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  忻阜高速公路建设与安全运营管理关键技术  
  日期:2014-01-27    来源:SRC-1986488063  
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1 项目简介

    “忻阜高速公路建设与安全运营管理关键技术”依托交通运输部西部交通建设科技项目“交通安全保障技术在忻阜高速公路的推广应用”、交通运输部科技示范工程“忻阜高速公路科技示范工程”和山西省交通运输厅科技项目“忻阜高速公路凤凰岭隧道施工关键技术应用研究”等项目,研究经费达2980万元。

    项目针对忻阜高速公路地形地质条件复杂、隧道施工安全风险多、路面寿命差异显著、交通量时空分布不均、混合重载交通严重、安全保障难度大等显著特点,围绕工程建设和运营管理过程中的重大技术需求,通过理念创新、理论研究、室内外实验和工程示范验证等方法,在安全运行速度控制、路面结构设计、质量动态监控、收费数据挖掘、交通安全保障、隧道施工安全和科技创新绩效评价等7个技术领域,提出了混合重载交通多维度一体化运行速度控制与评估技术、基于轴载谱的沥青路面等寿命分幅结构设计技术、大数据体系下基于高速公路收费数据轨迹匹配的交通状态识别与诱导技术、基于无损检测设备的沥青路面施工质量快速检测与智能分析控制技术、主动预防和被动防护相结合的安全保障提升技术、基于围岩亚分级和超前地质预报的隧道施工安全关键技术和高速公路科技创新支撑体系评价技术,建立了一套面向高速公路建设与安全运营管理的核心技术体系。

    项目取得了一系列重要的科研成果:获得2项国家发明专利、11项实用新型专利和3项软件著作权,形成了7项山西省省级工法和10项技术指南,出版了2本学术专著,发表了60多篇国内外学术论文,在人才培养方面,共培养博士研究生和硕士研究生12人,50余人的职称得到晋升,研究团队获得了山西省劳动竞赛委员会的集体表彰。

    项目自主研发了一套面向高速公路建设与安全运营管理的7项关键技术,具有突出的先进性、实用性和指导性,从技术支撑层面确实解决了忻阜高速公路设计、建设、运营管理中的技术难题,从行业管理层面真正体现了高速公路安全运营管理与服务水平的提升。同时,在理念与理论、技术与方法、工法与指南等方面,为我国同类高速公路的建设和运营管理提供技术储备,对探索我国高速公路建设新理念、促进交通行业转型发展和科技水平提升起到了重要推动和引领作用。

    项目各项技术应用效果明显,社会经济效益显著,有力支撑、指导了忻阜高速公路的建设和运营管理,有效提升了高速公路的建设质量和安全水平,通车运营两年多以来无一起重特大道路交通事故发生,产生的直接经济效益达11134.5万元。在组织推广方面,交通运输部成功举办了忻阜高速公路科技示范工程技术交流会,来自全国31个省市交通主管部门、部属单位和相关院校的主要负责人参加了会议,对技术成果进行了充分肯定,项目组制作了高质量的技术成果宣传视频和图册等资料,中国交通报、交通部西部交通建设科技项目简报也多次对项目技术成果进行了专刊报道;同时,项目对四川雅泸高速公路、山西和榆高速公路的工程建设也起到了重要指导作用。这些工作极大提高了项目技术成果在交通运输领域的认可度和影响力,为扩大技术应用范围奠定良好基础。

    项目研究成果总体达到国际先进水平,部分成果达到国际领先水平。

2 立项背景

    近些年,交通运输系统各部门紧密围绕高速公路基础设施建设和运营管理中的技术问题,开展了一系列的科技攻关和应用研究,取得了显著成效,但是随着技术的不断创新和应用,在安全运行速度控制、路面结构设计、质量动态监控、收费数据挖掘、交通安全保障、隧道施工安全和科技创新绩效评价等领域又出现了一些新的技术难题。

    在运行速度控制和评估技术方面,国内外研究以微观层面单个点段的安全隐患处治为目标,未考虑速度控制点段与相邻点段间协调性要求和从全线角度统筹考虑安全性和通行效率的需求。在安全保障技术和收费数据挖掘方面,在安全评价理论完善、防撞设施优化设计、诱导系统改进等方面仍需进一步验证研究,针对高速公路收费数据的分析和研究还处在初级阶段,缺乏对其潜在价值的深度挖掘和融合分析。在沥青路面结构设计与施工质量动态监控方面,现行设计规范未考虑重载混合交通下的上下行路面寿命差异性问题,施工质量过程控制的时效性较差,无法快速监测路面质量。在隧道施工安全研究方面,隧道建设中的地质预报与围岩判定、偏压进洞与应力解除等施工难题仍然没有系统解决。

    忻阜高速公路是交通运输部首批科技示范工程项目,处于山西省“三纵十一横十一环”高速公路网规划中的第四横,是山西通向环渤海湾经济区的重要通道,是通往佛教圣地五台山的旅游线路。忻阜高速公路具有四个显著的特点: 处于黄土高原地区,地形地貌多变,水文地质条件复杂,湿陷性黄土分布广泛,提高了工程建设难度; 长大山岭隧道占总里程20%以上,面临围岩破碎、岩溶发育、偏压严重、高地应力等技术难题,是保障工程质量和施工安全的关键环节; 重载交通比例高、车辆混行严重、交通量时空分布不均,山区路段伴随着长大下坡,导致路面寿命差异显著、车辆运行速度不一致,对常规设计理念提出挑战; 沿线旅游资源丰富,旅游出行对交通安全和信息服务提出更高要求。

