1、Design of Expressway and Interchange西华大学交通与汽车工程学院 交通工程教研室第三章第三章高速公路设计依据与技术标准高速公路设计依据与技术标准西华大学交通与汽车工程学院 交通工程教研室主要内容主要内容 第一节第一节 高速公路设计依据高速公路设计依据 第二节第二节 高速公路通行能力高速公路通行能力与服务水平与服务水平 第三节第三节 高速公路分类与技术标准高速公路分类与技术标准 第一节第一节 高速公路设计依据高速公路设计依据 设计车辆 设计速度 设计交通量 AADT 设计小时交通交通量第一节第一节 高速公路设计依据高速公路设计依据 设计车辆设计车辆是指公路设计所
2、采用的具有代表性的车是指公路设计所采用的具有代表性的车型。型。行驶在公路上的车辆主要有机动车和非机动车两行驶在公路上的车辆主要有机动车和非机动车两类，其中机动车有摩托车、小汽车、公共汽车、类，其中机动车有摩托车、小汽车、公共汽车、载货汽车、拖拉机和大型集装箱车等，非机动车载货汽车、拖拉机和大型集装箱车等，非机动车有自行车、三轮车、板车和畜力车等。有自行车、三轮车、板车和畜力车等。根据公路的使用任务和性质，根据公路的使用任务和性质，高速公路高速公路、一级公、一级公路为路为机动车服务机动车服务，二、三、四级公路为混合车型，二、三、四级公路为混合车型(含非机动车含非机动车)服务。服务。一、设计车辆一
3、、设计车辆1.设计车辆是高速公路设计的重要依据之一,主要用于确定公路设计各项控制指标2.道路的技术指标如行车道宽度、曲线加宽、视距等都与车辆的外廓尺寸及性能有关。确定设计车辆的意义确定设计车辆的意义依据 鞍式列车鞍式列车适用于大型集装箱运输，可作为适用于大型集装箱运输，可作为高速公路的设计依据高速公路的设计依据。小客车的最小转弯。小客车的最小转弯半径为半径为6m6m，载重汽车和鞍式列车为，载重汽车和鞍式列车为12m12m。确。确定路缘石或交通岛的转弯车道半径时，一定路缘石或交通岛的转弯车道半径时，一般应以鞍式列车的转弯半径作为控制。般应以鞍式列车的转弯半径作为控制。n1.1.定义：定义：指当气
4、候条件良好、交通密度小、汽车指当气候条件良好、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保设施等）的影响时，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。持安全顺适行驶的最大行驶速度。2.2.作用：作用：设计速度是决定道路几何形状的基本依设计速度是决定道路几何形状的基本依据。道路的曲线半径、超高、视距等直接与设计据。道路的曲线半径、超高、视距等直接与设计速度有关。同时也影响车道宽度、中间带宽度、速度有关。同时也影响车道宽度、中间带宽度、路肩宽度等指标的确定。路肩宽度等指标的确定。二、设计速
5、度二、设计速度n公路设计速度的选取公路设计速度的选取n各级公路设计速度应根据公路的功能、等级及交各级公路设计速度应根据公路的功能、等级及交通组成，结合沿线地形、地质等状况，经论证确通组成，结合沿线地形、地质等状况，经论证确定。定。u高速公路高速公路n一般为一般为120km/h120km/h、100km/h100km/h或或80km/h80km/h，特殊困难的，特殊困难的局部路段，且因新建工程可能诱发工程地质病害局部路段，且因新建工程可能诱发工程地质病害时，经论证并报主管部门批准，该局部路段的设时，经论证并报主管部门批准，该局部路段的设计速度可采用计速度可采用60km/h60km/h，但长度不宜
