高速公路互通式立交橋安全設計方法研究

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1、北京工業(yè)大學博士學位論文高速公路互通式立交橋安全設計方法研究姓名：徐秋實申請學位級別：博士專業(yè)：交通運輸規(guī)劃與管理指導教師：任福田20081001摘要摘要根據(jù)《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》內(nèi)容，我國高速公路建設總規(guī)模將達到8．5萬公里?；ネㄊ搅⒔粯蜃鳛檫M出高速公路的門戶，對高速公路能否有效地提供安全、高速、快捷、舒適的服務起著決定性作用?；ネㄊ搅⒔粯蚺c基本路段相比較有著不同的特點，它的構成更為復雜、交通流線更為多樣，基本路段固有的、相對穩(wěn)定的交通特征在立交橋區(qū)都有可能發(fā)生改變。此外，許多數(shù)據(jù)表明大部分互通式立交橋的事故發(fā)生率要高于所在的高速公路基本路段的事故發(fā)生率?；?/p>

2、于此，進行互通式立交橋安全研究是十分必要的。開展互通式立交安全研究的前提，就是要選擇合適的切入點和較為完善的研究方法。本論文遵循宏觀、中觀和微觀的研究思路，首先將互通式立交橋納入到整個高速公路系統(tǒng)中，研究其系統(tǒng)的安全性；然后，將互通式立交橋作為一個整體從道路系統(tǒng)提取出來，分析其整體形式的安全特征；最后將互通式立交橋按照線形技術指標分解成各項細部進行微觀性安全研究?！谘芯糠椒ǖ倪x擇問題上，互通式立交橋的安全研究隸屬于安全科學，該學科經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)形成了較為完整的安全研究方法體系。本文在撰寫過程中，對5省市調(diào)研中獲得的近2萬條道路、交通、事故資料進行了整理

3、和分析。在數(shù)據(jù)處理過程中發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在互通式立交橋區(qū)的事故樣本量還很有限，而且有許多樣本還存在事故信息記錄模糊、事故點定位不準確或者事故信息、交通流數(shù)據(jù)和道路幾何線形數(shù)據(jù)三者不匹配的問題，這些不利因素使得基于事故樹的研究方法的研究陷入僵局。為此，本文采用事件樹與事故樹相結合的方法，對原始數(shù)據(jù)進行了整合和補充?！诖嘶A上，本文引入一些新方法進行專項研究。在宏觀研究層面上，汲取突變理論和跟馳理論的思想去解決互通式立交橋與主線的一致性和立交間距的問題；在中觀研究層面上，通過序號總和理論和Spearman等級相關系數(shù)方法去評價互通式立交基本形式的安全性；在微觀研究層

4、面上，依據(jù)車輛動力學理論和道路線形幾何設計理論，通過Trucksim仿真平臺對立交橋匝道設計參數(shù)進行了修正。在論文具體研究內(nèi)容中，立交系統(tǒng)安全性研究模塊強調(diào)了互通式立交的安全應納入到高速公路全線甚至是整個路網(wǎng)去考慮。在互通式立交一致性的定性分析中，借鑒突變理論相關原理，主要從互通式立交形式i互通式立交速度和互通式立交標志三方面入手，揭示了保持互通式立交系統(tǒng)一致性是道路系統(tǒng)安全的基礎和保證?；ネㄊ搅⒔灰恢滦运鶑娬{(diào)的就是將構造復雜的立交橋區(qū)多向交通流線進行簡約化、清晰化，讓道路使用者容易、方便地利用各種設施。針對此，公路上北京工業(yè)大學工學博十學位論文的互通式立交橋

5、的設計往往并不追求形式、樣式的新穎，而是更注重統(tǒng)一性、簡約性和實用性?；ネㄊ搅⒔话踩嚯x的計算是本論文研究的重點內(nèi)容之一。在該部分研究內(nèi)容中，首先明確了立交間距的定義，按照不同使用條件區(qū)分為名義間距、理論間距和實際間距。針對理論間距的三個組成部分進行了定量化計算。其中，基于“虛擬匯入"的思想，構建了虛擬匯入模型，在現(xiàn)有研究基礎上提出了車輛完成“系統(tǒng)跟馳，異道補償"條件下的加速車道安全長度計算方法；基于“容錯分流"的思想，對減速車道的計算方法進行修正，計算得出“容錯分流”條件下減速車道需增加的距離。最后通過對比搜集到的823座互通式立交橋間距樣本，推薦互通式立交

6、間距指標應采用理論間距值，其最小間距值為2～3km。在立交類型安全評價的研究模塊，將安全選型劃分為規(guī)劃層和設計層兩個階段。在宏觀確定立交安全類型問題上，定性地說明了立交安全、立交功能和立交費用三者變化趨勢；在微觀評價立交安全類型問題上，以道路幾何線形指標為基準建立指標體系。在此基礎上，分別采用德爾非法、層次分析法、熵模型法和投影尋蹤方法對互通式立交橋基本類型的安全性進行評價，最終通過序號總和理論和Spearman等級相關系數(shù)的方法對評價結果進行安全程度排序，安全水平由高向低依次為：四路定向式立交、喇叭形立交、三路定向式立交、菱形立交、全苜蓿葉立交以及半苜蓿葉立

7、交。在互通式立交線形校核模塊，本文結合我國大貨車事故率居高不下的現(xiàn)狀，針對大貨車動力性能差、超限運輸?shù)默F(xiàn)實問題，以大貨車的動力性能、載重能力以及道路的平、縱、橫線形為突破口，通過Trucksim仿真軟件對匝道線形的最小圓曲線半徑和最大縱坡等幾何條件進行校核，經(jīng)過324組仿真試驗后獲得了三類不同的行駛狀態(tài)，然后分析相對應的各項參數(shù)得出結論：若保證大貨車在線形指標較低匝道的行車安全，車輛載重量不能超出1．5倍的額定載重；匝道最小半徑采用40m為宜，低于40m的平曲線半徑應盡量少采用；可適當調(diào)整匝道最大縱坡到60／o--8％；匝道橫向超高值取5‰7％為宣。關鍵詞：互

8、通式立交橋安全設計人性化設計立交間距立