Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 9
1.1. Характеристика сети дорог Республики Дагестан 9
1.2. Безопасность движения на автомобильных дорогах Республики Дагестан 16
1.3. Особенности реконструкции горных дорог 28
1.4. Принципы обоснования ширины проезжей части и земляного полотна автомобильных дорог 33
Выводы по главе 1 38
ГЛАВА 2. Исследование скоростей движения на горных дорогах .40
2.1. Анализ влияния геометрических параметров горных дорог на скорости движения автомобилей 40
2.2. Выбор участков для наблюдения за скоростями движения 50
2.3. Методика проведения измерения скоростей движения и статистическая обработка результатов измерений 59
2.4. Зависимости средней скорости движения транспортного потока от параметров дорожных условий 64
Выводы по главе 2 71
ГЛАВА 3. Разработка математической модели для определения коэффициента относительной аварийности для участков горных дорог .72
3.1. Анализ основных характеристик горных дорог, оказывающих влияние на безопасность движения 72
3.2. Разработка зависимости для определения коэффициента относительной аварийности на горных дорогах 80
Выводы по главе 3 87
ГЛАВА 4. Технико-экономическое обоснование ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог 88
4.1. Методика расчета суммарных дисконтированных затрат при обосновании ширины проезжей части и земляного полотна горных дорог 88
4.2. Рекомендации по технико-экономическому обоснованию ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог 95
4.3. Пример технико-экономического обоснования ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог 100
Выводы по главе 4 107
Общие выводы по диссертации 108
Список литературы
- Безопасность движения на автомобильных дорогах Республики Дагестан
- Выбор участков для наблюдения за скоростями движения
- Разработка зависимости для определения коэффициента относительной аварийности на горных дорогах
- Рекомендации по технико-экономическому обоснованию ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог
Введение к работе
Горные дороги занимают особое место в общей сети дорог не только в связи с исключительностью их роли в обеспечении транспортных нужд народного хозяйства, но также и вследствие особенностей в методах проектирования, строительства и последующей эксплуатации. Они отличаются сложностью сочетаний элементов плана и профиля, что создает определенные трудности для водителей при управлении автомобилем, снижает транспортные качества дорог, ухудшает условия безопасности движения.
С помощью эффективных проектных решений можно значительно повысить транспортно-эксплутационные качества дорог, как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих дорог. Причем поиск эффективных и обоснованных решений, способствующих улучшению условий движения, становится особенно актуальным при реконструкции, при которой необходимо возможно полнее использовать сооружения существующей дороги.
Необходимость выполнения работ по реконструкции и приведению существующей сети дорог в соответствие с требованиями обеспечения безопасности движения обусловлена многими объективными причинами, зависящими как от состояния дорожной сети, так и от улучшения динамических качеств современных автомобилей.
В настоящее время наблюдается тенденция снижения объемов строительства новых дорог, значительная часть капитальных вложений направляется в реконструкцию и ремонты существующих автомобильных дорог.
Повышение транспортно-эксплуатационных качеств дорог всегда связано со значительными капитальными затратами, что особенно характерно для горных дорог. Например, реконструкция одинаковых кривых в плане с увеличением радиуса в равнинной местности в 3-4 раза дешевле, чем в горной, где, кроме увеличения стоимости реконструкции, значительно сложнее технология проведения работ. Реконструкция включает комплекс строительных работ на существующей дороге с целью повышения ее транспортно-эксплутационных показателей с переводом дороги в целом или отдельных ее участков в более высокую категорию со спрямлением отдельных участков, смягчением продольных уклонов, устройством обходов населенных пунктов, уширением земляного полотна и проезжей части, усилением дорожной одежды, удлинением труб и.т.п.
Реконструкция существующих дорог должна обеспечить некоторую постоянную расчетную скорость движения транспортного потока на всем ее протяжении, повышение безопасности движения и пропускной способности, устранение мест возникновения заторов.
