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山区高速公路长坡路段路线设计之探索_张逢桂

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山区高速公路长坡路段路线设计之探索_张逢桂 公路 2012年1月 第1期 HIGHWAY Jan.2012 No.1  文章编号:0451-0712(2012)01-0039-07    中图分类号:U412.32    文献标识码:B 山区高速公路长坡路段路线设计之探索 张逢桂 (福建省交通规划设计院 福州市 350004) 摘 要:山区高速公路长坡路段路线设计不仅影响工程造价,更关乎行车安全。基于两个长陡坡典型工点的反 思,从人、车使用需求的角度分析得:出长坡路段上坡方向应满足爬坡通行能力适应速度,下坡方向应保证安全制动 的两个关键问题;针...

山区高速公路长坡路段路线设计之探索_张逢桂
公路 2012年1月 第1期 HIGHWAY Jan.2012 No.1  文章编号:0451-0712(2012)01-0039-07    中图分类号:U412.32    文献标识码:B 山区高速公路长坡路段路线设计之探索 张逢桂 (福建省交通规划设计院 福州市 350004) 摘 要:山区高速公路长坡路段路线设计不仅影响工程造价,更关乎行车安全。基于两个长陡坡典型工点的反 思,从人、车使用需求的角度 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 得:出长坡路段上坡方向应满足爬坡通行能力适应速度,下坡方向应保证安全制动 的两个关键问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ;针对现阶段超载严重、空挡下坡普遍的交通状况,综合相关研究和多条山区高速公路的实践心得, 以安全、环保、经济的视角,分上下坡方向和不同交通组成,提出了长坡路段路线设计的对策及相关控制指标。 关键词:路线设计;高速公路;长坡;安全;环保;造价   山区地形延绵起伏相对高差大,受地形限制山 区高速公路爬坡越岭是难以避免的。如何科学布设 越岭方案、合理设置越岭纵坡,不仅影响工程造价, 更是关乎行车安全。早期业界对长下坡路段的认识 相对不足,更关注工程规模和造价,对长陡坡的行车 安全相对忽视,尤其在建设汽车专用线时期 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现尤 为明显,造成了较多的长陡坡交通事故频发路段。 虽然道路交通事故发生的原因是错综复杂的, 但作为车辆安全行驶之根本的道路,应完善自身条 件因素,尽可能降低事故发生的频率和严重程度,尤 其是对具有事故集聚效应的长坡路段,更需改进线 形设计以提高行车安全。 长坡路段因其交通事故率高而受到广泛的关 注,对其开展的研究也较多。有的注重交通事故分 析和纵坡对交通事故的影响[1-3],有的通过试验研 究了连续下坡制动性能[4]和研究制动器温度变化规 律[5-6],有的通过试验提出长大下坡的界定 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 [7] 及长坡段各平均纵坡的坡长限制值[8-9],有的以上 坡为研究对象得出了最大纵坡和坡长限制[10]以及专 供小客车、小货车行驶的轻型高速公路的纵断面主要 指标[11]。这些研究以山区长坡路段的某些特性为研 究方向,所得成果为长坡段路线设计提供了较好的理 论基础和创新依据,但限于研究方向,较难满足路线 设计综合考虑众多因素的需要。还有一些在长坡路 段设计上做了有益的总结[12-14],但多以安全设施、沿 线设施设计为对象,欠缺线形设计对策。 因此,山区高速公路长坡路段路线设计采取什 么对策才能保证行车安全,如何寻求安全至上、环 保、经济的路线方案,还有较多的困惑和欠缺等待探 索和总结。