（市政工程專業(yè)論文）公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究.pdf

大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 公路線形設(shè)計(jì)應(yīng)使線形連續(xù)、指標(biāo)均衡，使汽車行駛安全、舒適，線形設(shè)計(jì)的質(zhì)量 對(duì)公路的運(yùn)營效果有重要的影響。在工程實(shí)際中，線形設(shè)計(jì)質(zhì)量的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作往往 被忽視或簡(jiǎn)化，或帶有較強(qiáng)的主觀性，或局限于規(guī)范條文的限定。研究如何方便、快速 和定量地進(jìn)行路線線形質(zhì)量的評(píng)價(jià)，對(duì)提高公路設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)用意義。 首先，基于路線設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，針對(duì)常用線形設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用直接查詢的方法， 建立了方便、快速、全面的檢驗(yàn)與評(píng)分評(píng)價(jià)模型。 其次，對(duì)常用線形設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，提出主要線形指標(biāo)，評(píng)價(jià)各指標(biāo)的合理性和 各指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性與均衡性。應(yīng)用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，并采用改進(jìn)的德爾 菲法獲得評(píng)價(jià)矩陣，再運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)判方法評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度法評(píng) 價(jià)指標(biāo)之間的協(xié)調(diào)性與均衡性。 最后，針對(duì)線形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)一設(shè)計(jì)速度，建立運(yùn)行速度的評(píng)價(jià)模型。通過模型 計(jì)算不同路段的運(yùn)行速度，可獲得運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度相差較大的區(qū)段，從而為保證和 提高汽車行駛的安全性、舒適性。 作為工程應(yīng)用示例，結(jié)合丹本公路工程某路段實(shí)際線形資料，分別用上述三種方法 對(duì)線形設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，獲得該路段線形設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)良程度，對(duì)不合理的線 形指標(biāo)提出改進(jìn)意見。 關(guān)鍵詞：公路線形指標(biāo)；設(shè)計(jì)質(zhì)量；直接查詢法；層次分析法；灰色關(guān)聯(lián)度法；運(yùn)行速 度檢驗(yàn) 公路路線設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 r e s e a r c ho f h i g h w a ya l i g n m e n tq u a l i t yo fd e s i g ne v a l u a t i o nm e t h o d s a b s t r a c t i kr o a da l i g n m e n td e s i g ns h o u l db ec o n t i n u u m ，t h ei n d e xt ob ec o n t i n u o u s l yb a l a n c e d l i n e a r , c a u s i n gt h ea u t o m o b i l et or u ns a f e l ya n dc o m f o r t a b l y i ti st h er o a da l i g n m e n td e s i g n t h a th a sa t l i m p o r t a n te f f e c tf o rt h eo p e r a t i n gr e s u l t s ，h o w e v e r , w h e np e o p l ew o r k e di n p r a c t i c e ，t h e yo f t e ni g n o r e do rs i m p l i f i e dt h ep r o c e s so ft h et e s t i n gf o rt h el i n e a rd e s i g na n d e v a l u a t i o no ft h eq u a l i t y ，w i t has t r o n gs u b j e c t i v e ，o rc o n f i n e dt ot h el i m i t e dp r o v i s i o n so ft h e n o r m s i th a st h eg r e a tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eh o wt oc a r r yo u tt h eq u e n t i t a t i v e e v a l u a t i o no ft h eq u a l i t yo fl i n e a rc o n v e n i e n t l ya n df a s tf o ri m p r o v et h eq u a l i t yo ft h e h i g h w a yd e s i g n ： f i r s t l y ，b a s e do nd e s i g ns p e c i f i c a t i o nf o rh i g h w a yr o u t e ，t h i sa r t i c l ee v a l u a t e st h e d e s i g n e dr o a da l i g n m e n ta n dc o r r e c t st h eu n r e a s o n a b l ei n d e xv a l u et h r o u g hf i x i n go nt h e t h e o r ys c o p eo fa l i g n m e n ti n d e xv a l u et or e d u c et h eu n s a f ef a c t o r sa n de n h a n c et h eq u a l i t yo f d e s i g n s e c o n d l y ，t h i sa r t i c l ep u t sf o r w a r dt h em a i na l i g n m e n ti n d e x ，a n da p p l i e st h ef u z z i n g m a t h e m a t i c sj u d g m e n tm e t h o dt oe v a l u a t et h es a f e t yo fr o a da l i g n m e n t , i nw h i c ha p p l i e st h e i m p r o v e dd e u e lp h i l i p p i