5027

Па правах рукописи

Чумаков Дмитрий Юрьевич

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛЫХ КОЛЬЦЕВЫХ ПЕРЕСЕЧЕНИЙ В НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ

Специальность 05.23.11. - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Волгоград 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградском государственном

архитектурно-строительном университете.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Столяров Виктор Васильевич Кандидат технических наук, доцент Ивасик Владимир Борисович

государственном архитектурно-строительном университете по адресу; 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО

ОБЩАЯ ХАРАК ТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Высокий рост интенсивности движения за последние ! 5 лет на дорогах России и в частности в населенных пунктах приводит к увеличению задержек автомобильного транспорта и росту аварийности в местах пересечений автомобильных дорог. В настоящее время из общего числа всех учтенных в нашей стране дорожно-транспортных происшествий 71,3% происходит в городах и других населённых пунктах, при этом городские перекрестки и площади с пересечением транспортных потоков в одном уровне являются наиболее опасными. В этих местах возникает до .50% всех транспортных происшествий со смертельным исходом. По данным ГИБДД из общего числа дорожно-транспортных происшествий на дорогах города Волгограда за 2005 год 12,5 % (1187) случилось из-за несоблюдения очередности проезда на пересечениях в одном уровне, а в целом на дорогах России в этих местах происходят от 8 до 25% всех происшествий. Зарубежная статистика также подтверждает подобную ситуацию, так в Норвегии около 40% всех дорожно-транспортных происшествий происходит на пересечениях в одном уровне (в странах ЕС в целом от 10 до 40%).

Как показывает опыт европейских и других стран, существенное повышение безопасности дорожного движения и пропускной способности на пересечениях автомобильных дорог в населенных пунктах может быть достигнуто Путем применения малых кольцевых пересечений (МКП). Так, исследование результатов модернизации обычных пересечений в одном уровне в малые кольцевые (Германия, земля Эрфткрайс) показали, что количество ДТП уменьшилось на 30 %, число легко раненых стало меньше па 60 %, число тяжело раненых и погибших уменьшилось соответственно на 87 и 88 %. При этом расчеты показывают, что общие экономические потери от ДТП уменьшились с 6.770.000 евро до 2.580.000 евро.

Достаточно высокий эффект дают МКП по снижению отрицательного экологического воздействия на прилегающую к перекресткам зону, так относительные выбросы углеводородов (НС), окиси углерода (СО) и окислов азота (NOx) ниже в среднем на 5-10% при проезде по кольцевому пересечению, чем при проезде через перекресток со светофорным регулированием.

В России до настоящего времени научные исследования, и практические рекомендации касаются в основном кольцевых пересечений больших внешних радиусов (RBH > 18 м), которые нашли достаточно широкое внедрение и показали высокую эффективность.

4 Вопросам внедрения малых кольцевых пересечений в России до

настоящего времени не уделялось достаточного внимания. Перечисленные обстоятельства, свидетельствуют об актуальности выбранной темы исследования.

Цель работы состоит в разработке рекомендаций по проектированию малых кольцевых пересечений на автомобильных дорогах в населенных пунктах для повышения безопасности движения и пропускной способности пересечений, автомобильных дорог в одном уровне. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

!. Анализ опыта применения и методов проектирования малых кольцевых пересечений на автомобильных дорогах зарубежных стран и России

2.Разработка функциональной клaccификaции малых кольцевых пересечений и факторов, определяющих требования к их геометрическим параметрам,

3.Разработка имитационной модели движения транспортных потоков на малых кольцевых пересечениях на автомобильных дорогах в населенных пунктах.

4.Проведение натурных наблюдений за движением транспортных потоков на малых кольцевых пересечениях для установления закономерностей, описывающих требования к геометрическим параметрам МКП, а также проверки адекватности разработанной имитационной модели движения транспортных потоков на малых кольцевых пересечениях.

5.Разработка рекомендаций по проектированию малых кольцевых пересечений для современных условий движения на автомобильных дорогах

иулицах населенных пунктов и оценка эффективности их применения. Объектом исследования являются малые кольцевые пересечения с Rвн

< 18 м на автомобильных дорогах в одном уровне.

Предметом исследования являются зависимости, описывающие влияние различных факторов на пропускную способность и безопасность движения транспортных пот-оков на малых кольцевых пересечениях.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Разработаны функциональная и геометрическая классификации малых кольцевых пересечений, на основе которых предложены их новые конфигурации.

