USST_Arts_112430720高等级公路养护机械优化配置研究

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3.0 赵德峰 2024-11-11 4 4 2.02MB 54 页 15积分

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摘要

我国高等级公路通车里程已达到较高水平，高等级公路建设发展速度有所放

缓，随着我国早期建成的高等级公路相继进入大中修阶段，我国已经进入一个建

养并进的时期，高等级公路养护工作的重要性不容忽视。

本文围绕高等级公路养护机械优化配置方案选择展开研究，分析了高等级公

路沥青路面使用性能，本文在《公路沥青路面养护技术规范》的基础上引入了车

辙指数，能够全面地、准确地反映高等级公路沥青路面的使用性能。分析了路面

病害类型及产生机理，主要分析高等级公路沥青路面裂缝、松散、车辙及突发性

路面毁坏等典型病害，针对路面病害破坏类型和严重程度的不同，采取不同的养

护措施，选择不同的修复工艺，便可选择不同的养护机械。本文将高等级公路沥

青路面养护分为日常小修保养、大中修养护和应急养护，相应将养护机械设备的

配备分为三种类型分别配备：日常养护机械设备的配备、大中修养护机械设备的

配备和应急养护机械设备的配备；其中大中修养护根据高等级养护工作量、养护

工期和养护特点，确定出高等级公路养护机械设备的数量与主要工作参数，并采

用富余系数法进行优化配置，并将结果作为最初方案。针对高等级公路养护机械

配置方案中影响因素不确定性与模糊以及多层次、多指标的特点，将模糊理论与

灰色关联分析法相结合，采用频数统计法确定评价指标权重，提出了基于多层次

模糊灰色耦合理论的高等级公路养护机械配置方案评价模型，应用于实际工程中

最优方案的选择，并以实例对该模型进行验证。

关键词：高等级公路养护优化配置模糊数学灰色关联分析

ABSTRACT

Our highway traffic mileage has reached a higher level. The development of

highway construction slowed down. As the highway which built in the early

successively come into the stage of the large and medium repair in China. China has

entered a period of Construction and Maintenance. The importance of highway

maintenance work cannot be ignored.

This paper focuses on the selection for program of the optimal allocation of

highway maintenance machinery to study. This paper analyzes the highway asphalt

pavement performance. And this paper introduct the rutting index based on the

<Highway Asphalt Pavement Maintenance Technical specifications>.This is able to

comprehensively and accurately reflect the use of Asphalt Pavement Performance.This

paper mainly analyzes the cracks, loose, rutting and sudden destruction and other typical

diseases of the highway asphalt pavement. For the different type and severity of road

surface disease damage.We can choose different conservation measures and different

repair craft. And then we can choose different maintenance machinery. This article will

be divided into highway asphalt pavement maintenance by the daily maintenance,

medium and large maintenance and contingency maintenance. In this paper, highway

maintenance machinery is equipped with three types: routine maintenance of

mechanical, large and medium maintenance and emergency maintenance. Base on the

analysis of pavement performance of the highway asphalt, the generation mechanism of

the common type of pavement diseases, the pavement maintenance technologies and

maintenance machinery and equipment. According to the highway maintenance

workload and characteristic of the maintenance to determine the highway maintenance

machinery and equipment number and main operating parameters as the initial scheme.

For the uncertainty and fuzziness, well as multi-level, multi-index of the influencing

factors of highway maintenance machinery configuration planning. Combine fuzzy

mathematics with gray relevance analysis. The evaluation model of highway

maintenance machinery configuration planning based on the multi-level fuzzy gray

coupling theory is established. Using for the choice of the practical engineering

planning. And validate the model with an actual example.

Key Words: highway maintenance, optimal allocation, fuzzy

mathematics, gray relevance analysis

中文摘要

ABSTRACT

摘要 .......................................................... 1

ABSTRACT ............................................................ 2

第一章绪论 ........................................................ 1

1.1 研究背景 ............................................................................................................... 1

1.2 高等级公路养护机械优化配置问题的提出 ....................................................... 1

1.3 国内外研究现状 ................................................................................................... 2

1.3.1 国外研究现状 ................................................................................................ 2

1.3.2 国内研究现状 ................................................................................................ 3

1.4 研究意义 ............................................................................................................... 4

1.5 研究内容 ............................................................................................................... 5

第二章高等级公路使用性能分析及病害与养护技术 ....................... 6

2.1 沥青路面使用性能评价 ....................................................................................... 6

2.1.1 路面使用性能单项评价指标 ........................................................................ 6

2.1.2 路面使用性能综合评价 ............................................................................... 11