n e sm e t h o dt oo b t a i nt h ea p p r a i s a lm a t r i x ，t h ea n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s st oo b t a i nt h ew e i g h t , t h r o u g ht h em e t h o do fg r a d i n gt oa p p r a i s et h es i t u a t i o no ft h e r o a dd e s i g nq u a l i t y m e a n w h i l e ，t h em e t h o do fg r e yr e l a t i o nd e g r e ei su s e dt oe v a l u a t et h e c o m p a t i b i l i t ya m o n gt h ei n d e x e si no r d e rt oa s s e s sw h e t h e rt h er o a da l i g n m e n td e s i g ni sw e l l o rn o t c o n t r a s t i n gt h et w om e t h o d s ，t h er e s u l t si so b t a i n e dt h a tt h ef o r m e r 晰t hc e r t a i n s u b j e c t i v i t yh a sg r e a tc o m p u t a t i o nl o a d ，a n dt h el a t t e ri ss m a l la n da p p l i e dw i d e l y f i n a l l y , f o rt h ek e yi n d i c a t o rl i n e a rd e s i g n - t h ed e s i g ns p e e d ，t oe s t a b l i s ho ft h e e v a l u a t i o nm o d e lo fs p e e d t oc a l c u l a t et h es p e e do ft h ed i f f e r e n ts e c t i o n st h r o u g ht h em o d e l ， a c c e s s i n gt h el a r g e rd i f f e r e n ts e c t i o nb e t w e e ns p e e da n dd e s i g ns p e e d ，s oa st og u a r a n t e ea n d i m p r o v et h ec a r ss a f e t ya n dc o m f o r t a st h ep r o j e c ta p p l i c a t i o n , i no r d e rt oo b t a i nt h e9 0 0 dl e v e lo fc o m b i n i n g 麗t 1 1t h e p r a c t i c ea l i g n m e n tm a t e r i a lo fp r o j e c ti n s t a n c ed a n - b e nh i g h w a y ，t e s t i n ga n de v a l u a t i n gt h e i n d i c a t o r so fl i n e a rd e s i g nw i t ht h et h r e ea b o v em e n t i o n e d sr e s p e c t i v e l y , s i m u l t a n e o u s l y p r o p o s e st h ei m p r o v e m e n tp l a nt ot h eu n r e a s o n a b l ed e s i g n k e yw o r d s ：h i g h w a ya l i g n m e n ti n d e x ；q u a l i t yo f d e s i g n ；d i r e c tp o l l i n gl i s t ；a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ；g r e yr e l a t i o nd e g r e e ；t e s to fo p e r a t i n gs p e e d i i 大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究 工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外， 本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請(qǐng) 學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn) 均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。 學(xué)位論文題目：金整線型遮i 土廈量遷儉友洼鮑疊究 作者簽名：翹撞車 日期：苧年堡月上：l 日 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間 論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱學(xué)校有 權(quán)保留論文并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文 作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 型量年j 生月二生日 擊 日期：遞墨年衛(wèi)月4 日 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 1 緒論 1 1公路線形設(shè)計(jì)的重要性 公路線形是指平、縱、橫線形幾何指標(biāo)的立體組合。線形是整個(gè)公路工程設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵，是反映設(shè)計(jì)優(yōu)劣的最為直觀的折射。線形設(shè)計(jì)則決定了行車的安全性、舒適性及經(jīng) 濟(jì)性，還決定了公路的技術(shù)等級(jí)及規(guī)模。由于公路線形是伴隨其全部設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)。 同時(shí)也是使用的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該仔細(xì)考察有關(guān)公路設(shè)計(jì)、施工及使用的各個(gè)方面來進(jìn)行 綜合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)【。 隨著公路事業(yè)以及汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車在公路上的行駛速度也在不斷提高，同時(shí) 公路等級(jí)也在不斷提高，從而對(duì)線形的要求也越來越高。對(duì)于公路而言，由于其設(shè)計(jì)速 度相當(dāng)高，它對(duì)線形也相應(yīng)地提出了更高的要求，所以在設(shè)計(jì)初期階段，就應(yīng)該更加重 視高速公路構(gòu)造物的幾何設(shè)計(jì)。高速行駛時(shí)，人眼表現(xiàn)為動(dòng)視覺特性，呈現(xiàn)在駕駛員視 野中的主要景物是線形。公路是一個(gè)線形構(gòu)造物，人們乘坐汽車，在一定車速下運(yùn)動(dòng)， 連續(xù)的觀察公路及周圍環(huán)境的變化，司機(jī)的動(dòng)視力、動(dòng)視野也隨車速變化。