2. Разработана имитационная модель движения транспортных потоков на малых кольцевых пересечениях, позволяющая на основе скорости, ускорения, граничных интервалов различных транспортных средств и геометрии малого кольцевого пересечения оценивать средние

5 задержки автомобильного транспорта при проезде через пересечение и пропускную способность MKП;

3.Установлена закономерность изменения ширины проезжей части малого кольцевого пересечения от типа транспортного средства и внешнего радиуса кольца;

4.Определены границы применения малых кольцевых пересечений на автомобильных дорогах в населенных пунктах.

Практическая ценность работы. Разработаны практические рекомендации по проектированию малых кольцевых пересечений.

Обоснованы границы практического применения малых кольцевых пересечений.

Достоверность научных положений, теоретических моделей, предложенных в работе, подтверждается результатами натурных наблюдений, объём которых обоснован методами математической статистики.

Апробация результатов исследования. Основные положения и выводы диссертационной работы представлены и обсуждены на международном научном симпозиуме (Безопасность жизнедеятельности XXI века), 2001 г.; на международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура», Омск, 2003 г.; па международной научно-практической конференции «Реконструкция», Санкт - Петербург, 2005 г.; на III Российскогерманской научно-практической конференции «Современные проблемы безопасности дорожного движения и их решение - дети и молодежь на дорогах», Волгоград, 2006 г.; на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСА (2002-2003г.г.) к ВолгГАСУ (2004-2006 г.г.), на заседаниях кафедры изысканий и проектирования транспортных сооружений ВолгГАСУ (2004-2006 г.г.).

На защиту выносятся: функциональная классификация малых кольцевых пересечений; результаты теоретических исследований, экспериментальных и натурных наблюдений за движением транспортных потоков на МКП; разработанная имитационная модель движения транспортных потоков на малом кольцевом пересечении, позволяющая определить теоретические значения средних скоростей проезда и задержек транспорта, а также значения средней длины дорожной «пробки», образующейся перед пересечением и пропускной способности МКП; практические рекомендации для проектирования новых и модернизации эксплуатируемых пересечений в одном уровне в кольцевые.

6

Результаты научных исследований внедрены: департаментом городского хозяйства администрации г. Волгограда при разработке и реализации проекта «Мероприятия по организации дорожного движения на участке городской дороги Центрального района города Волгограда по улице Мира на пересечениях с ул. Володарского и ул. Гоголя», Выполненного дорожно-транспортным научно-образовательным центром ИТС ВолгГАСУ.

Как показали натурные наблюдения, в результате внедрения малого кольцевого пересечения средняя задержка автотранспорта на пересечении снизились до 2,43 сек/авт (до устройства МКП она составляла 5 сек/авт), при этом интенсивность движения по одному из направлений после внедрения малого кольцевого пересечения увеличилась на 30%.

Публикации по теме. Основные положения диссертации опубликованы в восьми печатных работах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы и приложений общим объемом 185 страниц, включает в себя 98 рисунков, 38 таблиц и 3 приложения.

Основное содержание работы Во введении представлено обоснование актуальности темы

исследования, сформулирована цель и задачи исследования, определены предмет и объект исследования, раскрыты научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведен обзор и анализ нормативно-методической научно-исследовательской литературы, рассматривающей вопросы, связанные с проектированием и эксплуатацией кольцевых пересечений, как в нашей стране, так и за рубежом.

Вопросы проектирования кольцевых пересечений исследовались и описывались в работах российских В.Ф. Бабкова, В.А. Гохмана, Ф.Ф. Игнатьева, Б.К. Каюмова, Г.И. Клинковштейна, Б.М. Лебедева, Е.М. Лобанова, В.В. Сильянова, М.С. Фишельсона и зарубежных W. Brilon, G. Timothy, W. Günter, R. Küchler, Li Jin-hua, E.R. Russell, R. Teichmann ученых.

