傅龍呈　趙丹婷

摘要：文章以貴州省畢都高速公路的一長(zhǎng)陡下坡路段為例，分析山區(qū)高速公路長(zhǎng)陡下坡路段的大車(chē)制動(dòng)安全性，并結(jié)合實(shí)際工程情況所采取的安全措施。

Abstract： Taking a long and steep downhill section of BIDU Expressway in Guizhou Province as an example， this paper analyzes the safety of crane braking in the long and steep downhill section of mountainous expressway， and the safety measures taken in combination with the actual engineering situation.

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)陡下坡;汽車(chē)制動(dòng);行車(chē)安全性

Key words： long and steep downhill;automobile braking;driving safety

中圖分類號(hào)：U412.3;U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0156-03

0? 引言

對(duì)于山區(qū)高速公路而言，受地形條件限制，長(zhǎng)大縱坡路段在所難免，通過(guò)對(duì)近幾十年高速公路交通事故的調(diào)查分析，長(zhǎng)陡下坡路段是交通事故多發(fā)路段，尤其是近年來(lái)貨車(chē)載重量越來(lái)越大且貨車(chē)改裝超載現(xiàn)象屢禁不止，這些超重貨車(chē)在連續(xù)下坡路段需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行連續(xù)制動(dòng)，車(chē)輛的剎車(chē)系統(tǒng)不斷升溫，車(chē)輛剎車(chē)容易失靈，駕駛員會(huì)對(duì)車(chē)輛失去控制，進(jìn)而造成車(chē)毀人亡的重大交通事故。

對(duì)于連續(xù)下坡路段，《路線規(guī)范》8.3.5規(guī)定了高速公路和一級(jí)公路在連續(xù)下坡時(shí)，不同平均縱坡所能使用的最大連續(xù)下坡坡長(zhǎng)和連續(xù)下坡路段的最大相對(duì)高差。當(dāng)連續(xù)下坡路段對(duì)應(yīng)的平均縱坡連續(xù)坡長(zhǎng)或相對(duì)高差超過(guò)《路線規(guī)范》表8.3.5規(guī)定時(shí)，應(yīng)對(duì)該連續(xù)下坡路段進(jìn)行專項(xiàng)交通安全評(píng)價(jià)，分析大貨車(chē)在該連續(xù)下坡路段行駛的剎車(chē)性能，并根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際地形和構(gòu)造物設(shè)置情況確定適合該項(xiàng)目的具體重車(chē)通行管理方案，包括：速度控制措施、交通安全設(shè)施以及是否設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，并結(jié)合具體項(xiàng)目的平面線形、地形和構(gòu)造物設(shè)置情況確定避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置位置。

下面就以畢都高速公路北盤(pán)江特大橋之前的連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段為例，分析該路段的6軸貨車(chē)（55噸）、3軸貨車(chē)（超載至50噸）、6軸貨車(chē)（超載至100噸）制動(dòng)器溫度曲線，并結(jié)合該項(xiàng)目的地形、橋梁隧道等構(gòu)造物的布置情況，以及平面線形，確定該路段對(duì)重車(chē)所采取的安全措施。

1? 項(xiàng)目概況

畢都高速公路即國(guó)高網(wǎng)G56杭瑞高速公路畢節(jié)至都格段，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)速度為80km/h，路基寬24.5m，雙向四車(chē)道。該項(xiàng)目連續(xù)下坡路段指標(biāo)示意圖，如圖1所示。

2? 平均縱坡分析

該項(xiàng)目連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段起點(diǎn)（頂點(diǎn)）位于K202+500白龍山隧道人字坡頂點(diǎn)處，高程1909.23m;長(zhǎng)大下坡終點(diǎn)（底點(diǎn)）位于K218+148北盤(pán)江特大橋貴州岸橋頭（北盤(pán)江特大橋起點(diǎn)），高程1509.97m;該連續(xù)下坡路段總長(zhǎng)16.165km，相對(duì)高差393.26m，平均縱坡2.47%。由于該路段K207+710設(shè)置一主線收費(fèi)站，車(chē)輛進(jìn)入主線收費(fèi)站需要減速至0，因此主線收費(fèi)站將車(chē)輛的連續(xù)下坡分成獨(dú)立的兩段：頂點(diǎn)至主線站、主線站至底點(diǎn)。