而當(dāng)車速增 大時(shí)，動(dòng)視力隨之降低，視野也變小，駕駛員的注視距離也隨之變大，當(dāng)大到一定程度 時(shí)，就形成管狀的隧道視。一般情況下車速較低辨認(rèn)距離較遠(yuǎn)，車速增加能夠清晰辨認(rèn) 物體的距離相對(duì)縮短，因此司機(jī)能夠分辨物體的能力也隨之降低。在現(xiàn)代交通條件下， 由于車速提高，動(dòng)視覺特性的變化必然要求我們用這些新的概念去研究和評(píng)價(jià)高速公路 的線形。 在以4 0 k m h 的速度行駛在六車道的公路上時(shí)，路面在駕駛員視野中所占的比例為 2 0 ，以9 6 k m h 的速度行駛時(shí)，駕駛員的視野縮小，路面所占的比例增加到3 0 ，空間 所占的比例為5 0 9 6 ，公路兩側(cè)所占的比例減少到2 0 以下，特別是在地形平坦的情況下， 更減少到1 5 以下。這就是說，行駛速度越快，路面本身在視覺透視圖中所描繪的形狀 即公路的線形，就越成為構(gòu)成公路美觀印象的控制因素?？梢哉J(rèn)為，行駛速度越快的公 路，越應(yīng)有充分理由要求在視覺上重視優(yōu)美的線形，以確保行駛舒適。所以，看起來優(yōu) 美的公路線形，不僅對(duì)行駛安全是重要的，并且對(duì)行駛舒適性來說也是重要的。 行駛速度越高，線形的重要性也就越大，這對(duì)公路來說是不言而喻的。線形作為公 路的骨架，必須保證汽車行駛的安全性與舒適性。作為公路的線形設(shè)計(jì)，決定了路線的 走向和具體位置，其線位一旦確定便不能再作更改，所以線形設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 線形設(shè)計(jì)的好壞往往是公路總體設(shè)計(jì)及其作用的主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此，必須精細(xì)設(shè)計(jì)， 力求線形質(zhì)量的提高。由于現(xiàn)代生活質(zhì)量的提高，人類所要求的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高， 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 公路線形設(shè)計(jì)不僅要保證行車安全、迅速、經(jīng)濟(jì)，還要能適應(yīng)人體生理和心理的需求， 并取得與地形、景觀的協(xié)調(diào)，使公路線形性能達(dá)到行車的安全性、線形的連續(xù)性、視覺 的舒適性與形態(tài)的優(yōu)美性?？偠灾肪€形設(shè)計(jì)要做到以人為本，不僅要滿足汽車 行駛的需要，還要進(jìn)一步滿足司乘人員的需要，并貫徹可持續(xù)發(fā)展的思想，更深一步做 到與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)。 1 2 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)的必要性 我國現(xiàn)行公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各種幾何構(gòu)造的設(shè)計(jì)參數(shù)以及各種公路等級(jí)的線 形標(biāo)準(zhǔn)值，只不過是保障了汽車在運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)方面的最小安全性，即只是規(guī)定了應(yīng)該 遵守的最小值，而在實(shí)際設(shè)計(jì)中究竟選取多大的技術(shù)指標(biāo)，則由設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的主 觀經(jīng)驗(yàn)，并綜合考慮實(shí)際地形、地物以及經(jīng)濟(jì)性等因素來做出適當(dāng)?shù)倪x擇，以期設(shè)計(jì)出 有成效的線形。 跟火車以一定速度在規(guī)定軌道上行駛的情況不同，每個(gè)汽車駕駛員在車行道的任意 范圍內(nèi)以任意的速度行駛，對(duì)其安全性的容許度相當(dāng)高，也就是說，要盡量適應(yīng)駕駛員 的各種駕駛行為，又要努力確保行駛的安全性和舒適性。為此必須滿足不同公路等級(jí)中 規(guī)定的線形要素的各種最小值，但同時(shí)也要在經(jīng)濟(jì)性的允許范圍內(nèi)，根據(jù)大于公路等級(jí) 的良好線形要素以至結(jié)合視覺、心理上的人機(jī)工程學(xué)以及周圍環(huán)境等方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 所以公路線形設(shè)計(jì)的本質(zhì)就在于考慮如上所述的各種情況，從而使用大于公路等級(jí)中規(guī) 定的線形要素標(biāo)準(zhǔn)的線形，以盡量修建安全度高的、舒適的公路。至于需要考慮到什么 程度，則由設(shè)計(jì)人員權(quán)衡，同時(shí)也關(guān)系到公路的經(jīng)濟(jì)性。因此，需對(duì)設(shè)計(jì)的線形進(jìn)行檢 驗(yàn)，以評(píng)價(jià)線形設(shè)計(jì)的成效性。 公路是線狀構(gòu)造物，線形設(shè)計(jì)的好壞不僅決定著設(shè)計(jì)階段的工程造價(jià)，而且還決定 著運(yùn)營階段的使用質(zhì)量，即行駛的安全性、舒適性及經(jīng)濟(jì)性。為此公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定：“公路建成以后，要改變公路線形幾乎是不可能的，它將長(zhǎng)期限制汽車的運(yùn)行。線 形設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)汽車行駛的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)以及公路的通行能力都起著決定性作用。 因此線形設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)公路應(yīng)具有的性能與作用進(jìn)行充分而慎重的分析研究，以免留 下后患。平縱線形組合，應(yīng)該綜合考慮汽車行駛的安全、舒適，工程造價(jià)及營運(yùn)費(fèi)用的 經(jīng)濟(jì)性，駕駛員的視覺、心理狀態(tài)以及與公路周圍的環(huán)境與景觀的協(xié)調(diào)【2 j 。 線形作為公路的骨架，其平、縱、橫線形是永久性的設(shè)計(jì)要素，在公路建成后很難 再來改善線形的缺陷，對(duì)公路而言更是不可能的。為使線形在設(shè)計(jì)階段工程造價(jià)具有最 優(yōu)經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，其使用質(zhì)量及服務(wù)水平在運(yùn)營階段也具有最佳的安全性、舒適性及經(jīng) 濟(jì)性，設(shè)計(jì)階段就應(yīng)對(duì)線形進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。通過線形檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，找出線形的內(nèi)在缺 一2 一 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 陷并進(jìn)行改善，從而使得線形元素的選取以及它們之間的搭配在工程造價(jià)上經(jīng)濟(jì)合理， 在使用質(zhì)量上滿足各項(xiàng)需求，即線形的投入與產(chǎn)出協(xié)調(diào)統(tǒng)一這有其重要意義【3 】。 