高速公路平曲线运行速度特性的研究.pdf

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第5期(总第155期)2011年10月中国彳菹z朽CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．5(SerialNo．155)Oct．2011●ill⋯I—●—■———■●—■—■—■————●——■—■●———————●———■●■—●——■DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2011．05．026高速公路平曲线运行速度特性的研究王晓华，汪凌志(天津市市政工程设计研究院，天津300051)摘要：调查了天津津蓟高速、唐津高速、津滨高速和京沪高速(天津北段)等4条高速公路的18个平曲线半径的56个观测断面，并应用软件对车速情况进行统计分析，得到各半径的第85％位车速口舒。以R=l500m曲线小客车的运行速度为例，分析出速度以均值为对称分布等特性。同时，研究了部分半径上载重汽车的运行速度特性，比较了不同高速公路相同半径下的运行速度特性。最后分别给出了小客车和载重车在曲线中点、曲线终点的运行速度回归模型。关键词：高速公路；运行速度；第85％位车速‰；回归模型中图分类号：lJ412．366文献标识码：A文章编号：1004—4655(2011)05—0073一03目前，我国公路线形设计常用“设计速度”的路线设计方法，但实际驾驶中车速是随线形等条件变化的。国际上一些发达国家广泛运用“运行速度”的路线设计方法，以车辆的实际运行速度作为线形设计速度。基于“运行速度”这一概念，对天津市已建成的高速公路实际运行速度调查，研究了车辆在平曲线半径上运行速度的特性，建立运行速度与线形设计指标的相关关系模型，进而合理选择线形设计指标。1数据采集1．1调查范围与条件的选择本次调查的范围主要为津蓟高速公路、唐津高速公路、津滨高速和京沪高速公路代用线(天津北段)。所测路段设计速度分别为120、120、120、100km／h。调查观测期间，天气情况良好，风力不大。观测时间选在每天9：00～16：00之间。该时间段车流量较小，车速行驶基本处于自由流状态，运行速度基本上只受道路线形条件本身的影响。采用定点测试的方法，利用雷达测速仪测得各特征断面的点速度，在平曲线段起、中、终等点选取3～4个点位观测。1．2观测样本量的确定运行速度观测中，要控制每个观测断面的样量，以控制观测速度值的精度。每个断面观测所需要的最小车辆数，即样本数n，可按公式(1)计算。收稿日期：2011—03—25第一作者简介：王晓华，女，教授级高级工程师，本科，主要从事道路专业设计与研究，现任院道路专业总工程师。一(警)‘‘㈣式中：盯为计算车速观测样本量的标准差，4车道取盯=6．8km／h；K为置信度水平系数，一般取95％的置信度水平，即K=1．96；E为车速观测值容许误差，km／h，其值取决于平均车速要求的精度，一般可取E=2km／h。1．3观测断面的布置本次观测主要应用雷达测速仪，用断面法采集平面曲线起点、中点、终点的运行速度数据，观测点位如图1所示。一观测断面’-，雷达测速仪·布点示意图图1平曲线仪器布置示意图2平曲线运行速度特性分析不同车辆在不同平曲线半径上的运行速度的数据特性，回归得到平曲线上的运行速度模型。2．1小客车平曲线运行速度特性本次运行速度观测，共实测了4条高速公路的18个平曲线半径，每个半径观测3—4个观测断面，共56个观测断面。对每个观测断面的实测运行速度值，应用SPSS软件进行统计分析，得到各半径的小客车第85％位车速／3。，如表l所示⋯。73 中圄彳丛z籽王晓华，汪凌志：高速公路平曲线运行速度特性的研究2011年第5期表1不同半径下小客车运行速度‰统计表lu,n／h平曲线半径值／m起点中点终点l400111．80106．00101．25l500118．00113．40122．30l800117．50114．90125．00l800122．30120．IO128．602800112．00llO．05119．053528．57599．20104．00104．204100131．00157．60157．654300128．15147．10131．205500112．00125．20134．005500151．75149．20146．905500103．75115．60116．006000109．55110．75122．606000123．00129．25129．506000123．50119．00107．706800142．00133．00113．558000118．10124．25123．2010000115．60122．00130．456000129．15123．70129．