交通工程设计

2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 北京市某高速公路机电系统设计书 工程设计背景 北京市拟修建一条高速公路 道路路段设计时速为 120km h 互通立交匝道设计时速为 60km h 道路全长约 137 公里 按双向六车道高速公路标准建设 规划年为 2015 年 规划年主线 断面的年平均日交通量为 24800 辆 路面为沥青路面 路面宽度为 2 3 3 75 米 中央分隔带为 2 5 米 硬路肩宽度为 2 3 0 米 左侧路缘石宽度为 2 0 75 米 路面总宽度为 32 5 米 路基宽度为 35 米 沿线设置互通立交联通各个途经城市 请进行高速公路机电系统进行设计 以满足高速公 路运营需要的系统功能 表 1 目标年某高速公路途经城市断面交通量预测 序号站点名称该路分担的产生交通量 AADT 里程桩号 1北京主站248000 2途经城市 11150028 9 3途经城市 2980067 6 4途经城市 31789089 8 5途经城市 410400115 3 6终点城市 522450137 0 1 收费系统设计 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 收费系统设计应包含收费制式设计 收费站布设地点设计 所有收费站的车道数设计 并 选取其中一个主线收费站进行完整的平面设计 1 1收费制式设计 1 1 1收费制式与方式选取 表 2 收费制式与方式比较 分类特点 均一式 收费 较适用于都市高速公路 环城高速公路或短途城市间高速 总里程较 短 互通式立交多 车辆行驶里程短 差异不大 开放式 收费 适用于互通立交较少 里程较短 或独立收费的桥梁 隧道 非封闭 的收费道路 封闭式 收费 适用于道路里程较长 互通立交多的道路 收费最合理 如城市间长 距离高速公路 收费制式 比较 混合式 收费 结合均一制和开放式的优点 更好地兼顾效率和公平 如北京首都机 场高速 八达岭高速 人工收费 系统 由人工方式通过现金交易完成 节约投资 操作简单 但容易漏收 逃费 且处理效率低 半自动收费 系统 人工识别车型 人工收费 计算机计费结算 但处理效率依旧较低 收费方式 比较 自动收费 系统 电子收费系统 在车辆运动的情况下 通过无线通信技术实现信息交 互完成收费 大大提高了收费的效率 经分析 选择收费制式与方式如表 3 表 3 收费制式选择 序号站点名称 经过各 收费站 流量变 化 该路分担 的产生交 通量 AADT 各路 段里 程 里程桩 号 收费制 式选择 收费方 式选择 选择因素 1 北京主站 248000 1330028 9 自动收 费系统 2 途经城市 1 1150028 9 3 途经城市 1700 9800 38 7 67 6 封闭式 收费制 式 人工收 费系统 选择封闭式收 费制式 整个 路段长度 137 公里 需要互 通立交连接多 个城市 由于 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 2 809022 2 自动收 费系统 4 途经城市 3 1789089 8 749025 5 自动收 费系统 5 途经城市 4 10400115 3 6 终点城市 5 12050 22450 21 7 137 自动收 费系统 城市 1 到城市 2 的流量变化 量少只有 1700 所以选 择成本低的人 工收费系统 其他收费站选 用效率高的自 动收费系统 1 1 2收费站布设地点设计 依据收费站设置位置不同 可将收费站划分为主线收费站和匝道收费站两种 主线收费站是指设在主线上的收费站 封闭式收费系统一般是在收费道路两端各设一个主 线收费站 其他收费站均设在匝道上 匝道收费站设置在匝道上或连接线上的收费站 其布设 方式可分为集中式 分散式和组合式 分散式 在互通的各个转向象限上都设有收费站 分散式的有点是车辆不需绕行 缺点是 人员 设备 服务设施分散 投资大 管理不便 在实际中应用较少 集中式 整个互通只存在一个收费站 集中式的有点是便于集中管理 集中布置与收费站 配套的设备 人员 服务设施 缺点是会限制立交几何线形 且绕行交通量较大 组合式 介于分散式和集中式之间 组合式的优点是根据实际情况 将两个以上象限相邻 的收费站集中在一起 但仍有多于一个收费站的布置形式 即局部集中 车辆绕行距离适中 缺点人员 设备 服务设施仍然分不开 不能集中于一处 表 4 收费制式选择 序号站点名称收费制式 选择收费方式 选择收费站形式 1 北京主站 人工收费系统主线 2 途经城市 1 人工收费系统匝道集中式 3 途经城市 2 人工收费系统匝道集中式 4 途经城市 3 人工收费系统匝道集中式 5 途经城市 4 6 终点城市 5 封闭式收费制式 人工收费系统主线 