本文拟通过长陡坡典型工点的反思,针对 现阶段交通构成特点,结合相关研究成果和多条山区 高速公路路线设计实践,以安全、环保、经济的视角, 探索山区高速公路长坡路段的路线设计之对策。 1 山区高速公路长陡坡路段典型工点的反思 在建设汽车专用线及高速公路初进山区时期, 限于经验和认识,也受困于匮乏的建设资金,不仅建 设采用低标准,而且盛行以造价评判方案,迫使一些 长陡坡路段出炉。这些路段虽然满足相关标准规 范,而且其中多数还是当时克服地形困难灵活运用 指标的典范。但它却无法承受社会需求对运输效率 过分追求而导致的超载超速,成为交通事故多发的 长陡坡路段,其中某甲高速公路S路段、某乙高速公 路T路段尤为典型。 1.1 某甲高速公路S路段 某甲高速公路S路段,原按汽车专用线规划, 1999年按设计速度80km/h、路基宽度23m标准 设计。其中 K75至 K60段连续14.51km 长下坡 (图1),平均纵坡-3.35%;陡坡段长10.43km,平 均纵坡-4.14%;最大纵坡-6%,平曲线最小半径 250.5m。原设计在K60+310~K70+738段上坡 方向除隧道外均设置了爬坡车道。据调查,此路段 交通量构成中货车占的比例很高,在2007年、2008 年分别达到63%和76%。 收稿日期:2011-11-30 Administrator 线条 Administrator 线条 图1 某甲高速公路S路段路线平纵面指标   2002年通车仅半年就在 K65~K61段频繁发 生车辆因制动失灵而导致的交通事故,之后采取设 置避险车道、减速标线、加水站、电子情报板等综合 整治 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。在2004年下坡向坡底处3处避险车道 建成使用后,恶性交通事故较大程度降低。将较有 代表性的2006年、2007年、2008年三个年份特征路 段分行车方向的交通事故统计分析于表1。 表1 2006年~2008年各特征路段交通事故统计分析 段落 总事故 数/起 每年公里事故数 起·年-1·km-1 上坡方向 下坡方向 事故 数/起 伤亡人 数/人 货车事故 比例/% 事故 数/起 其中:进入避险车 道事故数比例/% 伤亡人 数/人 货车事故 比例/% K60+300~K64+835  602  44.2  23  0  78.3  579  74.3  109  95.9 K64+835~K70+740  116  6.4  45  25  77.8  71 / 16  93.1 K70+740~K74+830  58  4.7  29  2  58.6  29 / 10  57.7 合计 776  17.8  97  27  72.2  679  135  91.8   结合表1及路段平纵面情况分析,可得出如下结论。 (1)长大坡路段交通事故分布从坡顶向坡底聚 集的现象明显。对比上坡和下坡方向的交通事故分 布,下坡方向的交通事故和伤亡人数远高于上坡方 向,下坡方向坡底段是交通事故发生的高危路段。 (2)长大坡路段货车是发生交通事故的主要车 型,长距离下坡制动失灵是导致货车发生交通事故 的关键原因。 (3)从事故车辆进入避险车道的比例看,在长大 下坡路段的坡底适当的位置设置避险车道,是避免 恶性事故发生的最后屏障,起到了较好的效果。 (4)坡顶路段上下坡方向分别发生的交通事故 相当,且小车发生的事故的比例明显上升,究其原因 是此段未设爬坡车道,小车“强超”导致了事故的发 生。因此通过设置爬坡车道不仅能提高通行能力, 也起到了分车型分车速的作用。 (5)虽经综合整治,但因没解决根本的线形问 题,该路段还存在较高的事故率。据调查,随着交通 —04—                  公  路                 2012年 第1期  量的增长(2015年将达饱和),路段交通事故有上升 的趋势。