公路设计理论、方法与安全评价技术

主讲人：刘建蓓时间：2015年05月广州公路设计与安全性评价中交第一公路勘察设计研究院有限公司（技术论坛）一、公路设计的基础理论二、基于设计速度的公路设计方法三、我国运行速度相关研究与应用概况四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程五、公路安全性评价的主要内容和评价技术主要内容一、公路设计基础理论一、公路设计的基础理论根据汽车行驶轨迹特性，确定公路平面曲线线形指标和参数，如：平曲线半径、过渡段线形等方面。根据汽车在曲线路段行驶受力，考虑乘客的安全性和舒适性，合理设置超高等。1、汽车行驶运动学特性曲线上车辆的受力分析一、公路设计的基础理论2、汽车行驶动力学特性根据汽车的爬坡能力和相应速度变化，确定公路的纵坡和坡长；根据汽车的下坡的制动性能，确定公路的纵坡的坡度和坡长（之前较少考虑，是近期研究的重点，主要考虑的是下坡方向的安全性）长大下坡路段大型车制动器热衰退模型示意图)1()1()(1112tkBtkatkiePkeTeTtT一、公路设计的基础理论车辆类型总长（m）总宽（m）总高（m）前悬（m）轴距（m）后悬（m）小客车61.820.83.81.4大型客车13.72.5542.66.5+1.53.1铰接客车182.541.75.8+6.73.8载重汽车122.541.56.54铰接列车18.12.5541.53.3+112.3公路设计所采用的设计车辆的外廓尺寸小客车载重汽车一、公路设计的基础理论大型客车铰接列车一、公路设计的基础理论铰接客车一、公路设计的基础理论3、公路路线设计在满足汽车行驶动力和运动性的前提下，从保证汽车正常行驶的安全性和司乘人员的舒适性角度出发，进行公路的路线几何设计，包括平/纵/横、以及加宽、超高等。一、公路设计的基础理论4、公路路线设计的基准—“速度”即以某一“速度”进行公路的平、纵、横几何线形设计。如：公路主线按照设计速度进行设计；平交路口一般是按照转弯的设计速度（10-15km/h）设计；匝道按照匝道内的设计速度进行设计；服务区、收费站按照对应的设计速度进行设计。公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度（km/h）1201008010080608060403030、20我国公路的设计速度二、基于设计速度的公路设计方法二、基于设计速度的公路设计方法又称“计算行车速度”。以前的定义是：指当气候条件良好、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全顺适行驶的最大行驶速度。1、设计速度二、基于设计速度的公路设计方法在设计中：对于一个设计路段内，局部受限制路段（如地形、地质等条件）所采用的保证汽车安全通行的最低行驶速度。它是确定公路几何指标的依据。是确定设计指标并使其相互协调的设计基准速度。基于设计速度的设计方法是目前国际上大多数国家仍然在沿用的设计方法体系。《标准》（2003版）和《规范》（2006版）之前，我国也主要沿用的是该方法和体系。1、设计速度二、基于设计速度的公路设计方法与这一定义有关，很多公路项目简单地、直接按照设计速度进行限速和速度控制，出现了很多问题，如“高速公路不高速”的现象。这一定义是发展的，不能说以往的定义是错误的，而是描述的角度不同，给大家和行业的影响不同。1、设计速度二、基于设计速度的公路设计方法一个恒定的设计速度不能符合、满足一条公路实际的、综合建设条件的变化。尤其是在我国地缘辽阔的条件下，一条公路建设项目的里程并不是几公里、几十公里、甚至上百、上千公里；在这样的条件下，项目在不同路段的地形、地貌、气候、地质、路侧环境等条件发生了巨大的变化；甚至一些公路路段的功能也发生了变化（局部共线、兼顾城市道路功能、穿越村镇等等）。2、设计速度的局限性（一）二、基于设计速度的公路设计方法固定的设计速度不符合驾驶员公路行驶的实际驾驶行为。大多数驾驶员在公路行车中，均会根据自己的驾驶经验和认识，选择采用自己认为安全的、偏高的速度进行行驶。而设计速度是不断在变化的，根据公路线形条件和路侧环境条件的不同。2、设计速度的局限性（二）于是，研究提出了“运行速度”…….