Анализ проектной документации показал, что в горной местности необходимость реконструкции отдельных участков или всей дороги вызывается следующими основными причинами:
- ростом интенсивности движения, приводящей к снижению скоростей автомобилей и ухудшению транспортно-эксплутационных качеств дороги;
- ростом числа дорожно-транспортных происшествий;
- необходимостью обеспечения надежной транспортной связи с районными центрами, сельскохозяйственными предприятиями, населенными пунктами.
Проектирование элементов плана, продольного и поперечных профилей в соответствии с требованиями норм на всем протяжении дороги при ее реконструкции, по мнению проф. В.Ф.Бабкова, не всегда целесообразно [6]. В целях снижения стоимости работ при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается отступление отдельных параметров от нормативных значений, однако это не должно вызывать резкое изменение скорости движения на данном участке дороги, создавать затруднения для беспрепятственного проезда транспортного потока с ростом интенсивности движения. Выбор оптимального решения осуществляется на основе технико-экономического анализа.
При реконструкции предусматривается следующие виды работ по улучшению транспортно-эксплуатационных качеств дорог:
- исправление трассы дороги в плане;
- исправление продольного профиля;
- уширение земляного полотна и проезжей части дороги;
- усиление дорожных одежд;
- удлинение труб;
- улучшение пересечений с другими дорогами;
- обустройство дороги.
Одним из важнейших параметров при реконструкции горных дорог являются размеры проезжей части и обочин. В зависимости от них меняются объемы и стоимость строительных работ, скорости транспортного потока.
В задачу обоснования ширины проезжей части и обочин при реконструкции горных дорог входит наиболее полный учет всех факторов, влияющих на выбор оптимального проектного решения. Критерием оценки лучшего варианта является показатели экономической эффективности - суммарные дисконтированные затраты.
Цель диссертационной работы состоит в разработке технико-экономического обоснования и рекомендаций по назначению ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог с целью повышения транспортных качеств и безопасности движения.
Диссертация состоит из 4 глав и 7 приложений.
В первой главе дана характеристика сети дорог Республики Дагестан, приводится анализ данных о дорожно-транспортных происшествиях, рассматриваются особенности реконструкции дорог в горной местности и принципы обоснования ширины проезжей части и земляного полотна горных дорог при их реконструкции. Во второй главе рассмотрены вопросы влияния геометрических параметров горных дорог на скорости движения автомобилей, приводится описание участков для проведения экспериментальных исследований, методики проведения и обработки результатов измерений скоростей движения, в результате которых получена зависимость средней скорости движения транспортного потока от параметров дорожных условий.
В третьей главе рассмотрено влияние основных характеристик горных дорог на безопасность движения. Путем обработки данных о дорожно-транспортных происшествиях и интенсивности движения на участках горных дорог Республики Дагестан рассчитаны значения коэффициентов относительной аварийности. Путем многофакторного корреляционного анализа получена зависимость коэффициента относительной аварийности от параметров дорожных условий.
В четвертой главе приводится описание методики технико-экономического обоснования ширины проезжей части и земляного полотна горных дорог при их реконструкции. На ее основе разработаны рекомендации по назначению ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог.
Научная новизна заключается:
1) в установлении зависимости средней скорости транспортного потока от параметров дорожных условий (ширины проезжей части и обочин, продольного уклона и показателя извилистости), интенсивности движения и состав транспортного потока;
2) в установлении зависимости коэффициента относительной аварийности от параметров дорожных условий;
3) в разработке рекомендаций по технико-экономическому обоснованию ширины проезжей части и земляного полотна горных дорог при их реконструкции. Практическая ценность работы заключается в разработке рекомендаций по технико-экономическому обоснованию ширины проезжей части и земляного полотна, предназначенных для исследования при разработке проектов реконструкции и капитального ремонта горных дорог в условиях Республики Дагестан.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-технических конференциях Махачкалинского филиала МАДИ (ГТУ) в 2004 и в 2005 гг.
Реализация работы. Основные результаты работы использованы при проведении работ при реконструкции горных дорог Республики Дагестан.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в трех печатных работах.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, 7 приложений и содержит 163 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 64 таблицы. Список использованной литературы включает 98 наименований, в том числе 16 на иностранных языках.