頂點(diǎn)至主線站，連續(xù)下坡長(zhǎng)度5.727m，相對(duì)高差96.97m，平均縱坡1.8%，根據(jù)《路線規(guī)范》8.3.5，不屬于長(zhǎng)大下坡路段，且參考《公路避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB 45/T 1957-2019）當(dāng)平均縱坡小于2%時(shí)，不需要考慮設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。

主線站至底點(diǎn)段，連續(xù)下坡長(zhǎng)度10.438km，相對(duì)高差296.2m，平均縱坡2.84%，滿足《路線規(guī)范》8.3.5條要求，但是平均縱坡大于2%，需要考慮設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。

3? 避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置分析

根據(jù)《公路避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB 45/T 1957-2019），當(dāng)長(zhǎng)、陡下坡路段考慮設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道的平均縱坡和坡長(zhǎng)及增設(shè)避險(xiǎn)車(chē)道的間距見(jiàn)表1。

根據(jù)圖1和表2，該項(xiàng)目連續(xù)下坡路段從主線站至坡底段宜設(shè)置2處避險(xiǎn)車(chē)道：坡中一道，坡底一道。根據(jù)該路段地形和橋隧構(gòu)造物設(shè)置情況，自主線站至坡底，大部分路段均為橋隧相連路段，橋梁與隧道之間路基段很短，只有K213+800附近的耿家屋脊平臺(tái)有足夠長(zhǎng)的路基段設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，綜合路線平面、地形以及與隧道出口的間距要求，第一處避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置于K213+800處，距該下坡段起點(diǎn)（主線站處）6.09km，距坡底4.348km?？蓛H考慮在坡底增設(shè)一個(gè)避險(xiǎn)車(chē)道。根據(jù)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況第一處避險(xiǎn)車(chē)道至坡底均為橋接隧的設(shè)計(jì)，無(wú)避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)空間，僅在坡底位置有設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道空間。且第二處避險(xiǎn)車(chē)道只能設(shè)置在下寨隧道和北盤(pán)江特大橋之間。在K217+315～K218+100之間設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，需要在路線為半徑1089.8m右偏圓曲線上繼續(xù)右偏不小于8度，存在較大的安全隱患，同時(shí)受限于地形，在下寨隧道進(jìn)口K217+280～K217+475段路基長(zhǎng)190m，右側(cè)為3級(jí)邊坡，在下寨隧道出口K217+790～K217+925段路基長(zhǎng)135m，右側(cè)為4級(jí)高邊坡，其余路段全為橋梁和隧道，邊坡和隧道對(duì)右偏避險(xiǎn)車(chē)道視距影響大，不利于緊急避險(xiǎn)。如果不設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，從K218+900開(kāi)始，路線進(jìn)入北盤(pán)江大橋段，為1.6公里平直線，可以作為超載失控車(chē)輛的緩沖區(qū)。下面通過(guò)重車(chē)下坡時(shí)的剎車(chē)轂溫度曲線進(jìn)行汽車(chē)制動(dòng)性能分析，進(jìn)一步論證第二處避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置的必要性。

4? 汽車(chē)制動(dòng)性能分析

重載貨車(chē)在下長(zhǎng)坡時(shí)，如果下坡坡度超過(guò)臨界縱坡，不采用強(qiáng)掛低檔發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、排氣制動(dòng)和淋水降溫等輔助設(shè)施時(shí)，其主制動(dòng)器將長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)地做強(qiáng)度很大的制動(dòng)，制動(dòng)器溫度升高很快，從而出現(xiàn)剎車(chē)效能衰減現(xiàn)象。

通過(guò)制動(dòng)器溫升模型對(duì)不同重載貨車(chē)、不同下坡速度時(shí)制動(dòng)器溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析連續(xù)下坡的危險(xiǎn)路段，有助于進(jìn)行安全設(shè)施和避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)。

