体特 点选择适宜的改扩建方式 灵活选择改扩建方案 1 0 长安大学硕士学位论文 2 2 高速公路改扩建施工区概述 2 2 1 改扩建施工区的定义和类型 1 高速公路改扩建施工区的定义 关于公路养护维修作业控制区 t r a f i l ec o n t r o lz o n ef o rm a i n t e n a n c ew o r k 的定义 已在我国的 公路养护安全作业规程 j t g h 3 0 2 0 0 4 中有所界定 但在研究文献和设 计资料中较少使用 国内现行其他规范 如 道路作业交通安全标志 g a l 8 2 1 9 9 8 道路交通危险警示灯 g t 4 1 4 2 0 0 3 基本上都将施工区定义为 为保障作业现场 的道路交通安全而用路栏 警示灯 锥形交通路标围起来的区域 结合现行规范 本文对高速公路改扩建施工区进行了界定 改扩建施工区是为保障 施工作业现场的道路交通安全 在开放通行的高速公路上设置的以渠化 防撞 警示等 交通安全设施标识出来的区域 包括第一个施工警告标志到施工结束标志之间的区域 2 高速公路改扩建施工区的类型 本文根据施工区路段的车辆是否需要改变交通流向 将高速公路改扩建施工区分为 以下两种 不改变交通流向的施工区 不改变交通流向的旋工区是指车辆仍在原车道方向上行驶 行车道上的合流车辆要 进入超车道 需要在超车道上寻找可接受间隙 调整加速度大小 以实施合流变换车道 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 直至通过施工区 如图2 1 所示 图2 1 不改变交通流向的改扩建施工区 改变交通流向的施工区 改变交通流向的施工区是指原有方向的车辆利用中央分隔带的开口转向对向车道 行驶 如图2 2 所示 第二章高速公路改扩建方式及施工区交通流特性研究 图2 2 改变交通流向的改扩建施工区 2 2 2 改扩建施工区交通控制区划分 高速公路改扩建施工的活动场所即为改扩建施工区 一个完整的改扩建施工区分为 警告区 过渡区 缓冲区 工作区和终止区五个部分 如图2 3 所示 l 一 一 v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v r v v v v v v v v v v v v 7vvvvvvvvvvvv v v v v v v v v v v v vvvvvvvvvvvv v v v v v v v v v v v 一警告区 一上游过渡区缓冲区一 工作区 f 游过渡酎终止文 图2 3 高速公路改扩建施工区划分 1 警告区 提示驾驶员前方道路施工 需注意交通变化情况 以及时采取相应 措施 2 过渡区 为行驶车辆提供改变行驶方向 变换车道 的空间 可分为上游过 渡区和下游过渡区 3 缓冲区 是过渡区到工作区之间的一段空间 提供给失误车辆一个调整行车 状态的缓冲路段 以避免发生更严重的交通事故 缓冲区开始点需要设置路障 一般在 缓冲区开始点设置闪光灯信号和视线诱导标 4 工作区 是进行施工作业的工作场所 亦是作业人员工作 停放施工设备 堆放建筑材料的地方 一般利用障碍物或渠化设施将施工作业活动和道路使用者隔离 该区段的车辆一般不能超车 只能处于跟驰行驶状态 5 终止区 位于施工区的末端 是施工区结束和施工限速解除的区段 提供一 个调整行车状态的路段 使车辆逐渐恢复正常运行状态 2 3 高速公路改扩建施工区交通流特性分析 改扩建施工区道路条件和交通条件的变化对施工路段交通流特性将产生深刻影响 因此 需对高速公路改扩建期间施工区的交通流特性进行研究 是制定改扩建期间交通 1 2 长安大学硕士学位论文 组织方案的基础 2 3 1 改扩建施工区交通流特性分析 高速公路交通流特性是通过交通量 车速 车头时距等交通参数来描述的 为得到 改扩建施工区交通流运行的内在规律 对京沪淮安段施工区交通流特征进行统计分析 1 车速 改扩建施工期间车速的特性 结合京沪高速淮安段调查的小客车的地点车速 其地 点车速特性如图2 4 可以看出 地点车速的频率分布说明车速分布符合正态分布 改 扩建施工区段的小客车平均运行车速仅为6 5 7 k m h 较施工前降低很多 2 0 0 1 5 0 鬓l o o 5 0 o 防 彦 孵 l r i i 髟 i k 圜 一 级 黝 陇 铡 爹 芦 速度k m h 图2 4 车速频率数分布情况 2 车道占有率 车道占有率是指观测路段内行驶的车辆总长度与观测路段总长度之比值 3 引 分析京 沪高速淮安段项目改扩建施工期间的车道占有率 以说明行车道和合流车道的交通量与 车道占有率之间的关系 如图2 5 图2 6 所示 文通量 i 们 交通量 辆m 7 o 6 d 5 0 o 占有率 i 占有翠 图2 5 行车道交通量与车道占有率的关系 图2 6 合流车道交通量与车道占有率的关系 第二章高速公路改扩建方式及施工区交通流特性研究 从上图看出 行车道和合流车道交通量与车道占有率的关系均为二次抛物线的关 系 由地点车速的空间分布分析可以看出 合流车道的车辆速度比施工预告段车辆速度 要低些 因此 即使在增加相同交通量的情况下 合流车道的车道占有率增加幅度明显 比施工预告段的行车道及超车道的要高 3 车头时距 