■林大云（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

?

福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段的避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)研究

■林大云
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，在山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中不可避免會(huì)存在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段。避險(xiǎn)車道作為降低失控車輛傷亡率最為有效的工程措施，越來(lái)越受到重視。本文就以福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)為依托，重點(diǎn)介紹下坡型避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，闡述下坡型避險(xiǎn)車道的適用條件，并針對(duì)性提出增加下坡型避險(xiǎn)車道安全性相關(guān)措施的建議。

避險(xiǎn)車道高速公路長(zhǎng)下坡分析設(shè)計(jì)

0引言

山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中，由于山區(qū)地形條件的復(fù)雜多變，構(gòu)造獨(dú)特。同時(shí)也受自然條件以及環(huán)境制約出現(xiàn)長(zhǎng)下坡路段。導(dǎo)致高速公路的很多路段技術(shù)指標(biāo)很低，陡坡彎急，視距不足，防護(hù)設(shè)施缺乏等諸多因素產(chǎn)生極易造成車輛失控，而出現(xiàn)車禍?zhǔn)鹿?。因此，在山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道是一種有效的工程措施，但其設(shè)置原則模糊隨意性大，設(shè)計(jì)也缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段的避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)車輛荷載數(shù)據(jù)以及選址設(shè)置進(jìn)行分析和計(jì)算研究，以期更好地指導(dǎo)山區(qū)避險(xiǎn)車道的設(shè)置和設(shè)計(jì)，提高山區(qū)公路的安全服務(wù)水平。本文以福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車道的設(shè)計(jì)及面臨問(wèn)題進(jìn)行分析研究。

1高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)針對(duì)的事故車輛分析

高速公路長(zhǎng)下坡路段事故車輛原因主要有：（1）駕駛員不當(dāng)操作；（2）車輛行駛過(guò)程中制動(dòng)器失效；（3）天氣或自然災(zāi)害。避險(xiǎn)車道的設(shè)計(jì)的事故車輛主要針對(duì)行駛過(guò)程中制動(dòng)器失效的車輛。

從制動(dòng)原理來(lái)說(shuō)，制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中是將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)：當(dāng)制動(dòng)器溫度不超過(guò)200°C時(shí)，車輛的制動(dòng)器不會(huì)發(fā)生明顯衰減現(xiàn)象；當(dāng)制動(dòng)器溫度達(dá)到400～600°C時(shí)，車輛的制動(dòng)力只能達(dá)到正常制動(dòng)的20%～25%；當(dāng)制動(dòng)器溫度達(dá)到600°C以上時(shí)，車輛的制動(dòng)力完全失效。由于大部分上路車輛均是合格產(chǎn)品，制動(dòng)器的制動(dòng)性能與車輛是配套的，很難會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)器失效狀態(tài)，因此制動(dòng)器失效車輛的應(yīng)主要是超載重車（且司機(jī)操作不當(dāng)）。經(jīng)分析可得出結(jié)論，高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車道的設(shè)置主要針對(duì)超載重車（貨車）而設(shè)置。

2長(zhǎng)下坡路段交通事故概況及分析

福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段情況為金雞山隧道（K162+ 209.983，高程516.450m）至向陽(yáng)隧道前1公里（K150+ 815，高程174.653m）段，路線長(zhǎng)11.39km，平曲線最小半徑400m/1處，最大縱坡5%，平均縱坡為3%。平面圖如圖1所示。

圖1　福銀高速公路K150～K160平面圖

此段落高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）計(jì)算行車速度：主線為80km/h；

（2）路基寬度：主線整體式路基24.5m；

（3）路面：瀝青混凝土路面。

此段落于2004年11月通車運(yùn)營(yíng)。根據(jù)福建高速三明管理分公司提供的交通事故數(shù)據(jù)，從2009年1月至2012年6月，該路段共發(fā)生231起交通事故，其中死亡事故5起，造成6人死亡，5起事故中有4起發(fā)生在雨天。其中，坡底K147～K148、K151～K153和K158-K159路段事故數(shù)較多，為事故多發(fā)路段。

從K150～K160B道路段事故里程分布圖可以看出，事故主要集中在K158～K159、K151～K153和K147～K148路段。事故里程分布圖如下圖2所示。

圖2　K150～K160B道事故里程分布圖

（1）K158～K159段事故分析

該路段在坡頂位置，K158+826.70～K158+110.61為平曲線路段，平曲線半徑為500m。該路段事故統(tǒng)計(jì)分析情況為，小客車事故占90%，雨天事故占61%。大貨車事故不明顯，該處不需要設(shè)置避險(xiǎn)車道。

（2）K147～K148段事故分析

該路段為大排隧道群路段，根據(jù)調(diào)研了解2012年大排隧道群進(jìn)行了路面改造，改造之后事故數(shù)大幅下降。

（3）K151～K153段事故分析

該路段之前下坡路段約8km，平均縱坡為3.2%，屬于連續(xù)長(zhǎng)下坡路段，K153～K151在坡底處，并且該段平面為連續(xù)S形曲線（平曲線半徑分別為800m、900m和600m）。該路段貨車事故僅占34%，貨車事故中晴天事故占56%。