Безопасность движения на автомобильных дорогах Республики Дагестан
Для анализа аварийности на автомобильных дорогах Дагестана были собраны статистические данные об отчетных ДТП за период 1997-2004 гг., как в целом по республике, так и отдельно для федеральных и территориальных дорог (табл. 1.8; 1.9; 1.10; 1.11; рис.1.2; 1.3; 1.4).
Выполненные на основе этих данных расчеты коэффициента относительной аварийности показали, что его среднее значение для федеральных дорог составляет около 0,11 ДТП/1 млн.авт.-км, для территориальных дорог его значение существенно выше - 0,67 ДТП/1 млн.авт.-км.
В зависимости от категории дорог коэффициент дорог относительной аварийности возрастает от 0,2 для дорог 2-й категории до 0,4 и 0,75 ДТП/1 млн.авт.-км, соответственно для дорог 3-й и 4-й категории. Следовательно, вероятность дорожно-транспортных происшествий на дорогах 4-ой категории почти в 4 раза выше по сравнению с дорогами 2-ой категории. Приведенные данные подтверждают актуальность реконструкции дорог и, прежде всего, увеличение ширины проезжей части и земляного полотна, так как при назначении категорий в качестве основного критерия использовались эти показатели.
Относительное количество происшествий, их тяжесть, основные виды на дорогах в горной местности значительно отличаются от средних показателей по дорогам РФ.
Анализ статистических данных органов ГИБДД и учетной документации дорожно-эксплуатационных служб по 1000 дорожно-транспортным происшествиям на горных дорогах РД за последние девять лет показал, что основными видами происшествий являются опрокидывания и столкновения автомобилей (табл. 1.6).
Распределение количества дорожно-транспортных происшествий в зависимости от элементов плана и профиля дорог приведено в табл. 1.7.
На участках сочетания кривых в плане с направлением продольного уклона на спуск происходит 41,3 % происшествий. Движение автомобилей под уклон на прямых вставках также является опасным с точки зрения возникновения дорожно-транспортных происшествий. На таких участках происходит 27,9% происшествий.
При анализе аварийности необходимо также учитывать влияние ширины проезжей части и обочин. По данным проф. В.Ф.Бабкова увеличение ширины проезжей части с 4,5 до 9,0 м приводит к уменьшению коэффициента аварийности в 2,75 раза, увеличение ширины обочины с 0,5 до 3,0 м уменьшает вероятность ДТП в 2,2 раза. Эти данные относятся, в основном к дорогам в равниной местности. Для установления таких зависимостей для горных дорог требуется проведение исследований, что является одной из основных задач диссертационной работы.
Особое беспокойство вызывает тяжесть последствий ДТП. Как следует из рис. 1.6.-1.8 на каждые 100 отчетных происшествий в разные года приходится от 37 до 60 погибших и от 119 до 148 раненых.
Высокую тяжесть последствий ДТП можно объяснить как неблагоприятными дорожными условиями (значительная извилистость в плане, большие продольные уклоны, недостаточная ширина проезжей части и обочин, ограничения видимости, недостаточным оборудованием дороги средствами организации движения, прежде всего ограждениями и дорожными знаками, а также низкой дисциплиной водителей и отсутствием надлежащего надзора за движением со стороны ГИБДД.
Необходимость выполнения работ по реконструкции и приведению существующей сети дорог в соответствие с требованиями обеспечения безопасности движения обусловлена многими объективными причинами, зависящими как от состояния дорожной сети, так и от увеличения интенсивности и повышения динамических качеств современных автомобилей. Рост интенсивности движения требует изменения транспортно-эксплуатационных показателей существующих дорог и доведения их до уровня современных требований, предъявляемых автомобилями с высокими скоростными характеристиками.
Динамика темпов строительства дорог в Республике Дагестан, показывает снижение объемов строительства новых дорог, в то же время наблюдается значительное увеличение капитальных вложений в реконструкцию и ремонты существующих автомобильных дорог.