6、大于，但长度不宜大于15km 15km，或，或仅限于相邻两互通式立体交叉之间，与其相邻路仅限于相邻两互通式立体交叉之间，与其相邻路段的设计速度不应大于段的设计速度不应大于80km/h80km/h。知识拓展-设计车速分段选取 级差一般为20km/h;分段长度不宜小于20km 分段之间设过渡段；变更点的位于置易于判断，如车站、村镇、交叉道口或地形明显变化处等。知识拓展各国高速公路的设计车速国家/地区高速公路设计速度等级前苏联150km/h德国/法国/西班牙/意大利140km/h 120km/h 100km/h 80km/h美国129km/h 113km/h 96km/h 80km/h日本/墨西哥1
7、20km/h 100km/h 80km/h 60km/h我国高速公路的设计速度 第一级 设计车速：120km/h，平原微丘区，车道数为8、6、4；第二级 设计车速：100km/h，重丘区，车道数为4；第三级 设计车速：80km/h，山岭区，车道数为4；n运行车速：运行车速：n定义定义 ：运行车速是在特定路段长度上车辆实际行驶速：运行车速是在特定路段长度上车辆实际行驶速度。由于不同的车辆在行驶过程中可能采用不同的车度。由于不同的车辆在行驶过程中可能采用不同的车速，通常用测定的第速，通常用测定的第8585个百分点上的车辆行驶速度作个百分点上的车辆行驶速度作为运行车速。为运行车速。n期望车速：期望车
8、速：n是指在行车辆在不受或基本不受其他车辆约束的条件是指在行车辆在不受或基本不受其他车辆约束的条件下下,驾驶员所希望达到的最高驾驶员所希望达到的最高“安全安全”车速。一般而车速。一般而言言,期望车速与道路等级及交通状况、在行车辆的性期望车速与道路等级及交通状况、在行车辆的性能状况、驾驶员的性格、承运任务的急缓相关。当在能状况、驾驶员的性格、承运任务的急缓相关。当在行车辆驾驶员感觉行驶过程中的运行速度低于期望车行车辆驾驶员感觉行驶过程中的运行速度低于期望车速一定数值时速一定数值时,便有改变其车速的意图。便有改变其车速的意图。知识拓展知识拓展运行车速运行车速 n设计车速设计车速是用于规定道路路段的
9、设计标准。高等级公路因是用于规定道路路段的设计标准。高等级公路因受地形、地貌影响受地形、地貌影响,不同路段采用不同的设计车速。不同路段采用不同的设计车速。nV V期望影响期望影响V V运行运行,并使并使V V运行尽可能接近运行尽可能接近V V期望。期望。n三种车速之间的三种车速之间的理想理想关系为关系为:对于高等级公路上不同路段对于高等级公路上不同路段的设计车速的设计车速,确定与之相适应的运行速度确定与之相适应的运行速度,同时也使驾驶员同时也使驾驶员产生与之对应的期望车速。产生与之对应的期望车速。n实际实际中中,三种车速间的关系是三种车速间的关系是:驾驶员并不关注高等级公路驾驶员并不关注高等级
10、公路的设计车速的设计车速,而是根据路段条件而是根据路段条件,确定相应的运行速度、期确定相应的运行速度、期望车速望车速,只要条件许可只要条件许可,便按心目中的期望车速引导在行汽便按心目中的期望车速引导在行汽车的运行速度。车的运行速度。三、设计交通量 交通量交通量是指公路上某一断面在单位时间内通过的是指公路上某一断面在单位时间内通过的车辆数量，如小时交通量、日交通量。车辆数量，如小时交通量、日交通量。根据观测方法和观测时间的不同，最常用的交通根据观测方法和观测时间的不同，最常用的交通量有：年平均日交通量量有：年平均日交通量(AADT)(AADT)、高蜂小时交通量、高蜂小时交通量(PHV)(PHV)