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 主道 收费站 匝道 收费站 收费 道路 图例 城市4 城市3 城市2 城市1终点城市5 北京主站 图 1 1 收费站布设图 1 1 3收费站车道数设计 设计小时交通量 服务时间 服务水平是影响收费站车道数设计的重要影响因素 确定其 影响因素从而设计收费站车道数 设计小时交通量 根据美国研究认为第 30 位最高小时交通量最合适 计算中通常为 DHV AADT k d 其中 k 设计小时交通量系数 取 0 12 d 方向不均匀系数 取 0 60 服务时间是服务效率的倒数 封闭式收费制式入口平均服务时间 6 8s 出口平均服务时间 14 18s 由于入口处效率较高 考虑建设费用等 取平均服务时间 8s 出口效率较低 为使服 务水平提高 取平均服务时间 14s 服务水平为平均等待车辆数 Lq 通常取 1 辆 有时候也在 不妨碍交通情况下取 2 或 3 辆 在流量较小的三个收费站取 Lq 2 表 5 确定基本参数 服务时间 设计小时交通量 KD 出入 Lq 1785 60 120 601481 8280 120 601482 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 705 60 120 601482 1288 080 120 601481 748 80 120 601482 1885 80 120 701481 根据以上参数的设定 查表可得个站点出入口车道数 此段高速路收费站出口及入口建立在一起 可根据实际情况 高峰时段道路方向分布系数较 大 将中央部分的车道作为往复变相公用车道时 则服务时间长的一侧应按重交通方向的交通量 而服务时间段的一侧按车辆少的方向交通量分别计算车道数 然后加在一起作为总的车道数 表 6 车道数确定 车道数 序号站点名称 该路分担的产生交 通量 AADT DHV 每车道平均 等待车辆数 出入 1 北京主站 248001785 6185 2 途经城市 1 11500828243 3 途经城市 2 9800705 6244 4 途经城市 3 178901288 08164 5 途经城市 4 10400748 8242 6 终点城市 5 224501885 8185 1 2 收费广场详细 设计 1 2 1主线收费站平面设计 收费广场 含过渡段 平面设计 本着一定的设计原则 即安全性原则 互通立交收费站不能影响主线交通 避免成为交 通瓶颈 尽量铺设在平直路段 适应收费业务和交通管理业务的要求 使收费广场的平面设计 满足如下布置要求 A 收费广场的线形设计 平曲线设计 直线为宜 匝道收费广场平曲线半径应至少大于 200 米 纵面设计 尽量平坦 竖曲线半径原则上大于 800 米 最大坡度小于 2 横断面设计 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 横坡排水标准值为 1 5 最大值为 2 0 过渡段设计 匝道收费广场直线段应 30 50 米 主线广场应为 50 80 米 广场与路段间的渐变段 其渐 变率不大于 1 5 其他设计 为保证驾驶员有足够反应时间 收费广场中心到分岔点的距离应大于 75 米 车道设计 一般收费车道宽度为 3 0 米 最外侧的超宽车道为 3 5 4 0 米 此处取 3 5 米 不停车收费 车道宽度为 3 6 米 路肩 1 2 米 收费岛一般长 28 36 米 宽 2 0 2 4 米 此处取 2 2 米 岛 面高度 0 2 米 此收费站取长 36 米 宽 2 2 米 高 0 2 米 B 收费广场的平面布置 收费车道平面布置形式 此处采取收费岛中心线与路线中心线重合 但两侧应有较大的道路用地面积 尤其是 8 车 道的 以解决单向交通流大的问题 从总体上减少收费车道的绕行距离 适用于北京主站 途 径城市 3 和终点城市 5 收费岛平面布置形式 采用基于收费岛对齐的形式 可以使收费车道出口方向距离加长 便于安装用于车型后校的车 型自动识别的设备 路面材料选取 选取水泥混凝土路面 鉴于收费广场上停车次数频率较高 因沥青路面受温度等影响有热 塑性 易产生变形车辙 而水泥混凝土路面不易产生变形 C 其他设计 收费广场路面 收费广场路面为水泥混凝土路面 北京主站收费具体取值 a 入口 渐变率 S L 此处取 S L 1 7 Q 渐变段宽度 S 26 11 25 14 75m 渐变段 L 12 85 6 88 5m 此处 L 90m 直线段 L0 取 L0 60m 收费广场中心到分岔点的距离 L0 L 150m 75m 符合要求 b 出口 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 渐变率 S L 此处取 S L 1 5 Q 渐变段宽度 S 41 6 11 25 30 