车头时距指的是在同一车道上行驶的车辆队列中 两连续车辆车头端部通过某一断 面的时间间隔 3 8 1 利用埋设于地下的环形检测线圈来获得高速公路施工路段的车道占有 率数据 车头时距与道路交通安全有一定关系 当相邻车辆间距小于临界车头时距时 极易 发生交通事故 道路交通条件对车辆车头时距亦有影响 当道路条件发生变化时 车头 时距也会随之变化 以下分别对京沪高速淮安段行车道 超车道与高速公路改扩建施工 路段合流段的车头时距特点进行对比分析 高速公路施工路段上游正常路段行车道和超车道的车头时距分布状况 如图2 7 和 图2 8 所示 经检验 一般路段交通流的车头时距在9 5 的置信度水平下 符合移位负 指数分布 行车道和超车道分布大致相似 5 0 位的车头时距基本相同 分别为2 8 5 5 s 和2 7 9 8 s 超车道合流段车头时距分布特征 如图2 9 因高速公路单向由原来的两个车道变 为一个车道 合流段的车头时距明显比正常路段小 其百分位曲线也相对较为平缓 说 明车头时距的离散性相对较大 合流段的车头时距平均值为1 4 6 2 s 约为正常路段行车 道或超车道的1 2 0 图2 7 正常路段行车道车头时距分布特征 1 4 长安大学硕二 学位论文 图2 8 正常路段超车道车头时距分布特 图2 9 施工路段汇流段车头时距分布特征 2 3 2 改扩建现状交通流特性分析 为获取并分析改建前的交通流参数 需对深汕西高速公路交通流进行连续观测 从 而达到以下目的 1 用于对高速公路交通流特性的分析 以揭示高速公路改建前交通流运行特点 2 为高速公路改建工程施工路段交通仿真提供输入参数特征值 用来测试与标 定高速公路改建工程交通仿真模型 3 为制定或完善高速公路改建工程施工区交通流组织方案提供科学的依据 2 3 2 1 数据采集内容与方法 交通数据的采集是高速公路改扩建交通流组织研究的基础 为分析改扩建前交通流 特性提供依据 1 数据采集内容 施工区交通流特性的分析需要采集大量数据 对深汕西高速公路大修改造之前的现 1 5 第二章高速公路改扩建方式及施 t 区交通流特性研究 状交通进行调查与分析 主要调查内容包括道路条件资料 交通量 包括各路段的当前 交通流量情况 车型比例 车流量的年增长率等 车辆速度 包括各路段的平均行驶 速度 不同车型的行驶速度等 等 2 数据采集方法 交通量 长时间的交通量数据由检测圈或者高速公路运营管理部门提供 短时间的交通量数 据可以通过采集获取 车速 利用雷达测速枪 测量经过观测断面车辆的地点车速 2 3 2 2 现状交通流特性分析 1 道路条件 路线全长1 4 6 6 k m 路基宽为2 4 5 米 全线为双向四车道 全封闭 全立交 设计 行车速度为l o o k m h 2 交通量特性 交通量数据是研究交通流组织的基础 由于两个互通之间没有其他出口 所以观测 到的数据即为该路段的交通量 因此 在互通附近设置观测点 对双向交通量进行实时 观测 以获得各路段的交通量 根据观测得到的交通量数据 采用交通量平均增长率法 计算施工期间交通量见表2 1 为改扩建期间的交通分流方案和限速方案提供基础 表2 1 深汕高速公路西段分车类交通量统计结果单位 辆 日 绝对值 路段1 类车2 类车3 类车4 类车5 类车绝对值折算值 龙岗 坑梓 2 2 0 7 81 3 0 56 7 1 66 8 51 3 8 23 2 1 6 74 4 3 6 l 坑梓 淡水 1 9 1 1 31 0 5 86 7 2 87 1 33 0 8 83 0 6 9 84 7 0 9 8 淡水 沙田 1 2 5 2 08 1 96 l1 87 7 32 7 5 82 2 9 8 73 7 9 5 3 沙田 凌坑1 0 7 3 56 6 65 9 0 88 1 22 9 1 02 1 0 3 03 6 1 6 9 凌坑 白云2 0 1 1 88 7 97 1 5 89 5 12 3 0 03 2 2 8 74 1 4 1 7 白云 白云仔1 3 3 1 7 7 4 1 9 1 9 0 1 6 6 22 7 5 9 2 7 6 6 84 7 4 4 8 白云仔 后门1 2 4 8 l 7 1 9 8 6 5 3 1 3 8 6 2 2 9 72 5 5 3 34 3 0 5 7 后门 长沙湾 1 2 0 3 87 5 08 4 2 81 5 9 32 7 6 92 5 5 7 74 4 4 9 0 长沙湾 埔边 1 1 0 2 56 3 48 0 9 61 5 6 52 7 2 72 4 0 4 74 2 4 0 5 埔边 潭西 1 0 1 9 05 3 47 6 9 51 5 3 52 6 6 92 2 6 2 24 0 3 2 6 全线平均1 3 8 3 l8 1 47 7 6 41 2 6 72 8 0 1 2 6 4 7 64 4 1 8 3 1 6 长安大学硕二仁学位论文 注 折算小客车折算指数 一 二 三 四 五类车按l 1 5 2 3 3 5 的系数统一折算成一类车 单位 辆 日 分析表2 1 可以看出 深汕西高速公路全线交通量不是很大 且大致呈线性分布 最大断面交通量位于白云 白云仔段 为4 7 4 4 8 p c u d 由四车道高速公路各种汽车折合 成小汽车的年平均日交