11、、平均日交通量、平均日交通量(ADT)(ADT)、日平均小时交通量、日平均小时交通量(DAHV)(DAHV)和第和第3030位高峰小时交通量位高峰小时交通量(30HAHV)(30HAHV)。交通。交通量反映了某条公路上的交通负荷，也反映了汽车量反映了某条公路上的交通负荷，也反映了汽车运输时对公路设施的要求。运输时对公路设施的要求。（一）、交通量概念（一）、交通量概念（1 1）年平均日交通量（）年平均日交通量（AADTAADT）是一年的总是一年的总交通量除以交通量除以365天，是我国统计的公路交通天，是我国统计的公路交通量的通用单位。量的通用单位。（2）设计交通量设计交通量是指拟建道路到预测年限
12、是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量（辆时所能达到的年平均日交通量（辆/日），日），其值根据交通量预测得到。其值根据交通量预测得到。设计交通量的预测年限设计交通量的预测年限规定：国家及省属重要干线公路国家及省属重要干线公路-20-20年预测；年预测；国家及省属干线公路国家及省属干线公路-15-15年预测，但对于国年预测，但对于国家及省属干线的高速公路家及省属干线的高速公路-20-20年预测。年预测。设计交通量的预测起算年应为该项目可行性研究设计交通量的预测起算年应为该项目可行性研究报告中的计划通车年；当提交可行性研究报告年报告中的计划通车年；当提交可行性研究报告年到公路通车年超过到
13、公路通车年超过5 5年时，在编制初步设计前应对年时，在编制初步设计前应对规划交通量予以核对。规划交通量予以核对。设计小时交通量设计小时交通量 设计小时交通量设计小时交通量 小时交通量（辆小时交通量（辆/小时）是以小时为计算时小时）是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和车道宽度或段的交通量，是确定车道数和车道宽度或评价服务水平的依据。评价服务水平的依据。预测年平均日交通量推导公式知识拓展:设计交通量的构成 趋势交通量：是指通过已有公路的交通量按其历史资料和经济资料的相关关系，在经济发展预测的基础上预测的未来交通量。诱增交通量：由于道路条件的改善所激发的潜在交通需求 转移交通量：由于道路条件的
14、改善,所吸引的从其他交通方式(铁路/航空等)的交通量.设计交通量一般由趋势交通量、诱增交通量和转移交通量构成 交通量的时间分布（24小时分布）交通量的时间分布（8760小时分布）设计小时交通量 计算公式 DDHVDHVAADTAADTD DK K DDHVDDHV第第3030小时小时两个两个方向的总交通量方向的总交通量 AADTAADT年平均日交通量（辆年平均日交通量（辆/h/h）DD方向不均匀系数方向不均匀系数 KK设计小时交通量系数设计小时交通量系数 方向分布系数 美国研究:D为50-80%,一般为67%.宜取50%-60%,亦可根据当地交通量观测资料确定.(100%)双向总交通量主要方向
15、交通量D 设计小时交通量系数:选定时段的小时交通量与年平均日交通量的比值.其值一般在8-18%设计小时交通量系数（设计小时交通量系数（%)%)公路环境及分类华北东北华东中南西南西南西北京、津、冀、晋、蒙辽、吉、黑沪、苏、浙、皖、闽、赣、鲁豫、湘、鄂、粤、桂、琼川、滇、黔、藏陕、甘、青、宁、新近郊高速公路8.09.58.58.59.09.5一级公路9.511.010.010.010.511.0双车道公路11.513.512.012.513.013.5城间高速公路12.013.512.512.513.013.5一级公路13.515.014.014.014.515.0双车道公路15.517.516.