В горных районах Дагестана в основном сложилась опорная сеть дорог, обеспечивающая транспортные сообщения между населенными пунктами, объектами агропромышленного комплекса. Однако параметры элементов большей части существующих горных дорог не отвечают действующим нормативам. Процесс несоответствия качественного состояния дорог требованиям возросшей интенсивности движения и динамическим характеристикам современных автомобилей продолжает усугубляться и в итоге проявляется в значительном росте дорожно-транспортных происшествий. Повышение транспортно-эксплуатационных качеств дорог всегда связано со значительными капитальными затратами, что особенно характерно для горных дорог. По сравнению с дорогами в равнинной местности объемы земляных работ при уширении земляного полотна, расположенного на крутом склоне, значительно выше.
Выбор участков для наблюдения за скоростями движения
Выбор экспериментальных участков для исследования режимов движения автомобилей является важным вопросом, от правильности решения которого зависит соответствие полученных результатов поставленным задачам.
Для определения объектов исследований была использована существующая классификация участков дорог в горной местности [25], предназначенная для разработки мероприятий по повышению их транспортно-эксплуатационных качеств (табл. 2.5). Большое значение придавалось наличию проектной документации, что существенно облегчало оценку плана и продольного профиля трассы и не требовало трудоемких дополнительных работ по определению ее параметров. Для сопоставления получаемых результатов выбирались участки с наиболее типичной шириной проезжей части и удовлетворительным состоянием покрытия по ровности.
При выборе объектов исследований исходили из следующих основных условий, которым должны удовлетворять экспериментальные участки дорог: - соответствовать количественным и качественным характеристикам плана и продольного профиля для горных дорог; - иметь различные сочетания ширины проезжей части и обочин; - отличаться по интенсивности и составу транспортного потока.
Исходя из целей исследований, изложенных в главе 1, в качестве экспериментальных участков были выбраны дороги, расположенные в предгорной и горной местности, находящемся в усовершенствованным покрытием и удовлетворительном состоянии по ровности.
По типу горного рельефа местности экспериментальные участки относятся к долинным и перевальным дорогам, их краткая характеристика приведена в табл. 2.6. Данные по интенсивности движения получены в дорожно-эксплуатационных организациях, а также во время проведения экспериментальных работ. В качестве показателей, характеризующих автомобильные дороги на экспериментальных участках, использованы значения геометрических параметров, полученные из проектных материалов Дагестанского головного проектного института "Дагдорпроект" и в результате натурных измерений.
На рис. 2.2-2.7 показаны кривые распределения величин элементов плана, продольного и поперечного профилей экспериментальных участков горных дорог. Наиболее часто встречающаяся ширина проезжей части 4,5-7,9 м (рис. 2.3), однако на некоторых участках небольшой протяженности достигает 9 м. Величина обочин колеблется в широких пределах от 1 м в местах скальных выступов до 3,75 м на участках с относительно пологими склонами гор. Значительный диапазон изменения ширины обочин связан со сложностью горного рельефа, вынуждающего проектировщика уменьшать ширину земляного полотна в целях сокращения объемов дорогостоящих земляных, чаще всего скальных, работ, а также необходимость создания площадок, используемых для остановки автомобилей перед участками значительных уклонов и временного складирования материала для зимней эксплуатации дороги.
Распределение радиусов кривых в плане показывает, что их величина изменяется от 40 м до 1100 м, однако наиболее часто встречаются кривые с радиусом от 50 до 180 м. Величина радиуса 85% обеспеченности составляет около 420 м (рис. 2.4).
Извилистость трассы, характеризующая количество кривых в плане на 1 км, составила от 4 до 12 (рис. 2.5) среднее значение извилистости обследованных участков около 3,9 кривых на 1 км протяженности дороги, значение 85% обеспеченности - 8 кривых в плане на 1 км.
Длина прямых вставок между кривыми в плане изменяется от 20 м до 600 м, однако в 60% случаев не превышает 170 м. Длина прямой вставки 85% обеспеченности составляет 200 м (рис. 2.6).
Наиболее часто встречающиеся значения продольного уклона на экспериментальных участках от 30 до 69 %о (рис. 2.7). Продольный уклон 85% и 95 % обеспеченности составляет соответственно 62 %о и 69%о.
