段曉偉

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的推進(jìn)，西部山區(qū)高速公路建設(shè)逐步發(fā)展，極大地促進(jìn)了西部落后地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是，由于山區(qū)高速公路地形高差大，小氣候特點明顯，貨車位于長大下坡的安全運營問題一直都是高速公路縱斷面設(shè)計的重點和難點問題。

1 工程概況

本文舉例工程為甘肅中部山區(qū)某高速公路。采用80km/h的25.5m高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文研究段落位于該工程起點，該段路線地形、地質(zhì)復(fù)雜，海拔超過2000m，且該范圍內(nèi)年平均降雪14.2天，凍土深度超過1m；連續(xù)長大下坡緊接特長隧道出口，高差470m，長下坡終點設(shè)置樞紐立交與該地區(qū)另一條高速公路相接。

經(jīng)對該段路線走廊帶研究，該段路線特點較為明確，大高差、小氣候及坡底車輛轉(zhuǎn)換安全性是該段設(shè)計的主要難點。因此，在高差確定的前提下，通過理論分析、調(diào)研、類比等多種方式確定滿足路段運營安全、兩條高速公路銜接安全的平均縱坡為本文闡述的核心內(nèi)容。

2 山區(qū)高速公路復(fù)雜地形長大下坡縱坡設(shè)計思路

在山區(qū)高速公路長大縱坡路段，縱坡設(shè)計思路至關(guān)重要，好的決策思路會在設(shè)計階段提升道路安全性、規(guī)避運營期間產(chǎn)生較多不必要的事故；反之，單純以規(guī)范為準(zhǔn)，在設(shè)計中忽略地形、位置、氣候、車輛組成等重要因素的影響，往往后期公路運營安全風(fēng)險很大。

從目前國內(nèi)研究來看，長大縱坡的眾多設(shè)計思路中，較為常用的陡緩+陡緩的組合方式易出現(xiàn)較多問題，采用這種方法時，易出現(xiàn)滿足規(guī)范坡率、坡長限定而打擦邊球的方案。對于從車輛性能角度出發(fā)，上緩下陡這種方法能夠較好地符合車輛性能，但處理好下坡坡度、坡長的關(guān)系是該種方法的關(guān)鍵?？傮w來說，從行車安全的角度考慮，采用平均縱坡，來考慮整體縱坡思路是比較安全的。隨著我國公路事業(yè)的發(fā)展和車輛組成的特點，現(xiàn)行的規(guī)范的設(shè)計方法也會更加科學(xué)和完善[1-3]。

3 長大下坡合理平均縱坡研究

3.1 理論研究

3.1.1 長下坡研究情況

目前國內(nèi)外專家學(xué)者對長下坡路段汽車制動鼓溫升模型與可靠度結(jié)合展開了試驗研究，并提出了縱坡可靠性設(shè)計方法，為深入研究縱坡組合設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合國內(nèi)研究及規(guī)范相關(guān)結(jié)論，制動器溫度達(dá)到200℃時，制動性能會發(fā)生明顯衰退，該結(jié)論與世界道路協(xié)會PIARC在《道路安全手冊》中相應(yīng)預(yù)測模型結(jié)果較為符合。因此，初步設(shè)計中將連續(xù)下坡制動轂溫度200℃作為長下坡安全警界溫度。并以溫度達(dá)到200℃時下坡距離、坡底溫度和溫升速率作為縱坡組合安全性的分析指標(biāo)，坡長組合盡量采用長緩坡加短陡坡的組合形式，以最大程度減緩貨車制動轂溫升[4-5]。

3.1.2 貨車下坡行駛特征

目前我國大型車仍普遍裝備發(fā)動機輔助制動系統(tǒng)，車輛下坡以車重下坡分力與車輛所受相關(guān)阻力達(dá)到平衡時建立受力分析。當(dāng)坡度緩于一定值時，貨車在發(fā)動機輔助制動及外力作用下，不采用剎車即可保持均速下坡。將該坡度閾值稱作發(fā)動機輔助制動下的臨界縱坡，當(dāng)控制運行車速在對應(yīng)的臨界下坡時，設(shè)計中將能夠獲得明顯的安全收益，使得貨車處于均速貨減速下坡狀態(tài)。結(jié)合國內(nèi)相關(guān)研究成果，當(dāng)以80km/h下坡速度行駛時，臨界縱坡基本為2.0%。

3.1.3 中長大下坡設(shè)計規(guī)范發(fā)展歷程

近年來，山區(qū)連續(xù)下坡路段嚴(yán)峻的交通安全形勢已引起政府相關(guān)部門和社會各界的關(guān)注，相關(guān)規(guī)范也不斷結(jié)合國內(nèi)外研究成果進(jìn)行修訂補充。從規(guī)范發(fā)展的過程來看：94及06版《公路路線設(shè)計規(guī)范》中對于公路長大縱坡概念沒有明確界定，對于長大縱坡主要認(rèn)識以載重汽車低速上坡時對公路通行能力影響的角度出發(fā)。

2008年由交通部公路司牽頭編寫的《公路路線設(shè)計細(xì)則（總校稿）》中結(jié)合《山區(qū)高速公路平均縱坡研究》成果，給出了山區(qū)高速公路連續(xù)長陡下坡路段的界定標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)為平均縱坡小于2%時，載重汽車制動器溫度一般不會高于200℃，相應(yīng)坡長可不做限制。

2017版《公路路線設(shè)計規(guī)范》中補充2011年《高速公路縱坡設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo)與設(shè)計方法研究》相關(guān)研究成果，明確了當(dāng)前我國貨車車型的組成前提下的具體連續(xù)長陡下坡坡度及坡長；