Анализ устройства кольцевых пересечений в нашей стране показал, что используемая в настоящее время нормативная документация по проектированию кольцевых пересечений на автомобильных дорогах разработана более 20 лет назад и касается в основном кольцевых пересечений большого внешнего радиуса (RBH >18 м). Существующие малые кольцевые пересечения устраиваются с увеличенным числом полос на кольце, что приводит к снижению безопасности дорожного движения за счет

7 увеличения конфликтных точек. Вместе с тем современная интенсивная

автомобилизация страны, значительно превосходящая прогнозы 15-20 летней давности, приводит к существенной загрузке автомобильных дорог, в первую очередь в местах пересечений и примыканий в стесненных условиях. Использование предлагаемых Б.К. Каюмовым и Б.М. Лебедевым параметров кольцевых пересечений в стесненных условиях практически не возможно.

Проведенные Б.К. Каюмовым работы по моделированию движения потоков автомобилей на кольцевом пересечении с помощью ЭВМ «ЕС-1020» для оценки пропускной способности неприоритетного потока показали хорошую сходимость с экспериментальными данными. Результаты моделирования были использованы для расчета пропускной способности кольцевых пересечений. Как показываю дальнейшие исследования в этой области, данные расчеты по пропускной способности мало применимы к малым кольцевым пересечениям.

Малые кольцевые пересечения с успехом используются для повышения безопасности движения за рубежом, за счет малой скорости проезда по кольцу (15 - 25 км/час) и уменьшения конфликтных точек на пересечении (с 32 до 8).

На основе проведенного обзора и анализа литературных источников сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе на основе выполненного анализа зарубежного и отечественного опыта малых кольцевых пересечений получены предпосылки к проведению классификации малых кольцевых пересечений. Для её вьполнения применены известные методы системного анализа и теоретические разработки М М. Девятова, обосновывающие целесообразность выполнения функциональной классификации дорожных объектов, для более объективного и адекватного определения требований к таким объектам с учетом ведущей роли их потребительских качеств. Разработанная классификация представлена на рис. 1.

Кроме того, проведены обоснования геометрических параметров и пропускной способности малых кольцевых пересечений.

При этом в число расчетных геометрических параметров для МКП включены следующие (рис. 2):

-внешний радиус RВН;

-ширина проезжей части кольца Впр;

-внутренняя полоса проезжей части Ввнутр

-ширина полос входа и выхода с кольца Ввх и Ввых;

-радиусы закруглений полос входа и выхода Rвх и Rвых;

9

-ширина, длина и форма разделительных островков безопасности Вроб, Lpo6 (в случае возможности их устройства);

-высота центрального островка Ho.

Основным геометрическим параметром из перечисленных является внешний радиус малого кольцевого пересечения, который определяется в зависимости от требований предъявляемых к нему с учетом функциональной классификации МКП. Он колеблется в пределах RBH = 7÷18 м при скорости проезда по кольцу от 15 до 25 км/час.

Выведем теоретические зависимости, позволяющие рассчитывать ширину проезжей части МКП, исходя из его внешнего радиуса, габаритов и условий безопасности движения.

В качестве расчетных автомобилей с учетом состава автомобильного парка России и городов Волгограда и Волжского приняты:

-для МКП с RВН = 13÷l8 м: автобус Волжанин-5270 (длиной 11,8м) и автобус IKARUS-260.50 (длиной 11м);

-для МКП с внешним радиусом RВН < 13 м; автомобиль ГАЗ-2705 «ГАЗель».

Произведя расчеты, получаем график зависимости ширины проезжей части от внешнего радиуса кольца (рис. 3).

Для определения пропускной способности малого кольцевого пересечения разработана следующая методика.

Полная пропускная способность всего кольцевого пересечения определяется по зависимости

10

(1)

где:

- - пропускная способность каждого отдельного въезда на кольцевое пересечение, которая зависит от числа автомобилей въезжающих на кольцо и автомобилей, движущихся по кольцу через сечение «1-1» (рис. 4) и рассчитывается по формуле:

(2)

-tn - «полезный» интервал времени, образующийся между автомобилями (поток Nnx ) за 1 час, движущимися по кольцевому пересечению через одинаковые промежутки времени;

-tm - минимальный интервал безопасности (в сек) при движении транспортных средств друг за другом.

Тогда временной интервал между движущимися друг за другом автомобилями (в секундах) будет равен

(3)

где La - длина легкового автомобиля, м. La = 4,5 м;

LT - безопасное расстояние между движущимися друг за другом автомобилями, м.

Рис.3. Зависимость ширины проезжей части МКП от его внешнего радиуса Полезный интервал времени между двумя транспортными средствами,

движущимися по кольцу предлагается рассчитывать по зависимости:

(4)