三、我国运行速度相关研究与应用概况三、我国运行速度相关研究与应用概况1、运行速度（V85）定义：是指在一定条件下（自由流和路面潮湿、干净条件下），第85%的行驶速度或85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度。这里的“一定条件”是指：自由流状态；路面干净：路面平整、无路面障碍等路面潮湿：与路面干燥相互对应，是一种在正常行车条件范围内的相对不利的条件。三、我国运行速度相关研究与应用概况2、运行速度的特征公路几何条件：平、纵、横等条件；路侧环境影响：如一级公路、二级公路路侧干扰大；驾驶行为特征：通过大量实际观测建立预测模型，考虑到不同国家和地区的驾驶员因素，包括：驾驶心理、驾驶行为习惯、守法行为等。适用性和优势：与设计速度相比较，运行速度能综合反映公路几何线形条件、路侧环境条件和驾驶员行为特征等因素，因而世界各国均认同，基于运行速度进行公路设计，是更有利于行车安全性的，更能够符合公路沿线综合条件的变化。更多考虑了“人”的因素，体现“以人为本”的思想。三、我国运行速度相关研究与应用概况3、世界各国运行速度发展情况欧美等西方发达国家研究、发展较早，比较有代表性的有：瑞典、英国、美国、法国和澳大利亚。最具代表性的是澳大利亚，其公路设计完全基于运行速度方法和体系。三、我国运行速度相关研究与应用概况4、我国在运行速度领域的研究和发展：2000年正式开始研究,西部课题《公路运行速度设计方法与模型研究》;部规划院引入澳大利亚《公路设计指南》，介绍澳大利亚的运行速度设计方法。三、我国运行速度相关研究与应用概况4、我国在运行速度领域的研究和发展：2007年度，中交一公院主持，启动多个西部项目开展项目的基础性研究，如：《基于运行速度的公路路线设计方法与安全性技术研究》《公路限速和速度控制技术研究》等。2008年启动的运行速度成套项目：《公路运行速度设计成套技术研究》等，中交一公院主持，部公路院、同济大学、北京工业大学等共同参加完成。三、我国运行速度相关研究与应用概况5、《公路运行速度成套技术研究》项目取得的成果：公路安全性综合评价技术公路安全性优化设计与检验技术公路综合限速与速度控制技术公路运行速度设计与速度控制基础理论构建一个理论创新三大技术三、我国运行速度相关研究与应用概况系统创建了符合我国公路交通特点的公路运行速度设计与控制基础理论（体系）。填补了我国在公路运行速度应用模型、设计与速度控制基础理论方面的空白。创新点（一）5、《公路运行速度成套技术研究》项目取得的成果：三、我国运行速度相关研究与应用概况创新点（二）集成创新具有自主知识产权的路线安全性综合评价技术。首次实现了公路安全性评价从定性到定量化评价的突破。5、《公路运行速度成套技术研究》项目取得的成果：三、我国运行速度相关研究与应用概况创新点（三）首次提出并研发公路路线安全性优化设计检验方法、流程和集成技术路线优化设计手段和技术的集成创新。5、《公路运行速度成套技术研究》项目取得的成果：三、我国运行速度相关研究与应用概况创新点（四）研究提出符合我国公路交通特点的公路速度综合控制技术解决我国目前在限速与速度控制技术等难题。5、《公路运行速度成套技术研究》项目取得的成果：三、我国运行速度相关研究与应用概况6、我国公路标准、规范体系引入、应用情况《公路工程技术标准》（03版）和《公路路线设计规范》（06版）引入运行速度概念，提出基于运行速度开展路线指标检验和评价；《公路建设项目安全性评价指南》（04版）提出主要依据运行速度进行安全性评价。三、我国运行速度相关研究与应用概况6、我国公路标准、规范体系引入、应用情况总体上，在《标准》（03版）的标准规范体系中，开始引入了运行速度设计理念的。基于当时的研究基础条件（只有适用于高速公路运行速度预测模型），重点开始在高速公路建设项目中，开展安全性评价。三、我国运行速度相关研究与应用概况6、我国公路标准、规范体系引入、应用情况新版《标准》和《规范》全面引入运行速度设计方法和安全评价体系。不仅要求二级及以上干线公路均应开展安评，且要求对各类特殊路段（连续纵坡、复杂线形组合、地形等条件受限制等路段）也应进行安评。