35m 渐变段 L 30 35 5 151 75m 此处取 L 150m 直线段 L0 取 L0 60m 收费广场中心到分岔点的距离 L0 L 210m 75m 符合要求 图 1 2 主线收费站平面图 2 5 0 75 3 3 75 32 5 3 6 3 5 3 6090 60150 ETC主主 主主主主 主主主主主主主主主 1 2 2收费车道系统设计 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 收费车道系统包括 票据处理设备 收费显示设备 收费控制设备 收费制式设备和收费监 控设备 出 入口车道设计 入口车道 负责判别车型 将本站信息和车辆信息写入通行券 放行车辆 图 1 3 入口车道设计图 出口车道 检验车辆所携带通行券 计算收取通行费 打印票据 放行车辆 图 1 4 出口车道设计图 计算机网络结构设计 该封闭式收费系统的计算机网络结构为树状多级结构 收费车道控制系统软件设计 要求 高实时性 高稳定性 高可靠性 功能 登陆模块 入口处理 车道控制 出口处理 维护模块 通信模块 图像叠加 收费管理系统软件设计 功能 收费管理 实时监视 系统帮助 数据维护 数据通信 图像管理 1 2 3收费广场标志标识设计 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 收费广场的标志标示设计应符合 道路交通标志和标线 GB3768 99 的规定 费广场的预告标志 高速公路的每个收费站均设置 4 块入口预告标志 其中 3 块分别是 2km 1km 500m 预告标志 主要设于主线收费站前 2km 1km 500m 的位置 进行先期预告 如下图 1 5 入口预告标志 另有 1 块预告标志则置于收费广场前适当位置 如果是出口匝道收费站 在两 条出口匝道的交汇处设 1 块标志 指示驾驶员前方不远处即是收费站 如下图 1 6 出口预告 标志 图 1 5 入口预告标志 图 1 6 出口预告标志 收费广场的禁止标志 在高速公路的入口 在互通或主线收费站之前 设置禁止拖拉机通行标志 禁止摩托车通行标志 禁止非机动车通行标志 禁止行人通行标志 为节省立柱 基础与版面 可把以上标志合并设置 其他标志 收费广场的电子收费车道和超宽车道分别设置相应标识 收费广场必要时设置限高标志 收费广场的标线 收费岛标线为黄黑相间的斜线 线宽为 15cm 由岛 头中间以 45 角向两边标画 收费岛迎车方向地面标线为 白色 线宽 45cm 间隔 100cm 成 450 斜角 外围标线 宽 20cm 迎车方向长 15cm 减速线为白色反光虚线 根 据设置位置的不同 可以是单虚线 双虚线 重复三次垂 直于行车方向设置 第一道减速线 指最靠近收费站 设置于距收费广场中心线 50m 的地方 其间距依次为 5m 9m 13m 17m 20m 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 2 照明系统设计 照明系统的作用是使车辆在夜间形势时能看清前方道路形状 周围交通情况 并能够及时 认清前方道路障碍和交通标识 提供良好的视觉信息 合理的照明系统设计 能提高交通诱导 性 具有美化环境和改善道路景观的作用 2 1 照明标准 机动车交通道路照明以路面平均亮度 或路面平均照度 路面亮度总均匀度和纵向均匀度 或路面照度均匀度 眩光限制 环境比和诱导性为评价指标 合理的照明系统设计 能提高交 通诱导性 具有美化环境和改善道路景观的作用 按照规范选取照明标准值 配置照明设施 设置高速公路照明的机动车交通设施的照明标准值应符合表 7 的规定 表 7 我国公路照明标准推荐值 亮度照度 照明区域 平均路面 亮度 总均匀度 纵向均与 度 平均照度 眩光限制诱导性 高速公路 1 5 20 40 720 306 很好 收费站广 场 2 50 40 620 505 好 特殊部位 进出口 0 5 20 30 610 305 好 服务区 0 5 1 50 30 510 205 好 养护区 0 5 1 50 30 510 205 好相关场所 停车场 1 20 30 515 305 一般 注 表中各项数据只适用于干燥路面 交通控制系统和道路分割设施完善时 宜选择低档纸 反之宜选择高档 值 2 2 照明系统设计 2 2 1光源与灯具选择 选择灯具配光性能 限制眩光 诱导性良好 形状和尺寸是否方便安装维护 材料的耐腐 蚀性能 路段灯具的类型 截光型 半截光型和非截光型 路段常用的光源种类 低压钠灯 高压钠灯 高压汞灯 金属卤化物灯和荧光灯 表 8 道路照明常用光源 光源特点适用场所 低压钠灯 光效很高 光色柔和 眩光小 透雾能力强 公路 隧道 港口 货场 矿区 道路照明 常用 高压钠灯 光效高 寿命长 透雾性能好 是一种理想的节能光源 道路 机场 码头 车站 广场 