Таким образом, распределение основных геометрических элементов экспериментальных участков достаточно полно отражает особенности дорог в горной местности.
Разработка зависимости для определения коэффициента относительной аварийности на горных дорогах
К основным методам оценки режимов движения автомобилей в дорожных исследованиях относятся: - метод подвижного наблюдателя с помощью ходовой дорожной лаборатории, оснащенной комплексом аппаратуры для регистрации дорожных условий и наблюдения за движущимся впереди автомобилем (следование за лидером) [24], [58]. - метод стационарных замеров с использованием разметки проезжей части дороги для определения интересующих исследователя параметров режимов движения; - комбинированный метод - когда ведутся стационарные наблюдения на экспериментальном участке с одновременным фиксируемым проездом и регистрацией дорожных условий передвижной или режимометрической лабораторией, а также для создания на дороге ситуации, вероятность появления которой в реальных дорожных условиях мала и потребовала бы довольно продолжительных наблюдений. Измерение скоростей выполнялись следующими способами: - с помощью замера секундомерами времени проезда автомобилей расстояния между двумя створами; - путем обработки результатов видеосъемки.
При выборе участков учитывались условия, чтобы они по своим транспорт-но-эксплуатационным показателям были типичными для рассматриваемой местности и протяженность участков каждого вида отражала в определенном масштабе долю дорог этого вида в общей дорожной сети, а совокупность всех выбранных участков представляла генеральную совокупность в принятом масштабе.
На режим движения автомобилей оказывает влияние большое количество факторов: дорожные условия, техническое состояние и степень загрузки автомобилей, погодно-климатические условия, психологические особенности водителей и т.д. Отдельные автомобили проезжают один и тот же участок с различной скоростью. Чтобы получить данные, с достаточной надежностью характеризующие условия движения, необходимо провести наблюдения за проездом большого количества автомобилей с обработкой результатов наблюдений методами математической статистики.
При определении числа замеров скорости движения в дорожных исследованиях обычно используется формула [56]: t2 52 п = -4г-. (2-1) А где t - нормированное отклонение, соответствующее выбранному уровню доверительной вероятности; 5 - среднее квадратичное отклонение; А - погрешность измерений.
Однако, как показали исследования проф. В.В.Сильянова [58], эта формула позволяет надежно оценивать только скорости 50%-ой обеспеченности, а при определении числа замеров, необходимого для оценки скоростей 15, 85, и 95 %-ой обеспеченности, целесообразно использовать более общую формулу: п. -8 - "). (2.2) 2А2 V где t — нормированное отклонение, соответствующее выбранному уровню доверительной вероятности.
Для измерений скоростей движения секундомером разбивали мерный участок (базис), длину которого выбирали из условия получения возможно меньшей ошибки измерения. В данной работе длина базиса составляет 100 м. Для точного фиксирования момента входа и выхода автомобиля на базис наносили на проезжей части пунктирные поперечные линии.
Интервалы времени между проездами автомобилей фиксировали с помощью секундомеров относительно устанавливаемых на обочинах вешок. Точность измерения интервалов времени секундомером составляет ±5%.
Скорости определяются по формулам: Vi = S / Т, м/с или V = 3,6 S/ Т, км/ч, где: S - расстояние от стартового до финишного створа на участке измерения скорости, м; Т - время прохождения участка, с.
Для измерений скоростей на участках большой длины (порядка 1-2 км) использовали метод, основанный на обработке результатов видиосъемки. Ее производили одновременно двумя видиокамерами в начальном и конечном створах участка. При обработке материалов видиосъемки фиксировали для автомобилей с определенными номерными знаками время пересечения каждого створа. Зная расстояние между створами и разницу во времени их проезда, рассчитывали скорость каждого автомобиля.
По результатам измерений скоростей движения на характерных участках заполняются сводные ведомости определения скоростей на дорожном объекте и строятся кумулятивные кривых скоростей (в качестве примера для нескольких участков они приводятся в Приложении I).
