高速公路互通式立交桥安全设计方法研究

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1、北京工业大学博士学位论文高速公路互通式立交桥安全设计方法研究姓名：徐秋实申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：任福田20081001摘要摘要根据《国家高速公路网规划》内容，我国高速公路建设总规模将达到8．5万公里。互通式立交桥作为进出高速公路的门户，对高速公路能否有效地提供安全、高速、快捷、舒适的服务起着决定性作用。互通式立交桥与基本路段相比较有着不同的特点，它的构成更为复杂、交通流线更为多样，基本路段固有的、相对稳定的交通特征在立交桥区都有可能发生改变。此外，许多数据表明大部分互通式立交桥的事故发生率要高于所在的高速公路基本路段的事故发生率。基

2、于此，进行互通式立交桥安全研究是十分必要的。开展互通式立交安全研究的前提，就是要选择合适的切入点和较为完善的研究方法。本论文遵循宏观、中观和微观的研究思路，首先将互通式立交桥纳入到整个高速公路系统中，研究其系统的安全性；然后，将互通式立交桥作为一个整体从道路系统提取出来，分析其整体形式的安全特征；最后将互通式立交桥按照线形技术指标分解成各项细部进行微观性安全研究。‘在研究方法的选择问题上，互通式立交桥的安全研究隶属于安全科学，该学科经过几十年的发展已经形成了较为完整的安全研究方法体系。本文在撰写过程中，对5省市调研中获得的近2万条道路、交通、事故资料进行了整理

3、和分析。在数据处理过程中发现，发生在互通式立交桥区的事故样本量还很有限，而且有许多样本还存在事故信息记录模糊、事故点定位不准确或者事故信息、交通流数据和道路几何线形数据三者不匹配的问题，这些不利因素使得基于事故树的研究方法的研究陷入僵局。为此，本文采用事件树与事故树相结合的方法，对原始数据进行了整合和补充。’’在此基础上，本文引入一些新方法进行专项研究。在宏观研究层面上，汲取突变理论和跟驰理论的思想去解决互通式立交桥与主线的一致性和立交间距的问题；在中观研究层面上，通过序号总和理论和Spearman等级相关系数方法去评价互通式立交基本形式的安全性；在微观研究层

4、面上，依据车辆动力学理论和道路线形几何设计理论，通过Trucksim仿真平台对立交桥匝道设计参数进行了修正。在论文具体研究内容中，立交系统安全性研究模块强调了互通式立交的安全应纳入到高速公路全线甚至是整个路网去考虑。在互通式立交一致性的定性分析中，借鉴突变理论相关原理，主要从互通式立交形式i互通式立交速度和互通式立交标志三方面入手，揭示了保持互通式立交系统一致性是道路系统安全的基础和保证。互通式立交一致性所强调的就是将构造复杂的立交桥区多向交通流线进行简约化、清晰化，让道路使用者容易、方便地利用各种设施。针对此，公路上北京工业大学工学博十学位论文的互通式立交桥

5、的设计往往并不追求形式、样式的新颖，而是更注重统一性、简约性和实用性。互通式立交安全距离的计算是本论文研究的重点内容之一。在该部分研究内容中，首先明确了立交间距的定义，按照不同使用条件区分为名义间距、理论间距和实际间距。针对理论间距的三个组成部分进行了定量化计算。其中，基于“虚拟汇入"的思想，构建了虚拟汇入模型，在现有研究基础上提出了车辆完成“系统跟驰，异道补偿"条件下的加速车道安全长度计算方法；基于“容错分流"的思想，对减速车道的计算方法进行修正，计算得出“容错分流”条件下减速车道需增加的距离。最后通过对比搜集到的823座互通式立交桥间距样本，推荐互通式立交

6、间距指标应采用理论间距值，其最小间距值为2～3km。在立交类型安全评价的研究模块，将安全选型划分为规划层和设计层两个阶段。在宏观确定立交安全类型问题上，定性地说明了立交安全、立交功能和立交费用三者变化趋势；在微观评价立交安全类型问题上，以道路几何线形指标为基准建立指标体系。在此基础上，分别采用德尔非法、层次分析法、熵模型法和投影寻踪方法对互通式立交桥基本类型的安全性进行评价，最终通过序号总和理论和Spearman等级相关系数的方法对评价结果进行安全程度排序，安全水平由高向低依次为：四路定向式立交、喇叭形立交、三路定向式立交、菱形立交、全苜蓿叶立交以及半苜蓿叶立

7、交。在互通式立交线形校核模块，本文结合我国大货车事故率居高不下的现状，针对大货车动力性能差、超限运输的现实问题，以大货车的动力性能、载重能力以及道路的平、纵、横线形为突破口，通过Trucksim仿真软件对匝道线形的最小圆曲线半径和最大纵坡等几何条件进行校核，经过324组仿真试验后获得了三类不同的行驶状态，然后分析相对应的各项参数得出结论：若保证大货车在线形指标较低匝道的行车安全，车辆载重量不能超出1．5倍的额定载重；匝道最小半径采用40m为宜，低于40m的平曲线半径应尽量少采用；可适当调整匝道最大纵坡到60／o--8％；匝道横向超高值取5‰7％为宣。关键词：互

8、通式立交桥安全设计人性化设计立交间距立