16、016.517.017.5 交通组成交通组成是指各种车型在车流中所占比例。是指各种车型在车流中所占比例。据交通调查，我国高速公路上的车辆由小货车、中型货车、据交通调查，我国高速公路上的车辆由小货车、中型货车、大货车、小客车、大客车和拖挂车大货车、小客车、大客车和拖挂车六种车型六种车型组成。组成。交通调查资料统计显示，我国大部分高速公路的交通流以交通调查资料统计显示，我国大部分高速公路的交通流以小客车小客车为主，超过了中型车等其他车型所占比例，而且随为主，超过了中型车等其他车型所占比例，而且随着全国高速公路网的逐步完善，特别是汽车产业政策与结着全国高速公路网的逐步完善，特别是汽车产业政策与结构的
17、调整，交通流中的小客车和大型客货车以及集装箱车构的调整，交通流中的小客车和大型客货车以及集装箱车的比重将会随着平均运距的增加而逐年增长。的比重将会随着平均运距的增加而逐年增长。知识拓展知识拓展交通组成交通组成 根据国家根据国家“九五九五”攻关项目公路通行能力研究攻关项目公路通行能力研究的成果，以的成果，以车辆运行特性作为车辆车辆运行特性作为车辆分类标准，从分类标准，从对交通运行的影响考虑，将高速公路上常见的机对交通运行的影响考虑，将高速公路上常见的机动车六种车型归并为动车六种车型归并为:小型车、中型车、大型车和小型车、中型车、大型车和拖挂车拖挂车四类四类。小型车知识扩展:收费公路车辆通行费车型
18、分类 JT/T 489-2003 第二节第二节 高速公路通行能力与服务水平高速公路通行能力与服务水平 道路通行能力，简称交通容量，即单位时间内以一定车速能通过道路某断面的车辆数的多少（辆/h）通行能力是指在一定的道路、交通、管制通行能力是指在一定的道路、交通、管制和环境条件下，对应于一定的行驶质量即和环境条件下，对应于一定的行驶质量即服务水平，在某一道路断面服务水平，在某一道路断面k k单位时间单位时间(通通常取常取15min15min或或1h)1h)所能通过的最大车辆数。所能通过的最大车辆数。一、通行能力的概念一、通行能力的概念知识拓展通行能力与交通量的区别通行能力与交通量的区别 交通量交通
19、量是道路上实际运行交通体的观测值，具有动态性与随是道路上实际运行交通体的观测值，具有动态性与随机性；机性；通行能力通行能力则是根据道路的几何特性、交通状况及规定运行特则是根据道路的几何特性、交通状况及规定运行特征所确定的最大流量，其数值具有相对的稳定性与规定性。征所确定的最大流量，其数值具有相对的稳定性与规定性。在正常运行状况下，道路的交通量均在正常运行状况下，道路的交通量均小于小于通行能力，当交通通行能力，当交通量远远小于通行能力时，车流为自由流状态，车速高，驾驶量远远小于通行能力时，车流为自由流状态，车速高，驾驶自由度大，随着交通量的增加，车流的运行状态会逐渐恶化，自由度大，随着交通量的增
20、加，车流的运行状态会逐渐恶化，当交通量接近或达到通行能力时，车流为强制流状态，将会当交通量接近或达到通行能力时，车流为强制流状态，将会出现车流拥挤、阻塞等现象。出现车流拥挤、阻塞等现象。通行能力反映了道路的容量，通行能力反映了道路的容量，交通量交通量则反映了道路的则反映了道路的负荷量负荷量。因此，常用交通量且与通行能力的比值来表征道路的负荷程因此，常用交通量且与通行能力的比值来表征道路的负荷程度度(或利用率、饱和度或利用率、饱和度)(1)(1)通过道路通行能力和设计交通量的具体通过道路通行能力和设计交通量的具体分析，可以正确地确定新建道路的分析，可以正确地确定新建道路的等级、等级、规模、主要技
21、术指标和线形几何要素规模、主要技术指标和线形几何要素；(2)(2)通过对现有道路通行能力的观测、分析、通过对现有道路通行能力的观测、分析、评定，并与现有交通量对比，可以确定现评定，并与现有交通量对比，可以确定现有道路系统或某一路段所有道路系统或某一路段所存在的问题，提存在的问题，提出改进的方案或措施出改进的方案或措施；通行能力分析的作用通行能力分析的作用V/C比图 (3)(3)道路通行能力可作为交通枢纽的规划、道路通行能力可作为交通枢纽的规划、设计、改建及交通设施配置的依据；设计、改建及交通设施配置的依据；(4)(4)道路通行能力可作为路网规划、设计道路通行能力可作为路网规划、设计和方案比选的