目前结合通道经济社会发展的需求和路网 布局的优化正筹划给予扩建,此路段拟作为上行线 而另辟新线作为下行线。 1.2 某乙高速公路T路段 某乙高速公路按原山岭重丘区标准设计,设计 速度60km/h,路基宽度21.5m。自2002年国家 高速公路网XX线福建境内段全线贯通以来,因车 辆超载超速严重,且该公路前后衔接路段的设计标 准较高(设计速度均在80km/h以上),同时B道 (下坡方向)K166~K165段处长大下坡坡底与较低 平面指标组合(见图2)造成事故频发。2003年底投 入130万元,采取了增设标志、减速标线以及限道减 速通行等措施,但收效甚微。2004年至2005年10 月,发生交通事故242起,伤亡51人,事故多表现为 冲撞外侧路栏或冲下外侧路堤,以及追尾连环碰撞。 图2 某乙高速公路T路段路线平纵面指标   2007年4月路段改造工程开工,改造方案以减 少下坡路段高差、改善平面线形为目标,并按行车方 向分别改造。新建陡下坡方向的B道(于 K167+ 247从老路分离新建B道,利用地形布线以桥梁跨 过沟谷和某乙高速公路,于K164+247顺接老路); 对处于上坡方向的A道则维持老路不变,将原老路 双向4车道改造为单向2车道加外侧爬坡车道,使 车辆分车型分车道行驶。 经统计,该路段改造工程自2008年6月底通车 至2010年底,累计发生交通事故33起,轻伤7人, 远低于历史数据,也远低于同期某乙高速公路全段 平均每公里月发生1.19起的事故数,表明改建工程 收效甚佳。 1.3 长陡坡路段路线设计反思 反思上述两个典型路段及其改造可以得出以下 结论。 (1)长坡路段行车安全是设计的重点,而平纵面 线形对行车安全起到关键作用,为求满足安全行车 要求的道路条件,应从路线设计的源头抓起。 (2)以“唯造价论”评判路线方案是不可取的,路 线设计应坚持安全至上,同时追求环保、造价均优的 原则。 (3)长坡路段的路线设计应根据道路的使用特 点抓住问题之关键,寻求综合对策确保行车安全。 2 山区高速公路长坡路段路线设计的关键问题 路,服务于车,并最终服务于道路的使用者——— 人。为使长坡段路线设计的对策措施能切中行车安 全这一主旨,需要从人、车使用角度分析可能的行车 安全隐患及其原因,以索问题之关键。 从人、车使用需求的角度分向分析长坡坡路段 的行车安全隐患及其原因于表2。 —14— 2012年 第1期         张逢桂:山区高速公路长坡路段路线设计之探索 表2 长坡坡路段行车安全隐患及其原因分析 安全隐患 原  因 上坡方向 轿、货(大客)车期望速度不一致 导致“强超硬会”,造成追尾、冲 撞护栏、甚至翻车等交通事故 (1)近年来汽车的爬坡性能已有较大程度的改善,但轿、货(大客)车之间爬坡性能仍存在差距。 (2)货车超载严重、轿车超速普遍,导致在上坡段轿车超车需求强烈,进而出现冒险超车、违 章超车的现象。 下坡方向 货车制动失灵直接导致车毁人 亡的恶性事故;紧急制动易发生 侧翻或冲撞等事故。 (1)司机较普遍地存在“舍安求利”思想,为求片面的运输效率不仅超载严重,而且不挂低速 档下坡现象普遍。 (2)外地司机对道路情况不熟,对潜在的危险没有预警。 (3)过陡的下坡或较长距离的大下坡,因持续制动导致制动器“热衰退”。 (4)在下坡区间尤其是在中部和底部位置,线形的不连续易发生因制动反应时间过短或紧急 制动导致的车辆失控。   对于车辆的超载、超速和不正确的制动行为,虽 然可以通过长期不懈地管理和教育加以克服,但仍 需要全社会长期的共同努力,短期难以奏效,是当前 公路设计必须面对的客观现实和基础条件。因此长 坡路段的路线设计,应针对交通现状,以行车安全为 主线,把握上坡方向满足爬坡通行能力适应速度期 望,下坡方向满足车辆安全制动两个关键问题,并在 此基础上加强沿线设施方面的设计。 