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伴随我国经济发展和区域开发的日益深入，高速公路的建设范围逐渐向地形地质复杂、路网密集、生态环境敏感脆弱的地区延伸。新建高速公路走廊带受到的约束条件更多，走廊带的可选范围明显减小，线形设计的难度增大。为在保护环境、减小破坏的基础上布设连续、协调、安全的路线，灵活性设计方法显得尤为重要。然而，目前缺少可供参考的灵活性设计指标选用标准，设计时随意性较强。不得已采用极限值或超标值时应设置必要的安全设施，而安全设施对高速公路的安全补偿作用尚未明确量化。为实现灵活性设计理念，虽然引入了可靠度计算模型，但多集中于单一线形设计指标，无法分析高速公路空间线形和安全设施综合作用下的可靠度。因此，本文旨在表征三维线形与安全设施对高速公路安全性的影响，选择合理的安全评价指标，建立考虑线形设计和安全设施的高速公路总体安全可靠度计算模型，并基于可靠度指导高速公路线形设计与安全设施规划。
本文首先分析了走廊带受限地区的特征，总结了这些地区常见的线形设计问题。针对这些问题，结合国内外的研究进展，提出了走廊带受限地区灵活性设计中主要的线形指标和安全设施。
其次，为直观描述高速公路这一空间带状结构，厘清道路线形和安全设施的对应关系，提出了包含安全设施的高速公路空间曲面模型。参照设计思路，将高速公路划分为三个设计层：底层是平纵组合构成的空间曲线，该设计线依横断面设计向两侧拓宽形成空间曲面，在该空间曲面上根据行车需求添加相应安全设施以使高速公路安全性不断提高。
为表征线形设计与安全设施对高速公路安全程度的作用效果，提出了高速公路总体安全可靠度定义。结合道路设计特点，认为高速公路的可靠状态不同于结构设计中要求的供给值大于需求值，而应为满足需求且不出现过度设计的合理区间。保证行车过程的连续性是安全行驶的前提，选择相邻路段运行速度差作为总体安全可靠度评价指标。基于驾驶模拟和实车试验的实验数据，采用前后分析法，得到了高速公路空间曲面设计和主要安全设施影响下的运行速度差计算模型。
根据可靠度理论，以失效概率作为可靠度表征指标，利用蒙特卡洛模拟算法计算了空间线形、横断面设计和安全设施影响下的高速公路总体安全可靠度，总结了用于可靠度计算的几何概率模型。基于可靠度计算结果，进一步推荐了不同目标失效概率下，线形指标设计和安全设施规划方案，以指导设计者完成走廊带受限地区内安全可靠的高速公路设计。
本文首先分析了走廊带受限地区的特征，总结了这些地区常见的线形设计问题。针对这些问题，结合国内外的研究进展，提出了走廊带受限地区灵活性设计中主要的线形指标和安全设施。
其次，为直观描述高速公路这一空间带状结构，厘清道路线形和安全设施的对应关系，提出了包含安全设施的高速公路空间曲面模型。参照设计思路，将高速公路划分为三个设计层：底层是平纵组合构成的空间曲线，该设计线依横断面设计向两侧拓宽形成空间曲面，在该空间曲面上根据行车需求添加相应安全设施以使高速公路安全性不断提高。
为表征线形设计与安全设施对高速公路安全程度的作用效果，提出了高速公路总体安全可靠度定义。结合道路设计特点，认为高速公路的可靠状态不同于结构设计中要求的供给值大于需求值，而应为满足需求且不出现过度设计的合理区间。保证行车过程的连续性是安全行驶的前提，选择相邻路段运行速度差作为总体安全可靠度评价指标。基于驾驶模拟和实车试验的实验数据，采用前后分析法，得到了高速公路空间曲面设计和主要安全设施影响下的运行速度差计算模型。
根据可靠度理论，以失效概率作为可靠度表征指标，利用蒙特卡洛模拟算法计算了空间线形、横断面设计和安全设施影响下的高速公路总体安全可靠度，总结了用于可靠度计算的几何概率模型。基于可靠度计算结果，进一步推荐了不同目标失效概率下，线形指标设计和安全设施规划方案，以指导设计者完成走廊带受限地区内安全可靠的高速公路设计。