22、依据；和方案比选的依据；(5)(5)道路通行能力可作为交通管理、运营、道路通行能力可作为交通管理、运营、行车组织及控制方式确定或方案选择的依行车组织及控制方式确定或方案选择的依据；据；高速公路通行能力的分类高速公路通行能力的分类根据根据车辆运行状车辆运行状态的特征态的特征不同不同基本路段通行能力、交织区通行能基本路段通行能力、交织区通行能力、匝道通行能力力、匝道通行能力根据根据通行能力的通行能力的性质和使用要求性质和使用要求的不同的不同基本通行能力、可能通行能力、实基本通行能力、可能通行能力、实际通行能力（设计通行能力）际通行能力（设计通行能力）知识拓展HCM二、高速公路通行能力计算n高速公路
23、高速公路是具有四个或四个以上车道，并设有中是具有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带，全部立体交叉并具有完善的交通安全央分隔带，全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的公路。供汽车高速行驶的公路。n高速公路主要由高速公路主要由基本路段、交织路段、匝道和匝基本路段、交织路段、匝道和匝道连接点道连接点三部分组成。三部分组成。n高速公路的车流特征为完全连续流，无任何外界高速公路的车流特征为完全连续流，无任何外界因素干扰，但在驶入和驶出过程中，车流仍存在因素干扰，但在驶入和驶出过程中，车流仍存在着着合流合流、分
24、流分流和和交织交织现象。现象。（一）、高速公路基本路段（一）、高速公路基本路段高速公路组成和影响范围n高速公路基本路段通行能力计算步骤是先求取处理想条件高速公路基本路段通行能力计算步骤是先求取处理想条件下的通行能力，然后根据实际情况进行修正后得到可能通下的通行能力，然后根据实际情况进行修正后得到可能通行能力。行能力。理想条件理想条件是：是：n3.753.75米米车道宽度车道宽度 4.50 4.50米米 n侧向净宽侧向净宽1.751.75米米n足够的视距和良好的线形足够的视距和良好的线形n高速公路位于平原微丘区，纵坡不大于高速公路位于平原微丘区，纵坡不大于2 2n路面状况良好路面状况良好n交通流
25、中全部都是小客车交通流中全部都是小客车 n驾驶员特征均为经常行驶高速公路，且技术熟练，遵守交驾驶员特征均为经常行驶高速公路，且技术熟练，遵守交通法规者通法规者(1)(1)车头时距法车头时距法 车头时距是指连续车流中前后两车通过高速公路车头时距是指连续车流中前后两车通过高速公路上同一断面的时间间隔。上同一断面的时间间隔。hvehLvTCB/,10003600001.1.通行能力计算通行能力计算(2)(2)车头间距法车头间距法 车头间距是指连续车流中前后两车保持行车安车头间距是指连续车流中前后两车保持行车安全的车头之间的距离。全的车头之间的距离。可能通行能力可能通行能力是在实际的道路和交通条件下，
26、单是在实际的道路和交通条件下，单位时间内通过公路上某一点的最大可能交通量。位时间内通过公路上某一点的最大可能交通量。计算实际通行能力是以基本通行能力为基础，考计算实际通行能力是以基本通行能力为基础，考虑到实际的地形、道路和交通状况，确定其修正虑到实际的地形、道路和交通状况，确定其修正系数，再乘以基本通行能力，即得实际公路、交系数，再乘以基本通行能力，即得实际公路、交通在一定环境条件下的可能通行能力。通在一定环境条件下的可能通行能力。（二）可能通行能力（二）可能通行能力 可能交通组成对通行能力影响的修正系数交通组成对通行能力影响的修正系数 由于我国修建山区高速公路的时间非常短暂，还没有对特定上坡
27、路段的大中型车辆的折算系数进行过系统研究。表314是1998年版交通工程手册(中国公路学会交通工程手册编委会)提供的特定上坡路段车辆折算系数表。坡度修正系数坡度修正系数 驾驶员总体特征的影响可通过修正系驾驶员总体特征的影响可通过修正系数来反映。根据驾驶员的技术熟练、遵数来反映。根据驾驶员的技术熟练、遵守交通法规的程度、在高速公路或相似守交通法规的程度、在高速公路或相似路段上的行驶经验及驾驶员的健康状况路段上的行驶经验及驾驶员的健康状况取值，一般在取值，一般在0.900.901.01.0之间。之间。驾驶员条件修正系数驾驶员条件修正系数 设计通行能力或称规划通行能力，是指公路根据使用设计通行能力或