1 3 國內(nèi)外研究狀況 公路是一條三維空間的帶狀實(shí)體，要在公路建成后再來改變公路線形設(shè)計(jì)中存在的 缺陷是不可能的。為使設(shè)計(jì)線形具有最優(yōu)的建設(shè)經(jīng)濟(jì)性，在營運(yùn)期具有最佳的安全性、 舒適性，最佳的使用質(zhì)量和服務(wù)水平，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該對(duì)線形進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，找出 缺陷進(jìn)行改善，使得各線形要素的組合達(dá)到最優(yōu)1 4 1 。目前，國外尤其是歐美發(fā)達(dá)國家關(guān) 于路線設(shè)計(jì)的理論已經(jīng)從單純考慮汽車的動(dòng)力學(xué)要求，逐漸注重考慮駕駛員的生理心理 特征，提倡以人為本的設(shè)計(jì)理念，注重線形設(shè)計(jì)后使用上的舒適性。國內(nèi)外對(duì)線形評(píng)價(jià) 的方法很多，從設(shè)計(jì)的安全性、連續(xù)性、一致性、經(jīng)濟(jì)性等方面都進(jìn)行了研究。 1 3 1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)對(duì)公路線形進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法主要有以下的幾種： ( 1 ) 利用油耗圖來評(píng)價(jià)線形 油耗圖【5 】的評(píng)價(jià)方法可以用來分析公路縱坡線形設(shè)計(jì)的合理性，多用于越嶺線路線 方案的比選中。具體做法是把各方案中汽車行駛所消耗的油量繪成圖，在耗油量圖中進(jìn) 行分析，比較一下總的耗油量多少，看全線的耗油量是否均勻，通過比較選擇較好的設(shè) 計(jì)方案。 ( 2 ) 利用透視圖評(píng)價(jià)線形 透視圖法主要用在特殊路段的檢查上，如平縱組合是否合理，駕駛員視線是否無阻， 前方路線與景觀是否協(xié)調(diào)等，使設(shè)計(jì)人員直觀地檢查到公路平、縱、橫立體形狀及其與 周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)配合，是評(píng)價(jià)立體線形的一種直觀有效的視覺評(píng)價(jià)方法。但這種方法只 能是定性的評(píng)價(jià)，不能對(duì)線形進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，沒有確定的指標(biāo)來評(píng)價(jià)公路立體線形效果 的好壞，只能作出視覺上的評(píng)價(jià)【6 l 【_ 7 1 。 ( 3 ) 利用車速圖評(píng)價(jià)線形 所謂車速剛3 1 ，就是以路線里程樁號(hào)為橫坐標(biāo)，以速度為縱坐標(biāo)所繪制的圖。汽車 的速度一方面受縱坡的影響，另一方面受平曲線半徑的約束，車速是縱坡、平曲線半徑 和路面狀態(tài)的函數(shù)，從車速圖上可以反映出路線的平、縱線形要素及其組合對(duì)車速的影 響，檢查平縱設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的合理性。傳統(tǒng)的“沿線最高可能車速圖 考慮了汽車動(dòng)力學(xué)行 駛要求，但在縱斷面上沒有考慮豎曲線對(duì)汽車行駛速度的影響；平面上采用彎道阻力系數(shù) f c = 4 0 r 表征汽車行駛在平曲線上額外增加的那部分阻力，當(dāng)平曲線半徑 2 0 0 m 時(shí)不計(jì) 一3 一 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 ，且未考慮緩和曲線的影響，顯然理論依據(jù)不足。正是由于該法理論上的缺陷和考慮因 素的不全，目前公路設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚少。 ( 4 ) 利用橫向加速度變化率評(píng)價(jià) 橫向加速度變化率是在考慮了平縱橫三個(gè)方面的基礎(chǔ)上提出的一種評(píng)價(jià)方法。它考 慮了汽車動(dòng)力性的要求，建立了在公路線形設(shè)計(jì)中的控制和評(píng)價(jià)方程，通過該方程可以 對(duì)路線各幾何要素進(jìn)行控制和評(píng)價(jià)【8 】【9 1 。該方法并沒有給出具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 ( 5 ) 利用運(yùn)行速度評(píng)價(jià) 在車輛的行駛過程中，其運(yùn)行速度不可能是一成不變的，它是隨著道路線形、路面 狀況、天氣條件及交通狀況和駕駛員的狀態(tài)而變化的。從道路條件來說，汽車在平直段 上一般會(huì)加速行駛，加速度的大小和在直線末端的速度取決于直線的長(zhǎng)度以及駕駛員對(duì) 該路段上行駛的速度期望( 即期望車速) 。即在長(zhǎng)直線上，當(dāng)車速達(dá)到期望車速后，車速 不再增大，而是以期望車速穩(wěn)定行駛，直到進(jìn)入曲線。當(dāng)直線較短時(shí)，直線上的車速可 能還沒有加速到期望車速就要進(jìn)入曲線。在曲線路段，如果曲線半徑較大，則車輛在曲 線上行駛與直線基本上沒有區(qū)別。當(dāng)曲線半徑較小時(shí)，車輛進(jìn)入曲線要減速，然后穩(wěn)定 行駛一段距離，再加速離開曲線。車速的變化可以分為三部分，即從直緩點(diǎn)到緩圓點(diǎn)可 以認(rèn)為是減速行駛，從緩圓點(diǎn)到圓緩點(diǎn)是勻速行駛，而從圓緩點(diǎn)到緩直點(diǎn)是加速行駛。 笨 期望率遽 曠”麗j 歹 一商線一，一。蔭d 緩 一 _-h_-_o_，k；函4- 稚漿圖 一“一- 燃程 圖1 1 速度與平曲線關(guān)系圖 f i g1 1 t h er e l a t i o no fs p e e da n dh o r i z o n t a lc u l n e 運(yùn)行速度的大小受到道路幾何條件的影響，所以可以通過一定的數(shù)學(xué)方法將運(yùn)行車 速、線形和交通安全資料組合到一起，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，進(jìn)而建立公路線形設(shè)計(jì)的安全 性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和車速管理標(biāo)準(zhǔn)，為公路的安全性設(shè)計(jì)和管理打下基礎(chǔ)，真正使其成為安全、 快速、舒適的高等級(jí)公路f 1 0 1 。 一4 一 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 目前，對(duì)于運(yùn)行車速研究有兩種方法：即現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法和理論預(yù)測(cè)法?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法是通 過路段現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，經(jīng)回歸分析建立平曲線半徑與運(yùn)行速度的關(guān)系，然后在不同縱坡上對(duì) 運(yùn)行速度進(jìn)行折減后得到【1 1 l 【1 2 1 。該法還可以通過路段實(shí)測(cè)車速，繪制車速累計(jì)分布曲線， 取曲線中8 5 所對(duì)應(yīng)的速度值作為運(yùn)行速度。