3 山区高速公路长坡路段路线设计对策 针对上述两个关键问题,以平缓的纵坡越岭显 然是满足要求的,但其与山区地形协调能力差,直接 导致工程造价较大幅度地增加和对环境的破坏。而 且对于专供小客车、小货车行驶的轻型高速公路[11] (如机场高速公路),其行驶车辆性能好、载重低,应 以其适宜的纵坡越岭以缩短里程、保护环境、降低造 价。因此需要针对长坡路段进行路线设计的关键问 题是,区分上下坡方向及交通组成采取对策措施,在 满足安全的情况下兼顾环保和造价。 3.1 上坡方向满足爬坡通行能力适应速度期望的 对策 上坡方向的关键是满足爬坡通行能力,适应轿、 货(大客)车不同的速度期望。对策如下。 (1)上坡方向结合地形条件,设置兼顾爬坡通行 能力和环保、造价的纵坡。从多条山区高速公路的 设计实践看,上坡方向的最大纵坡可用到4%但不 宜超过5%,并且在《公路路线设计规范》[15](以下简 称《规范》)所限制的各坡长范围内设置不超过 2.5%的缓和坡。 (2)视交通量及其组成、货车爬坡速度设置必要 的爬坡车道,满足爬坡通行能力并为轿货车分车型 分速度行驶提供良好的路幅空间。设置爬坡车道段 落应与改善纵坡不设爬坡车道的方案进行技术经济 比较,择优采用。 (3)当交通组成中货车比例较高时,宜优先考虑 上下坡分幅布线,为上下坡方向采用不同的纵坡指 标提供便利。 3.2 下坡方向路线设计对策 从相关路段分析来看,下坡方向车辆安全制动 的问题,其实就是货(大客)车安全制动问题。首先 要控制下坡车辆制动器温度,使其不出现“热衰退”; 其次,对于个别因超载严重、制动性能差等多种不利 因素组合导致刹车失灵的车辆,还得本着宽容理念 加强路政管理让其驶离高速公路并避免车毁人亡。 制动器温升与车重、车速、坡度、坡长、下坡档 位、司机的制动行为等因素紧密相关[6]。显然,在车 重、车速、下坡档位一定的情况下,公路的平纵面线 形就直接影响了制动行为。从驾驶操作看,制动行 为总体上分为紧急制动、持续制动、间断制动。因此 控制下坡车辆制动器不出现“热衰退”,应从减少持 续制动时间、降低间断制动频率、避免紧急制动、控 制下坡初始速度、让制动器散热降温等方面分别采 取对策措施。 3.2.1 为减少持续制动时间,应合理降低坡段高 差,严格控制坡度、坡长 减少持续制动时间最根本、最直接的、最有效的 办法就是降低长坡路段的高差,在此基础上再控制 坡度坡长。 (1)在选择路线走廊和路线方案比选时,应将长 陡坡行车安全问题作为重要因素进行技术经济的综 合论证。在选择走廊阶段,应寻求合理的越岭走廊 尽量避免出现长陡坡;在方案比选阶段应以可能的 桥或隧方案减少坡段高差。 (2)论证控制点坡段高差,严格控制坡度坡长。 —24—                  公  路                 2012年 第1期  Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 苏波等人把260℃作为制动器出现“热衰退”的 临界温度,以实测制动器温度数据修正的温度预测 模型得出了不同平均纵坡下的坡长限制值[9](表 3)。研究成果以60t为车辆总重、60km/h为车速 的目标车型,不考虑辅助制动,符合当前山区高速公 路上货车超载严重、空挡下坡交通现状。通过对比分 析袁燕等人车重、车速分别对制动器温度影响的研 究[5]发现,车重增加对制动器温度的影响远比车速增 加对制动器温度的影响大,因此表3坡长限制值也能 满足大客车的行车安全要求。所以在安排越岭纵坡 时可以以此作为各平均坡度下的坡长控制指标。 表3 不同平均纵坡下的坡长限制及下坡高差 平均纵坡/% 2.50 2.75  3  3.25 3.50 3.75  4 坡长限制/km  8.86 7.49  6.5  5.73 5.13 4.64 4.24 高差/m  222  206  195  186  180  174  170 3.2.2 为降低间断制动的频率,应以运行速度控制 平纵面线形 根据研究[2],长下坡路段某点的事故率与其上 方2~3km的纵坡关系密切。