    本项目正是在上述背景和技术需求下立项的,旨在通过理念创新、理论研究、室内外实验和工程示范验证等方法,在安全运行速度控制、路面结构设计、质量动态监控、收费数据挖掘、交通安全保障、隧道施工安全和科技创新绩效评价等7个技术领域开展深入系统研究,建立一套面向高速公路建设与安全运营管理的核心技术体系,从“技术支撑层面”确实解决忻阜高速公路设计、建设、运营管理过程中的技术难题,从“行业管理层面”真正体现高速公路安全运营管理水平与服务质量的提高。同时,项目从理念与理论、技术与方法、工法与指南等方面,项目为我国同类高速公路建设和运营管理提供技术储备,对探索我国高速公路建设新理念、促进交通行业转型发展和科技水平提升起到重要的推动和引领作用。

3 主要创新点

    (1)基于三维空间中车辆瞬时运动状态的矢量特性,引入流体力学中“场”的理论,提出了“安全运行速度场“概念,建立了面向高速公路线性工程的安全运行速度场模型,提出了基于驾驶人的动态视距评估技术、点线结合的速度管理技术和多维度一体化运行速度控制技术,从速度场安全性最优角度满足了速度控制点段与相邻点段间的协调性要求,兼顾了从全线角度统筹考虑安全性和通行效率的需求,为指导高速公路线形设计、提升安全运营水平提供技术支撑。

    (2)针对重载交通比例高、轻重车分幅明显导致路面寿命差异显著的特点,将“等寿命设计”理念引入交通行业中,提出了基于轴载谱的沥青路面等寿命分幅结构设计技术,实现了上下行路面结构寿命年限基本相当,使路面设计达到最佳技术经济效益,为路面设计提供了新思路、新方法。

    (3)基于大数据体系,提出了面向交通运行状态监测与服务的高速公路收费数据分析平台构建技术,提出了基于收费数据轨迹匹配的任意路段交通参数提取和更新方法,实现了交通流时空分布特征的多维度、多粒度分析,提出了“行程时间动态信息库”概念,创建了基于在线监控数据的历史和实时行程时间信息的快速匹配方法,实现了行程时间的短临预测和动态输出,为高速公路收费数据深度挖掘树立样板,为提升高速公路运行管理水平和信息服务能力提供新途径。

    (4)建立了多参数集成的沥青路面施工离析特征三维快速识别与智能分析评价体系,为沥青路面施工离析特征的快速检测与判定提供了方法和标准,开发了基于网络化、信息化、全过程的沥青路面施工质量过程控制系统,实现了实时、准确、高效的质量安全动态监管与质量风险预警的管理效能。

    (5)以安全评价理论完善、安全保障技术提升为指导思想,提出了基于路侧安全评价的高速公路安全防控方法体系,基于理论分析、计算机仿真和实车碰撞试验的手段,提出了主动预防和被动防护相结合的高速公路安全保障提升技术,建立了高速公路全过程一体化交通安全保障支撑体系。

    (6)细化了隧道围岩亚分级指标,提出了复杂地质条件下的隧道超前快速预报技术和高边坡斜交隧道进洞技术,形成了7项省级工法和10项专利技术,有效解决了隧道建设中的地质预报、围岩判定、偏压进洞和应力解除等施工安全技术难题,对我国同类隧道建设提供指导和典范作用。

    (7)建立了高速公路科技创新成果转化与应用绩效评价指标体系,提出了“全过程、集成化、规模化”的科技创新成果转化与应用模式,建立了“需求引导——政府推动——科研单位供给——科研示范基地承接”的科技成果推广应用机制,探索了“管产学研”相结合的科技创新团队模式,对于促进交通科技成果向生产力转化、推动交通行业科技进步和发展方式转变起到重要推动和引领作用。

4 推广应用

    (1)项目技术成果有力支撑、指导了忻阜高速公路的建设和运营管理,全面提高了高速公路的建设质量和科技含量,有效提升了高速公路的安全运营管理与服务水平,通车运营两年多以来无一起重特大道路交通事故发生。同时,对四川雅泸高速公路、山西和榆高速公路的工程建设也起到了重要指导作用。

    (2)项目形成了可普遍推广应用的《高边坡斜交隧道进洞施工工法》等7项山西省省级工法和《沥青路面施工质量过程控制技术应用指南》等10项技术指南,累计召开各类技术培训和宣贯会20余次,培训技术人员1000余人次。这对于提升交通运输行业的创新能力、造就杰出人才方面发挥了积极作用。

    (320118月,交通运输部成功组织召开了忻阜高速公路科技示范工程技术交流会,来自全国31个省市交通运输主管部门、部属单位和相关院校的主要负责人参加了会议,中国交通报、交通部西部交通建设科技项目简报多次对本项目的研究成果进行了专刊报道,极大提高了各项技术成果在交通运输领域的知名度和影响力,为扩大技术应用范围奠定良好基础。

    (4)项目形成了以安全运行速度控制、路面结构设计、质量动态监控、收费数据挖掘、交通安全保障、隧道施工安全和科技创新绩效评价为核心的高速公路建设与运营管理技术体系,为我国同类高速公路建设和运营管理提供技术储备,对探索我国高速公路建设新理念、促进交通行业转型发展和科技水平提升起到了重要的推动和引领作用,具有十分广阔的推广应用前景。
  
 
 
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