85从表1可以看出，不同平曲线半径下，小客车在曲线起点、中点和终点处的运行速度差别很大。为了解平曲线半径对运行速度的影响，取天津一蓟县方向R=l500m曲线的运行速度进行统计分析。根据运行速度％的定义，可知R=l500m时曲线起点的运行速度口。，为118km／h，而且实测原始数据符合正态分布(见图2)。同理，对R=l500m曲线其他断面如缓圆点(K02+902处)、中点、终点等的原始统计数据分析可得运行速度分别为113、113．4、122．3km／h。天津一蓟县方向R=l500m的小客车运行速度图见图3。74运行速度／km．h-1图2开=1500m起点原始数据频率分布图薹：22；蜊115锻110靶105心K02+662K02+902K03+319K03+977桩号图3尺=1500m小客车运行速度图表2为天津一蓟县方向R=1500m，曲线起点、中点和终点小客车运行速度统计分析表。表2开=1500m小客车运行速度统计分析表R=l500m天津一蓟县方向运行速度数据统计分析位置起点中点终点平均影km·h—loo．2498．57104．04中值／km·h一9897105众数／km·h。1959290标准偏差15．05016．24715．461样本方差226．517263．970239．034峰值一O．293一O．100一0．989偏斜度O．3430．308一O．09l最4,催rl／km·h一17074最大彭km·h一139141130第85位百分数／km·h‘’118．0113．4122．3样本数∥个555157由以上分析可得出如下结论。1)从第85位百分数来看，在进入曲线前的自由流运行速度(118km／h)大于曲线中点的运行速度(113．4kin／h)，驶出曲线的运行速度(122．3kin／h)大于曲线中点和起点的速度，但驶出速度略大于驶入速度(增幅为4．3kin／h)，反映出小客车的运行速度移舒受平曲线半径的影响，有一个从减速到加速的过程。2)从样本数据的偏斜度来看，所实测速度是以平均值为对称分布的。3)从原数据的样本方差和标准偏差来看，性能相同或差异不大的小客车在同一平曲线上运行时其速度的离散程度不大(<17)。4)从样本的众数来看，大多数自由流车辆在曲线起点的速度为95km／h，曲线中点大多为92km／h，驶出曲线的速度大多为90km／h。类似于R=1500m时的分析，可得到不同半径时的小客车运行速度分析结果。通过以上对小客车运行速度口。，特性的分析以及表1中不同平曲线半径起点、中点和终点的运行速度观测统计结果汇总，可以得知，当平曲线半径<1800m时，汽车在曲线上是减速的；当平曲线半径≥1800m时，汽车在曲线上的运行速度有先减后加的规律，即堍<郇<％；当平曲线半径达到6000m时，曲线上的运行速度趋于稳定，即汽车的行驶状态与直线上差别不大。2．2载重汽车的运行和速度特性对部分半径的载重汽车运行速度情况进行了观测、分析，以作辅助分析。调查数据与分析结果详见表3及图4。 中l习亏盛z柱王晓华，汪凌志：高速公路平曲线运行速度特性的研究2011年第5期表3载重汽车的运行速度统计分析表平曲线半径l4001800值∥m位置起点中点终点起点中点终点均值／km·h。168．1668．3l71．6184．9582．2584．23均值标准误差1．743．182．1l3．424．503．10中彩km·h。66．6069．0072．0084．5079．0085．00众数／km·h“63．0053．0079．0072．oo66．0065．00标准偏差10．7512．72lO．1l16．0418．0115．80样本方差115．62161．83102．25257．38324．20249．78偏斜度0．460．09O．24O．190．34一O．13啸斜度标准误差O．38O．560．480．49O．560．46峰值一0．24一1．59—0．67一1．20—1．09一1．20峰值标准误差O．751．09O．93O．951．09O．89全夥km·h一144．137．038．O56．O58．O53．0最小值／km．h—I47．751．O54．060．O58．O56．O最大影91．888．092．0116．0109．Okm“一1察85位百分数／80．5182．9082．4103．55103．8104．8km．h一‘lO05OO959085807570图4载重汽车运行速度图由表3及图4可以看出：1)从平均值和第85位百分数来看，在半径≥l400m时，整个曲线运行速度变化不大，但载重车的运行速度受平曲线的影响。2)从样本数据的偏斜度来看，所实测速度是以均值为对称分布的。3)从原数据的样本方差和标准偏差来看，同类型的载重车在同一平曲线上运行时其速度的离散程度不大(<18．1)。3不同高速公路的运行特性比较汽车的运行速度除了受到平曲线半径的影响之外，还会受到纵坡、驾驶员、横断面布置等多方面的影响。