2019年交通部組織編制了《提升公路連續(xù)長陡下坡路段安全同行能力專項行動技術(shù)指南》，指南中結(jié)合國內(nèi)公路連續(xù)長陡下坡實際和國內(nèi)外工程經(jīng)驗，在2017版《路線設(shè)計規(guī)范》的基礎(chǔ)上提升、細(xì)化了連續(xù)長大下坡定義，引入任意3km及事故指標(biāo)，綜合考慮駕駛?cè)顺?、超載及車輛制動系統(tǒng)技術(shù)狀況不良等因素。

截止目前，由交通運輸部科學(xué)研究院承擔(dān)制訂的《公路避險車道設(shè)計細(xì)則》已進(jìn)入征求意見階段，其中對長大縱坡定義結(jié)合國內(nèi)科研、設(shè)計、運營和國外先進(jìn)技術(shù)，提出“容錯設(shè)計”理念，并將連續(xù)長、陡下坡路段最小坡度和坡長定義為2.0%/15km，從設(shè)計指標(biāo)方面進(jìn)一步提升了大型貨車在連續(xù)長陡下坡的行駛安全性。

3.1.4 國內(nèi)外規(guī)范對比

（1）中法兩國規(guī)范對比。中國與法國相差不大，法國只對最大縱坡或超過最大縱坡值的縱坡長度有限制，我國在大坡度之間夾雜一段較短的緩和坡段，以利于上坡車輛恢復(fù)車速，下坡車輛制動減速，但是法國規(guī)范認(rèn)為,應(yīng)特別避免在兩個大縱坡（大于4%）間插入一段這樣的緩坡，這會使駕駛員產(chǎn)生大坡道已結(jié)束的錯覺，使下坡車速回升。

（2）中美日澳等國家對比。美國山區(qū)最大縱坡最大，根據(jù)山區(qū)和丘陵等不同地形擬定，較中國規(guī)范大1%到2%。日本最大縱坡規(guī)范值較我國小1%，但規(guī)定可在最大縱坡的基礎(chǔ)上增大2%～3%。澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)中對最大縱坡的規(guī)定最為寬泛，最大縱坡指標(biāo)可變化幅度最大，均未見對連續(xù)下坡的界定原則。東盟國家與我國對長大縱坡的規(guī)定基本一致，我國公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大縱坡值總體是小于國外。

3.2 類比調(diào)研

3.2.1 連續(xù)下坡與事故率關(guān)系

在連續(xù)下坡路段主要事故原因是制動失效，或制動效能降低過多導(dǎo)致車輛失控。事故車型中以大型貨車占比最高，接近40%。下坡路段事故致死率往往較高，且由于地形困難受傷人員施救難度大；事故主要分布于長下坡路段下半段，事故嚴(yán)重程度隨著下坡里程的積累而增加，尤以外地駕駛員事故率高，損害后果嚴(yán)重。

根據(jù)德國交通事故率與縱坡的關(guān)系曲線，當(dāng)縱坡為2%時,上、下坡事故率基本相同，且數(shù)值較小;當(dāng)縱坡在2%～4%時，下坡事故率開始大于上坡，且下坡事故率曲線迅速上升;當(dāng)縱坡大于6%時，上坡事故率上升緩慢，下坡事故率迅速上升，且成倍增加。下坡路段比上坡路段更危險,下坡路段的縱坡越陡，事故率越高。

我國多數(shù)貨車采用成本更低的鼓式制動作為主動制動，鼓式剎車散熱性低，連續(xù)的制動會使摩擦溫度不斷升高，造成熱衰減，性能急劇下降。因此，我國研究成果與德國有所區(qū)別，受下坡縱坡影響更敏感，縱坡大于1%后，事故率就已開始增高，導(dǎo)致連續(xù)下坡問題在我國更為突出。這也與我國采用更為嚴(yán)格的路線指標(biāo)的思路相吻合。

3.2.2 長下坡項目調(diào)研情況

為更好地評價長大下坡路段縱斷面安全情況，對國內(nèi)一些項目相關(guān)長大縱坡情況進(jìn)行了調(diào)研，具體各項目平均縱坡及主要技術(shù)指標(biāo)情況如表1。

表1 長大下坡路段安全情況調(diào)研

4 結(jié)束語

本文通過國內(nèi)高速公路縱坡情況對比分析可知，路線縱坡設(shè)置情況不一，在滿足規(guī)范要求情況下差異較大。據(jù)以上不完全統(tǒng)計，結(jié)合國內(nèi)資料，僅滿足規(guī)范的2.45%及以上縱坡事故率將明顯增高，事故高發(fā)地一般位于山區(qū)長陡縱坡與冰凍區(qū)、霧區(qū)等不良因素疊加區(qū)域。同時，隧道設(shè)置比例對事故率影響較大，隧道越長，事故率相對越高。而長大下坡所處位置也對事故率及事故嚴(yán)重程度有所影響，位于坡底及互通立交出口前時，事故率及嚴(yán)重性相對較高。另一方面，平均縱坡2.1%及以下坡率，未見明顯的事故情況發(fā)生；結(jié)合甘肅省內(nèi)資料，除個別自然坡率較緩的高速外，其余縱坡多以滿足規(guī)范要求為主，對于路段整體安全性有待進(jìn)一步驗證。

平均縱坡是山區(qū)高速公路的主要控制性指標(biāo)，對于工程造價影響巨大，設(shè)計中應(yīng)避免盲目追求過緩或指標(biāo)用滿，綜合項目特點合理確定平均縱坡，對于長大縱坡安全性問題，現(xiàn)有研究及速度預(yù)測模型如何進(jìn)行多因子及可靠度綜合考慮，還有待進(jìn)一步研究。