路段實(shí)測(cè)法需要的樣本量大，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、 費(fèi)錢，同時(shí)僅適用于已建公路，對(duì)于已建的其它公路或擬建公路不一定適用。另外，該 方法相鄰平曲線之間直線段的速度大小沒有考慮，當(dāng)直線較長(zhǎng)、縱坡較小時(shí)，直線段行 駛速度可能大于平曲線上的行駛速度，不能起到控制作用，只有在山區(qū)曲線連曲線的路 段可起作用。另一種是理論預(yù)測(cè)法。根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)加、減速行程計(jì)算基于縱斷面線形 設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度，根據(jù)平曲線半徑計(jì)算基本公式反算彎道上的允許行駛車速或引用國外 的曲度與運(yùn)行速度關(guān)系獲得運(yùn)行速度。將縱斷面和平面分別預(yù)測(cè)的運(yùn)行速度比較后取小 值，作為平、縱線形組合的運(yùn)行速度【1 3 1 。此種方法存在的缺點(diǎn)是沒有考慮豎曲線以及橫 斷面的影響。 利用運(yùn)行速度的評(píng)價(jià)方法，國外研究較早，且已得到應(yīng)用，提出了一些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 我國目前正在研究之中，尚未提出適合我國車型和公路等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 ( 6 ) 利用交通安全檢查評(píng)價(jià) 該法從行車安全的角度出發(fā)，利用交通事故率與路線幾何要素的關(guān)系來評(píng)價(jià)或控制 路線線形的設(shè)計(jì)【1 4 1 。主要根據(jù)交通事故調(diào)查資料，采用回歸分析的方法，建立平面線形、 縱斷面線形、車道寬度、行車視距、平縱組合線形等與事故率的關(guān)系曲線并擬合成公式， 從而確定事故多發(fā)點(diǎn)和控制路線線形的指標(biāo)，對(duì)指導(dǎo)公路線形設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意 義。 ( 7 ) 利用可能速度的公路線形評(píng)價(jià) 此法是楊少偉教授提出的一種新的應(yīng)用于公路線形設(shè)計(jì)的檢查和評(píng)價(jià)的方法，研究 成果中采用速差作為應(yīng)用可能速度的線形設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并提出了各級(jí)公路利用可能速 度進(jìn)行公路線形評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)指標(biāo)【1 5 1 。速差既反應(yīng)了線形的連續(xù)性，也可評(píng)價(jià)公路線形設(shè) 計(jì)的質(zhì)量和安全性。 1 3 2 國外研究現(xiàn)狀 ( 1 ) 利用線形圖檢查評(píng)價(jià) 日本早期利用該法將路線平面線形的線形圖用曲率圖表示，將縱斷面的線形用坡度 圖表示，通過比較兩圖的零點(diǎn)位置就可以簡(jiǎn)單地檢查出平、縱線形組合設(shè)計(jì)的好壞。在 線形圖上如果零點(diǎn)位置一致或接近則平、縱線形配合不好，反之，當(dāng)零點(diǎn)相互交錯(cuò)則立 體線形良好【1 6 1 。 一5 一 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 ( 2 ) 從安全性評(píng)價(jià)線形設(shè)計(jì) 日本、美國、英國、德國等國用的是該法，根據(jù)調(diào)查收集的交通事故資料，分別建 立直線、圓曲線、緩和曲線、縱坡( 上下坡) 、豎曲線、視距等線形要素與事故率的表格 或回歸曲線和公式，從而找出相對(duì)比較安全的數(shù)值或范圍，用以指導(dǎo)線形設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)線 形設(shè)計(jì)的安全性【1 7 l 。該法的評(píng)價(jià)數(shù)值或范圍屬于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，只適用于單個(gè)公路線形要素 的評(píng)價(jià)，沒有建立平面和縱斷面組合線形的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 ( 3 ) 美國聯(lián)邦公路局公路安全評(píng)價(jià)思想 1 9 8 8 年美國聯(lián)邦公路局( f h w a ) 開發(fā)了“交互式公路安全設(shè)計(jì)模型( i n t e r a c t i v e h i g h w a ys a f e t yd e s i g nm o d e l ，縮寫為i h s d m ) 的集成軟件包，在c a d 的環(huán)境中，輔助 道路設(shè)計(jì)者評(píng)估道路幾何設(shè)計(jì)方案所體現(xiàn)出的安全性能，幫助設(shè)計(jì)人員從公路安全的角 度評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案【l 引。該模型由八個(gè)分模塊組成，每個(gè)模塊完成不同的功能。i h s d m 的 結(jié)構(gòu)圖如圖1 2 所示 圖1 2i h s 喇結(jié)構(gòu)圖 f i g1 2 s t r u c t u r a lp a t t e r no fi h s d m 在i h s d m 中，通過期望速度分布曲線圖，進(jìn)行速度的連續(xù)性檢查和設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行 速度的一致性檢查，從而確定路線的設(shè)計(jì)質(zhì)量【1 9 1 。 ( 4 ) 利用運(yùn)行速度的評(píng)價(jià)方法 隨著汽車性能的不斷改進(jìn)，采用設(shè)計(jì)速度為依據(jù)進(jìn)行公路路線設(shè)計(jì)的缺陷越來越突 出。因而，世界上許多國家都在廣泛研究運(yùn)行速度及其在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 聯(lián)邦德國的設(shè)計(jì)原則是采用設(shè)計(jì)速度和運(yùn)行速度相結(jié)合的聯(lián)合設(shè)計(jì)思路，即按設(shè)計(jì) 速度設(shè)計(jì)出初始線形指標(biāo)后，再用運(yùn)行速度進(jìn)行檢查和修正。德國定義的運(yùn)行速度【2 0 】 一6 一 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 干燥和潮濕路面狀況下自由流狀態(tài)小客車的8 5 分位車速，德國設(shè)計(jì)指南中采用了與美 國和瑞士不同的方法。德國引入平面曲度的概念，經(jīng)過研究，建立了平面的曲度、橫斷 面的路面寬度b 與運(yùn)行速度的關(guān)系。德國設(shè)計(jì)指南中規(guī)定，任何給定路段的預(yù)測(cè)運(yùn)行速 度應(yīng)不超過其設(shè)計(jì)速度2 0 k m h ，要求一條連續(xù)路段上相鄰線形要素之間的運(yùn)行速度差允 許最大限制值為l o k m h ，以確保公路線形設(shè)計(jì)的一致性。如果特定路段不能達(dá)到這一限 定要求，平面線形設(shè)計(jì)必須進(jìn)行調(diào)整。 