要想分析运行速度与平曲线半径的关系，除了在一条高速公路上采集运行速度数据进行分析以外，还应该调查不同高速公路、不同路段下相同半径的运行速度特性，进行横向比较，以确定相关关系的普遍性。图5为不同高速公路的R=1800m运行速度比较，图6为不同高速公路的R=5500m运行速度比较。图5不同高速公路的IR=1800m运行速度比较图6不同高速公路的只=5500m运行速度比较从图5和图6运行速度口。，图可以看出，不同高速公路相同半径的平曲线段上的运行情况基本上是一致的。这说明平曲线半径对于运行速度的影响不受高速公路本身的限制，平曲线半径足与运行速度％之间存在普遍性的相关关系。可以通过SPSS软件的统计分析方法，找出关系，建立平曲线半径与运行速度t，舾之间的相关关系模型。4回归模型的建立由于高速公路小客车行驶速度快，对安全性和舒适性要求高，因此高速公路的线形设计首先要满足小客车的行驶要求，建立运行速度与平曲线半径的回归模型；而后根据相同的方法建立载重汽车运行速度与平曲线半径的回归模型。4．1小客车运行速度回归模型1)在交通和环境因素正常的情况下，影响曲线中点运行速度的主要线形因素为曲线半径R、入口速度∥¨曲线长度￡。根据多元回归的原理构造曲线中点运行速度／3middle模型见式(2)。13middk3—18．419+0．894viII+5．837Rn2+0．565In(L／2)(2)r2=0．719式中：r为相关系数。2)曲线终点小客车运行速度模型。影响平曲线终点运行速度的主要因素为曲线半径尺、曲线中点速(下转第8l页)75j．uDI／爹毯硝姆删|宣芝参避锻晕艘 中c习彳齑，柱李荣高：滩涂地区饱和粉土强夯法加固效果分析2011年第5期4．7最终沉降量预测每个强夯试验夯区在强夯试验后做了不同深度地基土的室内压缩固结试验，根据试验结果及设计荷载(等效均布荷载20kPa)，预测各试验区最终沉降量见表4。综合考虑试验误差后将各区的最终计算沉降量的平均值27．63cm作为最终沉降量的预测结果，满足设计要求。表4试验区最终沉降量计算值cml试验区名称夯1区夯2区夯3区夯4区l最终沉降量25．8431．6726．2426．785结语通过强夯试验监测数据规律综合分析，大面积施工参照夯4区的强夯工艺进行，强夯处理后土体的承载力、回弹模量均能满足设计要求，说明用强夯法处理滩地饱和粉土地基技术是经济合理的。参考文献：[1]金晖．芦潮辅助作业区强夯方案[R]．上海：中交第三航务工程勘察设计研究院，2004．[2】肖勤．高含水量粉土地基强夯法加固研究[D]．上海：同济大学。2003．【3】罗成恒．软土地基强夯法加固的沉降研究[D]．上海：同济大学，2003．(上接第75页)度t，middle和曲线长度L。平曲线终点的运行速度模型见式(3)。?224·642+o·803秽mi址(3)r‘=0．714式中：r为相关系数。4．2载重汽车的运行速度回归模型1)曲线中点运行速度模型。回归式见式(4)。t7middle=12·799+0．812vi．(4)r2=0．596‘。2)曲线终点运行速度模型。回归式见式(5)。移。。=3．594+2．6691nR+0．705v。iddle，。、I．、'r2=0．779‘‘由于曲线起点运行速度模型与直线运行速度相关，本文未列出。5结语1)通过对运行速度的实际观测，归纳总结了天津市高速公路上的运行速度特性，并建立了运行速度与高速公路线形指标的相关模型。应用此模型可以预测一定线形条件下可能的运行速度t，硝值，以及相邻线形单元之间的运行速度变化情况，通过全线的运行速度断面图，预知线形可能提供的运行速度特性。2)在天津市高速公路的线形设计中，对线形指标的取值提出如下建议：平曲线半径取值范围宜在l800—6ooom之间，最大半径不能>9000m。本文仅就车辆在高速公路的平曲线上的运行特性进行了研究，建议今后加深对运行速度影响的研究，提高线形设计水平，使高速公路上的行车更加快速、安全和舒适。参考文献：[1]天津市市政设计研究院．天津市高速公路线形评价研究报告[R]．天津：天津市市政设计研究院，2006．r⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯一■1■l中华人民共和国住房和城乡建设部|；公告l；第1129号l关于发布行业标准《地铁与轻轨系统运营管理规范》的公告{；i；|现批准《地铁与轻轨系统运营管理规范》为行业标准，编号为CJJ／T170_2011，自l；2012年4月1日起实施。本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版；i发行。i2011年8月29日{十几Hik-_·‘·-o·，．ot-㈣嗍，oI，。·，_o·-．。I-．oI，删。-o‘，．一㈣，㈣，ol，．。·绷_删删，㈣嗍删’·J8l