2.2 高等级公路典型病害及产生机理分析 .............................................................. 11

2.3 高等级公路常见病害处治工艺及设备 ............................................................. 13

2.3.1 日常养护及相应养护机械设备 .................................................................. 14

2.3.2 大中修养护措施及相应养护机械设备 ...................................................... 15

2.3.3 应急养护措施及相应养护机械设备 .......................................................... 16

2.4 本章小结 ............................................................................................................. 16

第三章高等级公路养护机械合理配备分析 .............................. 18

3.1 高等级公路养护机械配备原则 ......................................................................... 18

3.2 高等级公路养护机械配备顺序 ......................................................................... 19

3.3 高等级公路养护机械合理配备分析 ................................................................. 20

3.3.1 日常养护机械合理配备分析 ...................................................................... 20

3.3.2 大中修养护机械合理配备分析 .................................................................. 25

3.3.3 应急养护机械合理配备分析 ...................................................................... 29

3.4 养护机械配备优化模型的设备生产能力关系 ................................................. 30

3.4.1 铣刨机的生产能力关系 .............................................................................. 30

3.4.2 再生拌和机的生产能力关系 ...................................................................... 31

3.4.3 摊铺机的生产能力关系 .............................................................................. 31

3.4.4 自卸车的生产能力关系 .............................................................................. 32

3.4.5 大中修养护机械配备优化模型的建立 ...................................................... 32

3.5 本章小结 ............................................................................................................. 33

第四章高等级公路养护机械优化配置方案选择研究 ...................... 34

4.1 高等级公路养护机械优化配置的目的 ............................................................. 34

4.2 高等级公路养护机械优化配置方案的选择 ..................................................... 34

4.3 高等级公路养护机械优化配置方案选择的原则 ............................................. 35

4.4 配置方案评价指标体系的建立 ......................................................................... 36

4.4.1 配置方案评价指标体系建立的原则 .......................................................... 36

4.4.2 配置方案评价指标体系的确定 .................................................................. 36

4.5 高等级公路养护机械配置方案评价模型 ......................................................... 37

4.5.1 模型建立 ...................................................................................................... 38

4.5.2 指标层中指标值的定量化与标准化处理 .................................................. 39

4.5.3 指标权重的确定 .......................................................................................... 40

4.5.4 灰色关联分析 .............................................................................................. 40

4.6 实例分析 ............................................................................................................. 42

4.7 本章小结 ............................................................................................................. 45

第五章结论与展望 .................................................. 46

5.1 研究总结 ............................................................................................................. 46

5.2 改进与展望 ......................................................................................................... 46