澳大利亞聯(lián)邦公路局則將設(shè)計(jì)速度貫穿路線設(shè)計(jì)的始終，即在初定平面線形和縱坡 的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)各路段的運(yùn)行速度，并以一定的設(shè)計(jì)控制原則為 標(biāo)準(zhǔn)，檢查和修正初定的平縱線形設(shè)計(jì)，然后根據(jù)調(diào)整后路線的平縱線形和運(yùn)行速度， 最終確定曲線加寬、超高、視距等設(shè)計(jì)指標(biāo)。美國學(xué)者l e i s c h 是美國最早提出基于運(yùn) 行速度設(shè)計(jì)概念，并用之來評(píng)價(jià)公路平面和縱斷面幾何線形設(shè)計(jì)一致性的【2 l 】。該法認(rèn)為 單獨(dú)使用設(shè)計(jì)速度作為公路設(shè)計(jì)的控制原則可能會(huì)導(dǎo)致非期望的幾何設(shè)計(jì)出現(xiàn)，為了實(shí) 現(xiàn)車輛運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度的一致性，分別建立了小客車和大貨車的運(yùn)行速度模型，該 模型主要是根據(jù)平面及縱斷面線形估計(jì)不同車型的平均速度，將其繪制成車速變化圖， 用來判斷線形是否達(dá)到設(shè)計(jì)一致性。 瑞士采用理論速度模型分析平面線形的一致性瞄】。這種方法類似于美國l e i s c h 方 法，引入與運(yùn)行速度相似的項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度分布圖，根據(jù)速度的突變檢查公路設(shè)計(jì)不一致 的位置。項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度是根據(jù)以平面和縱斷面的設(shè)計(jì)要素為參數(shù)的速度模型得到的。如 果項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度超過傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度，則以項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度作為評(píng)價(jià)視距、超高和緩和曲 線長(zhǎng)度的依據(jù)。英國運(yùn)輸?shù)缆放c運(yùn)輸研究所也進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和調(diào)查工作，采用了線 性回歸的方法建立了各類車輛的平均運(yùn)行速度模型瞄j 。 ( 5 ) 利用駕駛員工作負(fù)荷評(píng)價(jià)線形設(shè)計(jì) 駕駛員工作負(fù)荷模型主要是針對(duì)駕駛員駕駛汽車過程中的感知、反應(yīng)、與決策等過 程的腦力勞動(dòng)。這些過程所需的時(shí)間多少對(duì)行車安全是至關(guān)重要的，往往決定著執(zhí)行過 程的結(jié)果。通常，駕駛員操縱車輛需要處理的信息越少，可以自由地保持視覺閉塞狀態(tài) 的時(shí)間越長(zhǎng)，其工作量越小。相反，駕駛員需要處理的信息量越大，需要觀察路面的時(shí) 間越長(zhǎng)，其腦力勞動(dòng)強(qiáng)度越高，則工作負(fù)荷越大 2 1 。 美國m e s s e r 建立了一個(gè)基于公路幾何學(xué)評(píng)價(jià)駕駛員工作負(fù)荷的模型，初步的評(píng)價(jià) 顯示這種工作負(fù)荷評(píng)價(jià)方法對(duì)控制公路危險(xiǎn)路段具有較好的作用。但該程序是人工操 作，基本上是主觀評(píng)價(jià)而不是客觀評(píng)價(jià)，難以對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，從而限制了其可信度。 為了改變上述駕駛員工作量估計(jì)主觀評(píng)價(jià)的不足，s h a f e r 開發(fā)的駕駛員工作量模型系統(tǒng) 中，采用了視覺閉塞法( t h ev i s i o no c c l u s i o nm e t h o d ) 的客觀方法來評(píng)價(jià)駕駛員工作負(fù)荷。 一7 一 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 利用駕駛員工作負(fù)荷模型來評(píng)價(jià)公路線形設(shè)計(jì)的方法是以駕駛員工作量的變化作 為評(píng)價(jià)指標(biāo)的。它的技術(shù)關(guān)鍵在于建立了平曲線上駕駛員工作量和直線上駕駛員工作量 的計(jì)算公式，但仍然為單個(gè)指標(biāo)，缺乏具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 1 4 問題的提出 公路線形設(shè)計(jì)原則，體現(xiàn)了線形設(shè)計(jì)在公路設(shè)計(jì)中的重要程度。公路工程特別是高 速公路項(xiàng)目是一項(xiàng)復(fù)雜而且投資巨大的系統(tǒng)工程。公路條件主要是由公路線形決定的， 線形設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的核心，它最終決定了公路的空間位置以及公路在駕駛員視覺中的 反映。公路建成后，要改變線形幾乎是不可能的，特別是對(duì)高速公路而言，它將長(zhǎng)期影 響和限制汽車在公路上的運(yùn)行。線形設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)汽車行駛的安全、經(jīng)濟(jì)、舒適及通 行能力都起著決定性的作用，因此在線形設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)公路應(yīng)具有的性能與作用進(jìn)行 充分慎重地研究，所以對(duì)公路的線形設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法研究是很有意義的。 我國現(xiàn)行的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)( j t g b 0 1 - 2 0 0 3 ) ( 以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)) 所規(guī)定的 各等級(jí)公路的線形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，只保障了汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)方面的最小安全值，即只規(guī) 定了各單個(gè)指標(biāo)的最小值。我國在標(biāo)準(zhǔn)中的路線設(shè)計(jì)方法為以設(shè)計(jì)速度為基礎(chǔ)參數(shù) 的設(shè)計(jì)方法，即在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)速度作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)參數(shù)用以規(guī)定最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其他的 設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)它相應(yīng)取定。一條公路的設(shè)計(jì)速度確定后，其相應(yīng)的圓曲線半徑、車道寬 度、超高、加寬、縱坡、視距、豎曲線半徑等設(shè)計(jì)要素的最低指標(biāo)便確定了。只要設(shè)計(jì) 所采用的最小幾何指標(biāo)大于所選定的設(shè)計(jì)速度所對(duì)應(yīng)的最小何指標(biāo)，則認(rèn)為該設(shè)計(jì)是符 合規(guī)范要求的。