显然要使经过2~ 3km加速累积的运行速度在某点得以通过,就得保 证该点处平面线形和纵坡可以让车辆安全转弯而避 免制动,因此需要检验长下坡路段的运行速度,以运 行速度控制平纵面线形,以尽量降低间断制动频率。 3.2.3 为避免紧急制动,应采用均衡连续的平面线 形,禁忌指标突变 司机采取紧急制动行为往往是因为出现了令司 机感到突变的路况,所以整个长下坡段的线形应注 意均衡连续。根据多条山区高速公路的设计实践和 运营效果,平面线形连续性控制指标可采用相邻曲线 半径值大小之比小于2,且各自对应的超高绝对值差 不超过±1%作为原则,控制平面指标不出现突变。 3.2.4 为让制动器散热降温,在适当位置结合地形 条件设置反坡 目前货车基本采用加装水箱,以水浇淋的方式 给制动器冷却降温,这不仅存在潜在安全隐患,也常 因水管安装或损坏等原因水淋不到制动器,降温可 靠度差。需要在设计上营造不需制动的线形条件, 给临近热衰退温度的制动器以永逸的、有保障的散 热降温方式。 从袁燕等人坂寮岭路段有限元热分析计算结果 图(图3、图4)[5]得到启示,长下坡路段内的倒坡 (K158~K157段)对降低制动器温度,延长制动器 热衰退坡长具有显著的效果。这就需要改变过去在 长坡路段,为避免爬坡高程损失禁忌出现倒坡甚至 长缓坡的习惯做法,而在坡段中部,至少在各平均纵 坡限制坡长(表3)之前,结合地形条件设置反坡,通 过让制动器休息,达到给制动器散热降温恢复制动 性能的目的,同时也为后续下坡降低了制动器工作 的初始温度。 胡昌斌等人研究认为制动器在停止制动后前 200s降温速度最快,平均每秒钟降温1.25℃,降至 150℃后,降温速度减缓[6]。故可根据反坡起点所处 长坡段的位置、苏波等人研究得出的制动器温度预 测公式(1.296 6×下坡段高差-14.558×下坡段长 度+102)[9]求得制动器停止制动时的温度,再以 150℃为降温目标温度就可求得所需反坡段的控制 长度。如在表3限制坡长的70%坡段处设置反坡, 货车速度取60km/h,则所需反坡段长度为720m。 同理,对于总下坡高差大于表3所列高差的长 下坡,就可以用反坡将整段下坡分割成若干个下坡 区间,利用苏波、胡昌斌等人研究制动器升温、降温 —34— 2012年 第1期         张逢桂:山区高速公路长坡路段路线设计之探索 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 成果[6,9],根据反坡的位置和长度就可推算出下段 下坡区间的限制坡长。如前例,在经过720m的反 坡后,下一段下坡区间(此时制动器的初始温度为 150℃)各坡段对应的坡长限制列于表4。同样,应 该在表4中各坡长限制之前设置反坡,之后再接下 一段长坡。总之以制动器温度不超过260℃为控制 目标,结合地形条件逐段展线下坡。 表4 后续坡段(制动器的初始温度为150℃) 不同平均纵坡下的坡长限制 平均纵坡/% 2.50 2.75  3  3.25 3.50 3.75  4 坡长限制/km  6.16 5.21 4.52 3.99 3.57 3.23 2.95 高差/m  154  143  136  130  125  121  118 3.2.5 为集中司机注意力并降低下坡起始车速,宜 在坡顶结合地形条件,有意识地布设能起到 下长坡视觉预警的平面线形 由于交通事故与司机注意力有关,而且制动器 的温升与坡顶的初始速度也密切相关,因此宜在坡 顶地结合地形条件,有意识地布设能起到下长坡视 觉预警的平面线形,给司机以地形复杂的视觉感受, 使其集中注意力并主动提前松开油门以降低下坡的 初始速度。如龙长高速公路南阳至七星岗段以平均 坡度2.66%下坡5.1km,在坡顶处设置了两个平 面半径为630m的S弯线形对提高司机警觉、控制 下坡初始速度取得了良好的效果。 