三、我国运行速度相关研究与应用概况6、我国公路标准、规范体系引入、应用情况正在修订的《公路建设项目安全性评价规范》以运行速度方法为主要评价方法和指标体系把安全性评价落实到公路建设的各个阶段安全性评价等同于国外的“安全审计”环节四、运行速度设计检验方法、流程四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程1、各级公路运行速度预测模型和特征高速公路运行速度模型（种类）平直路段稳定运行模型纵坡运行速度模型平曲线运行速度模型弯坡组合运行速度模型互通立交运行速度模型隧道运行速度模型高速公路直线段上小客车在不同初速度下车辆加速过程曲线四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程典型分析路段划分1、各级公路运行速度预测模型和特征高速公路运行速度模型（如何分段）四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程高速、一级公路不同半径曲线上的运行速度（不同驶入速度下）阴影部分界定出了多大的速度不能驶入多大的半径（不安全的），很好的定义了何谓“长直线接小半径”；针对某一驶入速度，均存在对应的适宜半径，可保持速度不变。驶入速度决定着曲线速度；曲线长度对速度的影响很小；1、各级公路运行速度预测模型和特征高速公路运行速度模型（特征）四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程1、各级公路运行速度预测模型和特征一级公路运行速度模型基本路段采用高速公路相应的模型增加路侧干扰对运行速度的影响增加出入口密度对运行速度的影响：路侧干扰对运行速度的影响出入口密度对运行速度的影响一级公路四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程1、各级公路运行速度预测模型和特征双车道公路运行速度模型（种类）直线路段加减速模型平曲线路段运行速度模型纵坡路段运行速度模型竖曲线运行速度模型弯坡组合路段运行速度模型路侧环境影响模型双车道四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程双车道公路不同半径曲线上可能的运行速度（不同驶入速度下）平曲线半径决定着运行速度，速度受曲线长度影响小。存在某一速度对应的最适宜的半径值。1、各级公路运行速度预测模型和特征双车道公路运行速度模型（特征）四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程2、运行速度设计方法的总体思路以设计速度进行路线初步方案设计以运行速度进行分析检验依据检验结论对路线设计指标、方案进行优化调整四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程3、运行速度设计方法的重点设计速度分段：依据沿线地形等条件，分段确定设计速度；速度过渡段设计：在不同设计速度之间，设计必要的速度过渡路段。以前部分项目全线或长距离采用一个设计速度带来的问题：高填深挖问题、与地形条件不符合的问题等。四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程3、运行速度设计方法的重点设计速度分段：依据沿线地形等条件，分段确定设计速度；速度过渡段设计：在不同设计速度之间，设计必要的速度过渡路段。第一类典型高速公路（以设计速度≥100km/h为例）适用：平原微丘区，平纵指标高，运行速度不受指标影响。四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程3、运行速度设计方法的重点设计速度分段：依据沿线地形等条件，分段确定设计速度；速度过渡段设计：在不同设计速度之间，设计必要的速度过渡路段。第二类典型山区高速公路（以设计速度=80km/h）为例适用：山岭重丘区，地形等条件制约，平纵指标低，运行速度受指标影响大。四、基于运行速度的路线设计检验方法、流程3、运行速度设计方法的重点设计速度分段：依据沿线地形等条件，分段确定设计速度；速度过渡段设计：在不同设计速度之间，设计必要的速度过渡路段。第三类典型双车道公路（以设计速