作為設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)速度規(guī)定了最低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)定值，一條公路 的設(shè)計(jì)速度確定以后，與此相關(guān)公路線形設(shè)計(jì)指標(biāo)也就確定了。 但經(jīng)過多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐，國內(nèi)外的設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)方法本身就存在著缺陷，主 要表現(xiàn)為： ( 1 ) 線形設(shè)計(jì)要素與實(shí)際行車速度不相容 現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法最顯著的特征是對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)路段的設(shè)計(jì)車速是一個(gè)固定值，設(shè)計(jì)速 度作為基礎(chǔ)參數(shù)，規(guī)定了線形設(shè)計(jì)要素的最小指標(biāo)值，卻沒有考慮是否能夠滿足實(shí)際行 車速度的要求。實(shí)際上，車輛在公路上行駛時(shí)，駕駛員是根據(jù)道路條件特別是線形幾何 條件來不斷調(diào)整車速的，實(shí)際車速經(jīng)常會(huì)超過設(shè)計(jì)速度。因此，滿足設(shè)計(jì)速度要求的道 路設(shè)計(jì)值，如視距、超高等不一定能夠滿足駕駛員選用的實(shí)際運(yùn)行車速。 ( 2 ) 線形設(shè)計(jì)要素之間不相容 根據(jù)設(shè)計(jì)速度所做出的設(shè)計(jì)不一定能夠保證線形設(shè)計(jì)要素之間的相容性。我們?cè)谠O(shè) 計(jì)中采用的最小線形設(shè)計(jì)值是指車輛按設(shè)計(jì)速度行駛，逐一駛過各個(gè)孤立的道路特征路 一3 一 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 段時(shí)保證安全行車的設(shè)計(jì)值。在丘陵和山嶺地區(qū)，經(jīng)常需要把縱面線形要素與平面線形 要素結(jié)合使用。一般認(rèn)為，對(duì)孤立要素適用的最小值，在這些要素同時(shí)出現(xiàn)時(shí)可能就不 安全。因此，不少國家都強(qiáng)調(diào)要避免組合使用多種最小設(shè)計(jì)值。我國 7 6 0 k m h ) 上宜盡可能保證，而對(duì)于低速道路( v 4 0 k i n h ) 則有所放寬，參考執(zhí)行即可。在受到條件限制時(shí)，無論是高速路還是低速路，都宜將在 同向曲線間插入大半徑曲線或?qū)汕€做成復(fù)曲線、卵形曲線或c 形曲線。l ：規(guī)范規(guī) 定反向曲線間最小直線長(zhǎng)度( 以m 計(jì)) 以不小于行車速度( 以k m h 計(jì)) 的2 倍為宜【4 】。 據(jù)鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)行駛于長(zhǎng)直線上的駕駛?cè)说恼{(diào)查，大多數(shù)駕駛?cè)嗽陂L(zhǎng)直 線上行駛5 - - 6 m i n 后就會(huì)感到疲勞，心率下降，反應(yīng)變得遲鈍，速度判斷的準(zhǔn)確性降低。因 此本文把直線分為以下幾個(gè)層次。詳見表2 1 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 表2 1 直線評(píng)價(jià)表 t a b 2 1t h ee v a l u a t i o nl i s to fs t r a i g h tl i n e 同向曲線間l l 2 0 v 2 0 v 同向曲線間l 6 v 2 0 v 反向曲線間l 2 v 4 0 5 0 6 08 0 注：1 ) 峨行速度，鼬； 2 ) 8 3 產(chǎn)- 5 r a i n 內(nèi)運(yùn)行長(zhǎng)度； 3 ) 1 9 4 產(chǎn)- 7 0 s 內(nèi)運(yùn)行長(zhǎng)度。 ( 2 ) 圓曲線半徑 對(duì)于設(shè)計(jì)速度y 與運(yùn)行速度之差較大的一般路段，在路拱橫坡度不變的前提下， 采用路段運(yùn)行速度計(jì)算值計(jì)算圓曲線半徑。當(dāng)采用路段運(yùn)行速度計(jì)算的圓曲線半徑大于 設(shè)計(jì)速度對(duì)應(yīng)的圓曲線半徑時(shí)，應(yīng)該加大圓曲線半徑或者降低運(yùn)行速度對(duì)應(yīng)的平曲線半 徑。圓曲線半徑采用式( 2 1 ) 進(jìn)行計(jì)算【2 4 】： 礦2 r = ：墨 ( 2 1 )= 旦l( 2 ) 1 2 7 ( # + f ) 式中：卜路段運(yùn)行速度要求的圓曲線半徑( m ) ； 瞄一運(yùn)行速度計(jì)算值( k m h ) ： 橫向力系數(shù)： j 路拱橫坡度( ) 。 下表是設(shè)計(jì)規(guī)范【l 埒，規(guī)定的圓曲線的最小半徑要求和范圍。 表2 2 圓曲線最小半徑 t a b 2 2t h el e a s tr a d i u so fc i r c u l a rc u r v e 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 圓曲線越大，行車越舒服，但是最大不能超過1 0 0 0 0 m ，同時(shí)直線的長(zhǎng)度也影響著圓 曲線的安全性。極限最小半徑是路線設(shè)計(jì)中的極限值【6 】，是在特殊困難的條件下不得已 才使用的，一般不輕易采用。一般最小半徑，一方面要考慮汽車在這種半徑的曲線上以 設(shè)計(jì)速度或以接近設(shè)計(jì)速度行駛時(shí)，旅客有充分的舒適感，另一方面也要注意到在地形 比較復(fù)雜的情況下不會(huì)過多的增加工程量。從舒適和安全的角度考慮，i i 應(yīng)取盡可能小 的值，以使乘客行駛在曲線上大致相同的感覺。我國標(biāo)準(zhǔn)所制定的“不設(shè)超高的最 小半徑 是取曠0 0 3 5 ，i h ( m a x ) 按照公式2 1 計(jì)算出來的。 ( 3 ) 緩和曲線長(zhǎng)度 由于車輛要在緩和曲線上完成不同曲率的過渡行駛，所以要求緩和曲線有足夠的長(zhǎng) 度，以使司機(jī)能從容地打方向盤，乘客感覺舒適，線形美觀流暢，圓曲線上的超高和加 寬的過渡也能在緩和曲線內(nèi)完成【2 5 】。緩和曲線長(zhǎng)度的確定 依據(jù)離心加速度變化率小于等于o 6 ，即乘客的舒適感： l , = 0 0 0 3 6 ； 億2 ， 依據(jù)司機(jī)操作反應(yīng)時(shí)間( 至少3 s ) ： 厶= 0 8 3 v ( 2 3 ) 依據(jù)視覺條件： 。= 竺。r ( 2 4 ) 。 9 這三個(gè)方面來確定緩和曲線長(zhǎng)度的。規(guī)范規(guī)定【l 】如下表2 3 表2 3 緩和曲線的最小長(zhǎng)度 t a b 2 3t h em i n i m u ml e n g t ho f t r a n s i t i o nc u r v e 最后取最大值作為緩和曲線的長(zhǎng)度，并且在允許的條件下，考慮緩和曲線和圓曲線 的配合，盡量滿足緩和曲線與圓曲線1 ：l ：1 到1 ：3 ：l 的比例。 ( 4 ) 平曲線的長(zhǎng)度 公路的平曲線一般情況下應(yīng)具有設(shè)置回旋線( 或超高、加寬緩和段) 和一段圓曲線 的長(zhǎng)度。若曲線過短，司機(jī)操作方向盤頻繁，在高速駕駛的情況下是危險(xiǎn)的。