3.2.6 在适宜的位置设置避险车道,提供最后的 “依靠” 如前述S路段典型工点,避险车道对减少恶性 事故发生效果明显。基于宽容理念,应在长下坡适 宜的位置(综合考虑降坡长度、平面线形、地形条件, 尽量避开桥隧构造物区段)设置避险车道,为个别失 控车辆提供最后的“依靠”。根据实践经验,避险车 道间距为1~3km(视区间平均纵坡、重车比例及位 置选择情况取值)。 3.3 轻型高速公路路线设计对策 鉴于《规范》所规定的纵坡指标(最大纵坡、坡长 限制)是以额定满载货车为代表车型的,对于轻型高 速公路[11]若仍按《规范》纵坡指标控制,将带来里程 和造价的增加以及对环境的较大破坏,因此应结合 地形条件以小客车、小货车适宜的坡度越岭。 (1)当地形需要时可用较大的纵坡,但最大纵坡 以不超过6%控制。此最大纵坡取值,一方面是考 虑有关研究通过实地测试和理论分析提出最大纵坡 可考虑比《规范》高1%~2%[10,11];另一方面是考虑 前述两个典型工点下坡方向(有6%的纵坡段)小车 发生事故的比例很低,在下坡方向线形均衡连续的 前提下是能够安全下坡的。 (2)从宽容理念考虑,下坡方向结合地形条件在 适宜的位置设置避险车道;为给交通量增长和爬坡 通行能力留有余地,在上坡方向可视地形情况设置 爬坡车道。 3.4 路线设计对策小结 将以上对策归纳成图5。综观关键对策,长下 坡路段的路线设计应本着“综合研究,纵坡是关键;组 合对策,精心布路线”的原则。应注意的问题如下。 图5 长坡路段路线设计关键问题对策 —44—                  公  路                 2012年 第1期  Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条   (1)长坡路段路线设计或改造工程设计,应包含 交通工程、安全设施(标志、标线等),甚至运营管理等 综合手段。对路线设计而言,还需站在总体设计的高 度,充分考虑爬坡车道、避险车道、加水站、安全设施、 监控设施等各分项工程的设置,并为之留有余地。 (2)由于上下坡方向纵坡控制的出发点不同,当 地形和上下行纵坡安排需要时,应优先考虑上下坡 分幅方案。但路线设计是没有绝对的,是否分幅需 研究比选确定。 4 结语 (1)两个长陡坡典型工点的反思:长坡路段行车 安全是设计的重点,以“唯造价论”评判路线方案是 不可取的,路线设计应坚持安全至上,兼顾追求环 保、造价均优的原则。 (2)通过人、车安全使用需求分析,长坡路段路 线设计的两个关键问题是:上坡方向满足爬坡通行 能力适应速度期望,下坡方向满足车辆安全制动。 (3)基于现阶段货车超载严重、空挡下坡普遍的 交通状况,以安全、环保、经济的视角提出了长坡路 段路线设计的对策(详见图5)。 ①上坡方向的最大纵坡以4%控制,必要时设 置爬坡车道以起到分车型分速度行驶的作用。 ②下坡方向以相邻曲线半径值大小之比小于 2,且各自对应的超高绝对值差不超过±1%作为平 面线形连续性控制指标,平面线形不出现突变以避 免紧急制动。 ③通过设置反坡让制动器休息,使其散热降温。 对于连续长下坡,可以用反坡将其分隔成若干下坡 区间,分别以制动器不出现热衰退为控制目标,结合 地形逐段展线下坡。 ④在坡顶结合地形将平面布设成能起到视觉警 示作用的线形,使司机提高注意力并提前松开油门 降低下坡初始速度。 文中所提对策已初步在福建山区高速公路长坡 路段的设计实践中应用,但还需进一步总结提高,个 别控制指标还有待运营考验。期望上述探索能为山 区高速公路长坡路段路线设计的具体工作带来一定 的帮助和思考。 参考文献: [1] 袁伟,付锐,郭应时,冯红运,时间 .考虑坡长因素的纵 坡坡度对交通事故的影响分析[J].公路交通科技, 2008,25(5):130-135. 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