3避險(xiǎn)車道位置選擇

在K151～K153間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，適合設(shè)置避險(xiǎn)車道有3處，分別為K151+200，K152+580，K152+980的B道右側(cè)，根據(jù)事故分析圖2可知，K152+500～K153+000是事故高發(fā)位置，從圖可判斷發(fā)生事故的車輛應(yīng)在進(jìn)入K153+000時(shí)候大部分已經(jīng)進(jìn)入失控狀態(tài)，設(shè)置于K151+ 200已經(jīng)過(guò)了事故高發(fā)點(diǎn)已無(wú)意義，設(shè)置于K152+580事故高發(fā)點(diǎn)的大部分車輛已經(jīng)發(fā)生事故，故設(shè)置在大部分失控車輛剛失控發(fā)生事故位置K152+980能夠盡可能地讓失控車輛進(jìn)入避險(xiǎn)車道。另外從路線技術(shù)數(shù)據(jù)上看，K152+580、K152+980剛好處在路線半徑900的圓曲線的前后緩和曲線上，對(duì)于圓曲線內(nèi)大貨車容易側(cè)翻來(lái)說(shuō)設(shè)置在已經(jīng)出了圓曲線的K152+580比未進(jìn)入圓曲線的K152+980更不利。故綜合分析認(rèn)為選擇K152+980位置設(shè)置避險(xiǎn)車道比較有利。

4避險(xiǎn)車道入口速度分析計(jì)算

擬采用的能量計(jì)算式：

W（入口動(dòng)能）=W（勢(shì)能）+W（初始動(dòng)能）-W（車輪滾動(dòng)阻力）-W（空氣阻力）-W（剎車摩擦阻力）-W（輔助制動(dòng)裝置的阻力）

W（入口動(dòng)能）=mvj2/2，W（勢(shì)能）=mgh，W（初始動(dòng)能）=mv02/2，W（車輪滾動(dòng)阻力）=mgFL

W（空氣阻力）=CdAtv3/76.14，W（剎車摩擦阻力）=msc △t，W（輔助制動(dòng)裝置的阻力）=3.6Peng（Gti，v）/v

式中m為車輛質(zhì)量，根據(jù)以上公式判斷，m取值越大，Vj越大，故根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及車輛超載的情況m取值60噸；g=9.8m/s；L，B道金雞山隧道（K162+209.983，高程516.450m）至避險(xiǎn)車道入口（K152+980，高程248.083m）的距離，L=9230m；H，對(duì)應(yīng)的高差，h=268.367m；v0，初始速度，取值80km/h=22.22m/s；F，瀝青路面滾動(dòng)摩阻系數(shù)，F(xiàn)=0.01～0.02；Cd，空氣阻力系數(shù)，取值0.44；A，超載車輛的迎風(fēng)面積，取值8m2；v，行駛速度，取值v=v0=22.22m/s；t，車量行駛時(shí)間，t=L/v=9230/22.22=415s；ms（剎車片質(zhì)量）、c（剎車片比熱容）采用不同的剎車片進(jìn)行試算；△t，溫差，取值580°C。Peng（Gti，v），發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置的功率，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。

根據(jù)有關(guān)部門(mén)提供的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并按上述能量平衡原理進(jìn)行速度估算、分析及長(zhǎng)下坡不同地段至K152+980的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算，認(rèn)為避險(xiǎn)車道入口處的設(shè)計(jì)速度采用120km/h可涵蓋大部分失控車輛的失控速度。

5避險(xiǎn)車道制動(dòng)坡床設(shè)計(jì)

避險(xiǎn)車道漸變段起于主線樁號(hào)K152+980，設(shè)計(jì)線形采用5°的流出角直線從主線分離，漸變段長(zhǎng)50m，過(guò)渡漸變段長(zhǎng)90m，直線制動(dòng)坡床長(zhǎng)150m，避險(xiǎn)車道平面圖如下圖3所示。

縱坡采用10%（42m）、15%（108m）；如下圖4所示。

避險(xiǎn)車道寬度14.5m（含施救車道寬5.5m），制動(dòng)車道采用豆礫石面層，粒徑為2～5cm，路面厚度漸變段長(zhǎng)30米（樁號(hào)K0+090～K0+120），厚度由10cm漸變至55cm，制動(dòng)坡床路面采用波浪形鋪設(shè)，車道兩側(cè)設(shè)置砼防撞欄。路基橫斷面如下圖5。

避險(xiǎn)車道終點(diǎn)利用地形設(shè)置撞擊緩沖設(shè)置，如下圖6。

避險(xiǎn)車道制動(dòng)采用的計(jì)算公式：L=V2/254.27（f+i）

式中f，坡床材料滾動(dòng)阻力系數(shù)，取值0.25；V，失控車輛入口速度，取值120km/h；i，避險(xiǎn)車道平均縱坡，取值12.87%；L，避險(xiǎn)車道坡長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果為150m。

圖3　避險(xiǎn)車道平面圖

圖4　避險(xiǎn)車道縱面圖

圖5　避險(xiǎn)車道橫斷面圖（單位：cm）

圖6　避險(xiǎn)車道端部處理圖（單位：cm）

6結(jié)論

避險(xiǎn)車道設(shè)置在K152+980B道右側(cè)無(wú)法解決所有的失控大貨車的避險(xiǎn)問(wèn)題，設(shè)置避險(xiǎn)車道也無(wú)法圓滿解決高速公路長(zhǎng)下坡段落容易出現(xiàn)失控車輛的頑疾。大量的失控車輛是因?yàn)槌d車輛進(jìn)入了長(zhǎng)下坡路段，當(dāng)因?yàn)榻ㄔO(shè)條件等因素造成高速公路選擇了設(shè)置長(zhǎng)下坡，為避免出現(xiàn)車輛失控最優(yōu)的方式還是嚴(yán)格控制車輛超載。

［1］吳京梅，何勇主編.公路連續(xù)長(zhǎng)大下坡安全處置技術(shù).北京：人民交通出版社.