参考文献 ........................................................... 48

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ..................... 51

致谢 ......................................................... 52

第一章绪论

1.1 研究背景

改革开放三十余载，我国的经济发展速度取得了快速持续的惊人成绩，高等

级公路的修建可以极大的缩短区域之间车辆的行驶时间，保障行车安全，加快区

域之间资金、资源的流动速度，促进了区域之间的经济发展。因此，作为支撑国

民经济建设的公路尤其是高等级公路基础性建设项目在我国也得到了空前的发

展，自 1988 年10 月上海到嘉定公路交通运营实现高等级公路在中国大陆的零突

破后，中国的公路建设经历了持续快速发展，1999 年我国高等级公路里程突破了

1万km，高等级公路里程从起步到突破 1万km 我国用了 11 年的时间，而 2001

年我国高等级公路里程达到 1.9 万Km，我国用了两年的时间就完成了高等级公路

里程从 1万km 到2万km，并在 2001 年高等级公路里程跃居世界第二。《交通运

输“十二五”发展规划》中给出到 2010 年，7.4 万km 的高速公路总里程在我国建

成。

我国高等级公路建设从 2001 年开始发展速度惊人，但根据“十二五”规划目

标来看，

2012 年后需建高等级公路总里程不足 1万km，可以看出大力发展高等级

公路的时期已经不复存在，相应的道路养护任务逐年增加，高等级公路养护工作

不容忽视。

1.2 高等级公路养护机械优化配置问题的提出

高等级公路养护机械优化配置问题，首先要满足高等级公路养护的机械化，

在保证道路机械化养护的前提下考虑机械的优化配置。传统的高等级公路养护作

业方式与理念已经不能满足现代化高等级公路养护作业的要求了，为了最短时间

内高质量的保障高等级公路的快速畅通能力、承受汽车载荷的能力，提高公路的

行车安全性和舒适性，我们有必要选用现代化养护方式的机械设备，尝试养护新

材料、新工艺，改进养护作业方式，走机械化养护道路。所谓公路养护机械化，

是指公路养护作业系统中主要和辅助的生产劳动过程全部由技术性能参数相互协

调的机械系统来完成，在规范的组织管理体系保证下，这些机械系统在规定的工

作条件下，用最好的技术和经济指标，确保维修工作的质量和效率[1]。

高等级公路养护最为关键的也是本文主要探讨的一个环节就是科学配置公路

养护机械，而实现高等级公路养护这些繁琐复杂的作业是各种养护机械。养护机

械不仅保证高等级公路养护质量、作业安全和作业效率，而且还保障高等级公路

较高的服务水平。合理的养护机械配置，提高高等级公路沥青路面养护机械配备

水平和机械的利用水平，可以保障安全的道路运输经济动脉，降低道路使用寿命

的衰减速度，降低道路大中修养护带来的高昂维修成本。

高等级公路养护机械优化配置研究

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

发达国家非常重视公路的养护工作，养护工作与公路建设同时展开，由于养

护工作完成的好，道路养护工作到位，有些国家公路虽然从施工到通车运营经历

了40 ~50 年，但至今仍在正常使用。

发达国家在公路管理和养护方面均建立了比较完善的体系，在管理养护任务、

内容、养护机械设备、养护方式上普遍采用计算机完成。在配备先进养护机械的

同时，对养护技术与养护设备的研究与开发也给予了高度重视，经济发达国家在

路面机械化养护方面取得的进步值得借鉴。

养护技术方面，路面大中修所涉及到的路面翻修技术，国外研究并应用比较

成熟的是冷、热再生技术，再生技术在节能和环保的方面的优点使得该技术能够

在各国公路养护领域得到大力发展。20 世纪 70 年代末德国已将全部废弃沥青路面

材料进行了回收并应用在道路养护上。在预防性养护上，加拿大早在 70 年代后期

考虑到了道路预防性养护，并采取了全面的系统性研究；美国在 80 年代初国家公

路协会（AASHO）介绍了路面预防性养护策略。在公路病害发生前根据路面病害

类型及严重程度选择相应的养护方法与材料，对于裂缝、坑槽等病害，美英德日

等多个发达国家研制并推行了一种“冷铺”的便于储存的沥青修补材料[2]。

养护设备方面，国外养护设备体现在自动化、智能化、大型化。养护设备能

够满足机械化养护的要求，如德国的大型筑养路机械设备公司

WIRTGEN（维特根）

，

拥有全世界销量最大的冷铣刨机、冷再生机、热再生机等设备。

国外在养护机械优化配置上，国外在 1960 年后开始研究挖掘机-汽车系统的生

产率，国外学者当时运用的理论是排队论，1980 年后有些学者将研究方向放在最

低费用和最低斗容量方面[3]。20 世纪 50 年代末美国加利福尼亚公路管理部门

(California Division Highways)将研究方向指向施工时间与生产量的关系上，研究人

员调查了当时有代表性的 45 条道路工程的机械化施工数据，并将数据处理后做出

工序曲线，引导道路施工，进行有效的控制，“香蕉”曲线的提出标志着该项研究

具有重要意义[4]。70 年代末，Halpin 对施工机械设备的类型和数量进行研究，提

出了著名的仿真循环作业网路模型 CYCLONE(Cyclic operations Networks) [5]。根据

用户提供的施工工期、运距、道路结构等施工现场的条件，日本小松公司开发的

OFR(optimum Fleet Recommendation)服务系统为用户提供最佳机械配置[6]。前苏联

也研究了公路养护机械科学合理配置问题，主要研究成果是：依据不同类型和规

格的机械的经济技术指标，在限定的使用条件下科学合理地选择经济性能好的机

械并选出最优方案，使施工单位获得较好的的经济效益[7]。

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摘要：

摘要我国高等级公路通车里程已达到较高水平，高等级公路建设发展速度有所放缓，随着我国早期建成的高等级公路相继进入大中修阶段，我国已经进入一个建养并进的时期，高等级公路养护工作的重要性不容忽视。本文围绕高等级公路养护机械优化配置方案选择展开研究，分析了高等级公路沥青路面使用性能，本文在《公路沥青路面养护技术规范》的基础上引入了车辙指数，能够全面地、准确地反映高等级公路沥青路面的使用性能。分析了路面病害类型及产生机理，主要分析高等级公路沥青路面裂缝、松散、车辙及突发性路面毁坏等典型病害，针对路面病害破坏类型和严重程度的不同，采取不同的养护措施，选择不同的修复工艺，便可选择不同的养护机械。本文将高等级...

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