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 高速路应采用高压钠灯 必须采用截光型或半截光型灯具 收费广场照明设计照度等要求高于高速公路 低杆照明用于小型收费广场 中高杆照明用 于大中型收费广场 设计标准道路照明亮度要求 1 5 2 0 cd cm2 收费天棚照明具有比收费广 场更高的照明标准 帮助收费员看清车型 一般采用嵌入式窄射光类照明器 广场灯具安装的 高度 h 0 5R m 0 5 倍的被照射范围半径 匝道立交区选用泛光灯 2 2 2道路照明设计 常规照明布置方式有单侧布置 双侧交错布置 双侧对称 中心对称布置 横向悬索布置 5 种 图 2 1 选用不同的照明方式 道路的照明亮度 诱导性不同 图 2 1 常规照明灯具布置的五种基本方式 a 单侧布置 b 双侧交错布置 c 双侧对称布置 d 中心对称布置 e 横向悬索布置 由于此高速公路存在中央分隔带 故路段照明采用中心对称布置 曲线路段的照明应符合下列要求 半径在 1000m 及以上的曲线路段 其照明可按照直线路段处理 半径在 1000m 以下的曲 线路段 灯具应沿曲线外侧布置 并应减小灯具的间距 间距宜为直线路段灯具间距的 50 70 图 2 2 半径越小间距也应越小 悬挑的长度也应相应缩短 在反向曲线路段上 宜固定在一侧设置灯具 产生视线障碍时可在曲线外侧增设附加灯具 图 2 3 图 2 2 曲线路段上的灯具设置 图 2 3 反向曲线路段上的灯具设置 当曲线路段的路面较宽需采取双侧布置灯具时 宜采用对称布置 转弯处的灯具不得安装 在直线路段灯具的延长线上 图 2 4 急转弯处安装的灯具应为车辆 路缘石 护栏以及邻近区 域提供充足的照明 在坡道上设置照明时 应使灯具在平行于路轴方向上的配光对称面垂直于 路面 在凸形竖曲线坡道范围内 应缩小灯具的安装间距 并应采用截光型灯具 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 图 2 4 转弯处的灯具设置 a 不正确 b 正确 灯具安装高度 H 一般取 10 15 米时比较经济 悬挑长度 oh 一般不超过杆高度的 1 4 悬 挑长度加大 可增加路面亮度 一般 oh 取 H 4 安装角度 一般在 5 15 左右 安装角度 取 10 道路有效宽度 Weff是与道路实际宽度 灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关 当灯具 在两块板道路的中央分隔带上采用中心对称布置时 道路有效宽度就是道路的实际宽度 表 9 灯具的配光类型 布置方式与灯具的安装高度 间距的关系 配光类型截 光 型半截光型非截光型 布置方式 安装高度 H m 间距 S m 安装高度 H m 间距 S m 安装高度 H m 间距 S m 单侧布置 H WeffS 3HH 1 2WeffS 3 5HH 1 4WeffS 4H 交错布置 H 0 7WeffS 3HH 0 8WegS 3 5HH 0 9WeffS 4H 对称布置 H 0 5WeffS 3HH 0 6WeffS 3 5HH 0 7WeffS 4H 中心对称布置 H 0 5Weff oh S 3H 灯具的布置方式 安装高度和间距按表 9 计算后确定 道路有效宽度 32 5 米 中央分隔带 2 5 米 采用高压钠灯 截光型中心对称布置 灯具安装高度 H 0 5Weff oh H 13 米 灯具悬挑长度 oh H 4 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 oh 3 25 米 安装间距 S 3H S 39 米 取 S 30m 根据公式 Eav F KN SW 其中 F 光源的光通量 lm 利用系数 高压钠灯利用系数 0 5 K 维护系数 N 与灯具排列有关的数值 相对并列排列时 N 2 S 路灯的安装距离 m W 道路宽度 m 按照以上系数计算得道路平均照度为 19 38 不满足标准 20 30 的要求 调整安装间距为 25m 平均照度为 23 26 满足标准要求 灯具的高度 悬臂长度设置等详细设计如图 2 5 所示 图 2 5 高速路横断面图示 2 2 3收费广场照明设计 主线收费广场为大中型收费广场 需采用高杆照明 高杆照明是指在 15 40m 高杆上安装 由大功率的光源组成的多个照明器 进行广阔范围内的大面积照明 32 5m 13m 3 25m 2009 2010 学年第二学期 交通工程设计 课程作业 图 2 6 高杆灯灯具配置方式 a 平面对称 b 径向对称 c 非对称 布置在宽阔道路及大面积场地周边的高杆灯宜采用平面对称配置方式 布置在场地内部或 车道布局紧凑的立体交叉的高杆灯宜采用径向对称配置方式 布置在多层大型立体交叉或车道 布局分散的立体交叉的高杆灯宜采用非对称配置方式