28、称规划通行能力，是指公路根据使用要求的不同，按要求的不同，按不同服务水平条件下不同服务水平条件下所具有的通行能所具有的通行能力，也就是要求公路所承担的服务交通量，通常作为力，也就是要求公路所承担的服务交通量，通常作为公路规划和设计的依据。公路规划和设计的依据。(三三)设计通行能力设计通行能力 1 1车道数的确定车道数的确定 根据单车道的设计通行能力和预测得到的根据单车道的设计通行能力和预测得到的规划年限设计年平均日交通量，可以按下式规划年限设计年平均日交通量，可以按下式确定高速公路的车道数：确定高速公路的车道数：(四四)通行能力分析在高速公路规划和设计阶段的应用通行能力分析在高速公路规划和设计
29、阶段的应用注意的问题(1)(1)由于几何构造、交通条件的变化，相邻路段的由于几何构造、交通条件的变化，相邻路段的N N值可能值可能不同，甚至同一路段两个方向所需的不同，甚至同一路段两个方向所需的N N也可能不一样也可能不一样(特定特定上坡路段上坡路段)，故设计分析计算时应特别注意。，故设计分析计算时应特别注意。(2)(2)考虑特定上坡路段的设计小时交通量超过其路段设计考虑特定上坡路段的设计小时交通量超过其路段设计通行能力时，需考虑设置通行能力时，需考虑设置爬坡车道爬坡车道。(3)(3)计算出来的计算出来的N N值通常值通常是非整数是非整数，决定用较其大的整数还，决定用较其大的整数还是较其小的整
30、数，是一个复杂的问题。这不仅要看小数值是较其小的整数，是一个复杂的问题。这不仅要看小数值的大小，还要考虑经济和其他一些因素，并且在决定所采的大小，还要考虑经济和其他一些因素，并且在决定所采用的用的N(N(整数整数)之前，还要进行运行分析，以便对服务水平之前，还要进行运行分析，以便对服务水平作出比较。作出比较。(4)(4)在最后确定车道数时，必须要符合基本车道数要求。在最后确定车道数时，必须要符合基本车道数要求。（三）交织路段的通行能力(一一)交织区概念交织区概念 行驶方向大致相同而不完全一致的两股或多股车流，沿行驶方向大致相同而不完全一致的两股或多股车流，沿着一定长度的路段，不借助于交通控制与
31、指挥设备，自主着一定长度的路段，不借助于交通控制与指挥设备，自主进行合流而后又分流的运行方式称为交织。当一合流区后进行合流而后又分流的运行方式称为交织。当一合流区后面紧接着一分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝面紧接着一分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在两者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。道，并在两者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。1、交织区概念与交织区类型、交织区概念与交织区类型 交织区交织区：简单交织区和多重交织区：简单交织区和多重交织区 简单交织区简单交织区由一单个汇合点接着单个分离点形由一单个汇合点接着单个分离点形成。其可分为：成。其可分为：单一目的交织区
32、和双目的交织区单一目的交织区和双目的交织区 多重交织区多重交织区由一个汇合点接着有两个分离点或由一个汇合点接着有两个分离点或由两个汇合点接着一个分离点形成。多重交织区分由两个汇合点接着一个分离点形成。多重交织区分析可借助简单交织区的分析方法。析可借助简单交织区的分析方法。（二）交织区类型（二）交织区类型 交织区的交通运行特性，主要研究车辆跟驰特性交织区的交通运行特性，主要研究车辆跟驰特性和变换车道特性。和变换车道特性。（1）交织车辆的运行特性交织车辆的运行特性（2）非交织车辆的运行特性非交织车辆的运行特性（3）车道变换车道变换：在有限的长度内必须变换车道，要么减速等待在有限的长度内必须变换车道，要么减速等待或冒险变换。或冒险变换。（4）车头时距重新分布车头时距重新分布（5）表现结果表现结果：车速降低、车头时距增加、交通量减小车速降低、车头时距增加、交通量减小2、交织区的交通运行特性、交织区的交通运行特性