同時(shí)，如 不設(shè)置足夠長(zhǎng)度的曲線使離心加速度變化率小于一定數(shù)值，從乘客心理狀況來看也是不 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 好的。一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)角7 。以下時(shí)，曲線長(zhǎng)度就顯得比實(shí)際短，另一方面也引起曲線半 徑很小的錯(cuò)覺，確定平曲線的最小長(zhǎng)度應(yīng)按以下幾個(gè)方面考慮： 曲線過短、司機(jī)操作困難。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)至少要有6 s 的行駛時(shí)間。因此，最小長(zhǎng)度 為：k = v t = ( v 3 6 ) x 6 = 1 6 7 v ( m ) ( 2 5 ) 當(dāng)受條件限制時(shí)，汽車在圓曲線行駛至少要有3 s 的時(shí)間。 滿足離心加速度變化率所要求的曲線長(zhǎng)度。當(dāng)平曲線由兩個(gè)緩和曲線組成時(shí)， 依離心加速度允許變化率確定。 三= 2 z ：2 w ：o 0 7 2 芝( 2 6 ) 尺 視覺的要求。當(dāng)曲線轉(zhuǎn)角口 s 吼2 云卜百4j 億8 ， 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 式中：卜豎曲線長(zhǎng)度； 兄，一最小豎曲線半徑： 。卜視距： 厶廣一縱剖面坡度值的代數(shù)和。 凹形豎曲線半徑除應(yīng)滿足行車舒適、限制離心力不要過大的要求外，還應(yīng)保證夜間 行車車頭燈照射距離以及行駛跨線橋下時(shí)行車視距不受影響。若汽車行駛在凹形曲線上 夜間行車車頭燈照射距離必須保證不小于停車視距。設(shè)車頭燈高出地面0 7 5 m 。車頭燈 光束擴(kuò)散角萬= 14 ，則 當(dāng)l s 時(shí)，k = s 2 4 5 + 0 0 3 5 s ( 2 9 ) 凱媽吼k 2 云ls 一半產(chǎn)j 億 汽車行駛在凹形曲線上，必須保證橋梁結(jié)構(gòu)物不影響行車視距。設(shè)橋下凈空為4 5 m ， 司機(jī)視線高1 2 m ，障礙物高度按最不利條件為0 7 5m ，則 當(dāng)l s 時(shí)，氏= s 2 2 6 9 5 ( 2 1 1 ) 當(dāng)l s 時(shí)，k = ( 2 8 - 2 6 。9 2 ) a ； ( 2 1 2 ) 符號(hào)同上。 結(jié)合以上公式，求得在各種速度下的滿足公路行車視距所需最小豎曲線半徑。見 下表 表2 5 按9 s 行程為通視視距的凸形豎曲線計(jì)算極限半徑 t a b 2 5 a c c o r d i n gt on i n es e c o n dd i s t a n c ef o rs t a d i ai nc o n c c x i t y v e r t i c a lc u r v ec o m p u t a t i o nl i m i tr a d i u s 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一般最小半徑約為極限最小半徑的1 5 2 0 倍，在條件許可時(shí)應(yīng)盡 量采用大于一般最小半徑的豎曲線為宜，但是我國沒有規(guī)定最大半徑的范圍。以此可以 得到如下的豎曲線的取值評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)表2 7 、表2 8 。 表2 7 凸形豎曲線半徑的評(píng)價(jià)表 t a b 2 7t h ee v a l u a t i o nl i s to f r a d i u so f c o n v e x i t yv e r t i c a lc u r v e 大連理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 ( 6 ) 豎曲線長(zhǎng)度 汽車從直坡道行駛到豎曲線上，盡管豎曲線半徑較大，如其長(zhǎng)度過短，汽車倏忽而 過旅客感到不舒適。因此，應(yīng)限制汽車在凸形豎曲線上的行程時(shí)間不過短。：標(biāo)準(zhǔn)中 規(guī)定滿足3 秒行程，即 k = v 1 2 ( 2 1 3 ) 在凹形豎曲線中，豎曲線的長(zhǎng)度與坡差有關(guān)，即： k = 國 ( 2 1 4 ) 平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長(zhǎng)于豎曲線，最好使豎曲線的起終點(diǎn)分 別放在平曲線的兩個(gè)緩和曲線內(nèi)，即所謂的“平包豎一。根據(jù)德國計(jì)算統(tǒng)計(jì)，若平曲線 半徑小于1 0 0 0 m ，豎曲線半徑大約為平曲線半徑的1 0 - 2 0 倍時(shí)，便可達(dá)到均衡的目的。 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定豎曲線最小長(zhǎng)度如表2 9 。 公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究 平、縱線形組合設(shè)計(jì)是指在滿足汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)要求前提下，研究如何滿足視覺 和心理方面的連續(xù)、舒適、與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和良好的排水條件。平曲線與豎曲線大小 應(yīng)保持均衡，合理組合，取值時(shí)應(yīng)相互對(duì)應(yīng)鯽。 ( 7 ) 視距 在公路設(shè)計(jì)中，行車視距是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，它與公路的平面、縱斷面、橫斷面及景 觀設(shè)計(jì)有非常密切的關(guān)系。為了保證行車安全，司機(jī)在行車時(shí)，需要隨時(shí)都能看到公路前 方的一定距離，以便發(fā)現(xiàn)障礙物或?qū)τ鎭碥嚥扇⊥＼?、避讓、錯(cuò)車或超車等措施，為完 成這些操作過程所必需的、最短時(shí)間內(nèi)的汽車行駛路程稱為行車視距。行車視距s 包括 停車視距s 。、超車視距s 。、會(huì)車視距s 。其中停車視距s 。為【2 6 】： 廣1 2 s t _ s t + s 2 + s a 2 磊vt + 上l 去l + 3 3(215)29f33 6 i6 j 式中：s 司機(jī)的反映距離( m ) ； 島制動(dòng)距離( m ) ： 島安全距離，一般取5 1 0 m ； 礦行車速度( k i n h ) ； 芒司機(jī)反應(yīng)時(shí)間，一般t = 2 5 s ； g 重力加速度； ，輪胎與路面的縱向摩擦系數(shù)。 會(huì)車視距s 。不小于停車視距的兩倍( 即s 。術(shù)2 s 。) ，超車視距s 。分為全超車視距和最 小超車視距。 平面設(shè)計(jì)中行車視距的保證主要取決于平曲線半徑的大小。當(dāng)平曲線半徑大到足以 保證行車視距時(shí)，從行車道中心線到障礙物邊緣的側(cè)向距離為保證行車視距時(shí)的凈空限 界，該平曲線半徑稱為臨界半徑。臨界半徑r 與橫凈距h 、行車視距s 的關(guān)系如下： r = s h ) ( 2 1 6 ) 式中，s 可按司機(jī)反應(yīng)時(shí)間t = 2 5 s 由公式( 2 1 5 ) 計(jì)算而得。w 為行車道寬度，l 為 路肩寬度，m 為中間帶寬度，a 為側(cè)帶寬度，于是保證標(biāo)準(zhǔn)橫斷面范圍內(nèi)視線寬度為： 右轉(zhuǎn)彎時(shí)：h = w