Рекомендации по технико-экономическому обоснованию ширины проезжей части и земляного полотна при реконструкции горных дорог
Для прогнозирования влияния изменения ширины проезжей части и обочин на безопасность движения при реконструкции горных дорог Республики Дагестан, в диссертационной работе выполнены исследования для получения зависимости коэффициента относительной аварийности от параметров дорожных условий.
С этой целью для 120 характерных участков были собраны и проанализированы данные о ДТП и интенсивностях движения, определены параметры дорожных условий, рассчитаны значения коэффициентов относительной аварийности. Результаты исследований приведеные в табл. 3.45, были обработаны путем многофакторного корреляционного анализа.
Математический аппарат многофакторного корреляционного анализа включает вычисление статистических оценок рядов распределения признаков, составление матриц ковариаций, расчет парных, частных коэффициентов корреляции, коэффициентов множественной корреляции.
Основными показателями влияющими, на коэффициент относительной аварийности являются: Xj - ширина проезжей части В, м; Х2 - ширина обочины Воб, м; Х3 - продольный уклон у, %; Хд - показатель извилистости и, град/км2; Х5 - интенсивность движения, авт/сут. При корреляционном анализе определяем: а) средние значения для каждого показателя; б) выборочные дисперсионные показатели параметров; в) среднеквадратичное отклонение; г) массив коэффициентов вариации (мера относительной изменчивости наблюдаемых значений случайных величин).
Для исследования регрессионной связи используем уравнение линейной множественной регрессии [29,42, 56, 64]: Yp=beXe+b1X,+b2X2+... + bIXl (3.1)
Задача состоит в оценке параметров регрессии по результатам выборочных наблюдений над переменными, включенными в анализ. Коэффициенты bj вычисляются при помощи систем нормальных уравнений с использованием метода наименьших квадратов.
Для определения параметров уравнения регрессии Ь0,Ь,,Ь2,...,Ь( и построения модели регрессии на языке TURBO PASCAL разработана программа REGRESS. Исходными данными являются: п - количество опытов = 120, р - количество аргументов регрессионной модели - 5 (ширина проезжей части, ширина обочины, продольный уклон, показатель извилистости, интенсивности движения). В зависимости от коэффициента относительной аварийности для первой модели, вектор Y размерности п, матрица X - размерности 120 х 6 . Программа осуществляет статистический анализ регрессионных моделей, т.е. дает оценку адекватности в целом построенной модели по F- критерию Фишера, проверку значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента, которое сравниваем с табличным значением.
Проверку адекватности моделей, построенных на основе уравнений регрессии, начинается с проверки значимости каждого коэффициента регрессии. Значимость коэффициента регрессии осуществляется с помощью t-критерия Стьюдента [20], [41]. (3.2) bj- коэффициенты регрессионного уравнения. Вычисленное значение сравниваем с табличным значением tT при числе степеней свободы п-р-1. Если \tb\ tT =1.65, то коэффициенты bt не значимы.
В результате обработки существующих экспериментальных данных получаем следующая зависимость а = 1,03 - 0,1Ъпр - ОДбЬоб + 0,0085i + 0,00109U - 0,00001N, (3.3) где а - коэффициент относительной аварийности, Ьпр -ширина проезжей части; Ь0б- ширина обочины; і - продольный уклон, %; и- показатель извилистости; N -интенсивность движения, авт/сутки.
Далее значимость уравнения множественной регрессии определяем по F - критерию Фишера путем сопоставления остаточной дисперсии с средней:
Если F - отношение больше табличного значения FT для выбранной вероятности и степеней свободы п-1, n-m+1, (границей значимости обычно принимают 5%), то регрессионная модель значима и ею можно пользоваться при исследованиях. Итак, при F FT , т.е. 1,01 1.30 получаем, что уравнение регрессии (3.3) значимо.
Зависимость (3.3) по своей структуре соответствует основным тенденциям влияния дорожных условий на безопасность движения: с увеличением ширины проезжей части и обочин значения коэффициента относительной аварийности уменьшаются; возрастание продольного уклона дороги и ее извилистости ведут к его увеличению.