大貨車(chē)在長(zhǎng)大下坡行駛時(shí)，制動(dòng)器持續(xù)制動(dòng)，制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)鼓會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使摩擦片和制動(dòng)鼓溫度不斷上升，高溫的制動(dòng)鼓通過(guò)各種方式將熱量傳遞出去。假設(shè)大貨車(chē)在下坡過(guò)程中保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)原理、熱能原理及能量守恒原理，建立制動(dòng)溫度模型。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在下坡坡度較小時(shí)（小于臨界坡度，如75km/h下坡，臨界坡度為-2.8%），制動(dòng)鼓溫度并沒(méi)有上升，駕駛員可能輕微腳踩油門(mén)，或輕踩剎車(chē)、或完全松開(kāi)剎車(chē)，制動(dòng)鼓的溫度降不在升高而是在下降，制動(dòng)器生熱功率P=0，得到降溫模型。

根據(jù)以上模型，假設(shè)貨車(chē)經(jīng)歷了較長(zhǎng)下坡，在第一處K213+800避險(xiǎn)車(chē)道處剎車(chē)制動(dòng)溫度已達(dá)到160攝氏度，并持續(xù)以75km/h左右速度下坡，測(cè)算到達(dá)坡底K218附近的剎車(chē)鼓溫度。

由溫升模擬圖表（圖2～圖4）可以看出，對(duì)于正常裝載貨車(chē)，下至坡底溫度剎車(chē)溫度上升不明顯;而對(duì)于超載車(chē)輛，下至坡底剎車(chē)溫度超過(guò)200攝氏度，已經(jīng)進(jìn)入衰減區(qū)間，剎車(chē)性能衰減較快，其失效風(fēng)險(xiǎn)大幅增加。

綜上，從偏于安全考慮，坡底K218附近應(yīng)設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。

由于八級(jí)邊坡位置邊坡未到頂，如在該處設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，則邊坡收不住，因此從地形條件考慮，避險(xiǎn)車(chē)道應(yīng)設(shè)置在八級(jí)邊坡之前的橋上，即K217+900處。對(duì)于該處避險(xiǎn)車(chē)道，由于設(shè)置與橋梁上，避險(xiǎn)車(chē)道縱坡為8%，且由于避險(xiǎn)車(chē)輛對(duì)橋臺(tái)附近的沖擊比較劇烈，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)不利，需要對(duì)避險(xiǎn)車(chē)道的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)橋梁護(hù)欄應(yīng)加強(qiáng)，流出鼻端位置注意護(hù)欄強(qiáng)度過(guò)渡。

5? 其他安全設(shè)施

對(duì)于長(zhǎng)大下坡路段，除了設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，還應(yīng)加強(qiáng)交通安全防護(hù)措施，如在坡頂設(shè)置制動(dòng)檢查區(qū)、坡中設(shè)置長(zhǎng)大下坡警告標(biāo)志和大車(chē)強(qiáng)制停車(chē)區(qū)等各種措施，防止重車(chē)在長(zhǎng)大下坡路段的制動(dòng)失控風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而阻止交通事故的發(fā)生。

6? 結(jié)論

對(duì)于高速公路連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段，尤其是重車(chē)比例較多的路段，應(yīng)嚴(yán)格控制路線的平均縱坡。對(duì)于受地形限制，平均縱坡無(wú)法滿足規(guī)范要求的路段，應(yīng)采取適當(dāng)措施控制重車(chē)的運(yùn)行速度，并結(jié)合規(guī)范和重車(chē)下坡時(shí)的剎車(chē)轂溫度曲線分析汽車(chē)的制動(dòng)性能，確定重車(chē)是否有失控風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而確定在一定區(qū)域內(nèi)是否需要設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。避險(xiǎn)車(chē)道具體位置的確定還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目具體的地形和橋隧構(gòu)造物設(shè)置情況，選擇工程規(guī)模較小、視距良好的位置。

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