王利平 劉尚云

（1.中交通力建設(shè)股份有限公司，陜西 西安 710075；2.中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

隨著我國(guó)高速路網(wǎng)的連通，交通運(yùn)輸條件大幅改善，但是一些山區(qū)高速公路連續(xù)縱坡路段事故頻發(fā)，甚至某些路段被冠以“魔鬼路段”“死亡路段”的稱號(hào)，道路服務(wù)水平低、社會(huì)影響大。青蘭高速公路山西黎城（晉冀界）至山西長(zhǎng)治段（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)邯高速”）就是公安部備案的事故多發(fā)路段，該段高速公路2002年建成通車，大大緩解了原國(guó)道309線運(yùn)煤車擁堵嚴(yán)重的現(xiàn)象，由于是主要的晉煤外運(yùn)通道，載重拖掛汽車比例高，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和周邊路網(wǎng)的不斷完善，短短幾年交通量迅速增長(zhǎng)，但是隨之而來(lái)的是事故頻出，不能滿足使用者的安全出行需求，2008年被國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)確定為需盡快實(shí)行拓寬改造的“卡脖子”路段。要徹底解決既有高速公路存在的問(wèn)題，需對(duì)既有公路的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀具有全面認(rèn)識(shí)，提出針對(duì)性改造方案，本文主要研究了以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

一、原高速公路的平縱線形與事故情況

長(zhǎng)邯高速?gòu)奈鞯綎|，從太行山之巔的上黨盆地下行到華北平原，從長(zhǎng)治盆地（高程900m～1100m）下第一個(gè)臺(tái)階到黎城盆地（高程710m～800m），再?gòu)睦璩桥璧叵碌诙€(gè)臺(tái)階到晉冀界（高程670m），第一段最高點(diǎn)牛王垴隧道進(jìn)口高程1046.637m，最低點(diǎn)濁漳河橋頭716.23m，路線長(zhǎng)度10.545km，高差330.407m，平均縱坡3.13%。平面上，此10.545km連續(xù)下坡段，出隧道后平曲線半徑介于650m～1200m，相對(duì)比較均衡，事故多發(fā)生在下坡段的中下部，事故主要是由于下坡方向重載車制動(dòng)失效、減速不及時(shí)導(dǎo)致來(lái)不及轉(zhuǎn)彎，撞擊或越過(guò)中央分隔帶護(hù)欄沖入對(duì)向車道造成的。據(jù)交警部門的事故統(tǒng)計(jì)，自2003年1月～2007年，該下坡路段共發(fā)生各類交通事故55起，死亡52人，受傷24人，占山西境內(nèi)段全線事故的90%。在2008年之后，當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T制定并落實(shí)了一系列改善措施，包括增加避險(xiǎn)車道、設(shè)置降溫池、減速帶、警示標(biāo)志及限制五軸及以上車輛在夜間行駛等，試行以上交通管制后事故占比明顯下降，但仍時(shí)有發(fā)生，從之前占全線的90%下降到占下行方向的39.45%。

第二段最高點(diǎn)東陽(yáng)關(guān)隧道進(jìn)口892.581m，最低點(diǎn)晉冀界693.955m，山西境內(nèi)路線長(zhǎng)度5.579km，高差198.626m，平均縱坡3.56%，加上河北境內(nèi)10.8km下坡段，該段連續(xù)下坡高程下降共475m，總長(zhǎng)16.4km，平均縱坡2.84%。山西境內(nèi)平曲線指標(biāo)較高，達(dá)到1253m和2860m，下半段的河北境段基本都是600m～650m之間曲線首尾相連。該路段事故山西境內(nèi)相對(duì)較少，主要發(fā)生于坡底段的河北境內(nèi)。交警部門統(tǒng)計(jì)，2005年～2009年，下坡方向約10km發(fā)生安全事故67起，其中發(fā)生在下行方向的事故占69.8%，導(dǎo)致14人死亡、28人受傷，2006年就有7輛車駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道。河北段將全段中央分隔帶改為鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，設(shè)置避險(xiǎn)車道、強(qiáng)制減速帶、警示標(biāo)志等安全措施，防止下坡的大型載重貨車在該段闖入對(duì)向車道。

二、事故原因分析

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，安全事故的發(fā)生具有三大規(guī)律：大型載重貨車更容易發(fā)生事故；事發(fā)段主要為長(zhǎng)大下坡路段（縱坡段及彎坡組合路段）；發(fā)生事故的原因是駕駛員違章行駛或駕駛不當(dāng)，導(dǎo)致大型車在連續(xù)下坡路段長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)或頻繁制動(dòng)及高速大負(fù)荷下緊急制動(dòng)，進(jìn)而致使制動(dòng)轂發(fā)熱、制動(dòng)性能降低，最終車輛失控釀成事故。

從平面指標(biāo)、縱坡坡度與坡長(zhǎng)指標(biāo)來(lái)看，原長(zhǎng)邯高速相比國(guó)內(nèi)其他山區(qū)高速公路指標(biāo)并不低，但仍然事故頻發(fā)。排除“人”與“車”非正常狀態(tài)和違法違章（疲勞駕駛、超載、超速、改裝等）等直接因素，綜合分析還存在車輛載重噸位變化與道路通行條件不適應(yīng)等因素，具體如下。

該項(xiàng)目是晉煤外運(yùn)通道，原高速設(shè)計(jì)于20世紀(jì)90年代，在調(diào)查與該項(xiàng)目同屬一個(gè)走廊帶的國(guó)道309線東陽(yáng)關(guān)省界站時(shí)發(fā)現(xiàn)，貨車占總交通流量的4%，其中拖掛車占比83%，但當(dāng)時(shí)貨車平均噸位較小。

經(jīng)過(guò)10年發(fā)展，大貨車與拖掛車占總交通流量比變化不大，實(shí)載噸位卻大幅增加，以山西至河北方向（下坡方向）為例，拖掛車平均載重噸位由1998年的11.10t增加到2008年的39.43t，是原來(lái)的3.55倍，如果考慮車自身重量則增幅更多。這主要是由主導(dǎo)車型的變化引起的，隨著我國(guó)高等級(jí)公路里程的增加，道路運(yùn)輸條件改善，汽車貨運(yùn)向大型化發(fā)展。原來(lái)的拖掛車主導(dǎo)車型是解放/黃河EQ-140，2008年拖掛車主導(dǎo)車型是六軸半掛式鉸接列車，一般車貨總質(zhì)量49t。根據(jù)相關(guān)研究，我國(guó)汽車功率的增加幅度遠(yuǎn)小于汽車載重的增加幅度，代表指標(biāo)即功率重量比有明顯下降，重量功率比影響了汽車上坡的爬坡能力和下坡的持續(xù)制動(dòng)能力，根據(jù)2011年開展的《高速公路縱坡設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)與設(shè)計(jì)方法研究》對(duì)歷次《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》所采用的代表車型的功率重量比的變化來(lái)看，從《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（附條文說(shuō)明）》（JTJ 001-1997）[1]的8.3kW/t下降到《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2014）[2]的5.12kW/t，“代表車型”選的均是當(dāng)時(shí)道路上運(yùn)營(yíng)行駛的主流車型。國(guó)外的同類型載重貨車，歐美的發(fā)動(dòng)機(jī)功率重量比一般在10kW/t，且貨車平均不低于8.3kW/t。受我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏小的限制，鉸接列車輔助制動(dòng)系統(tǒng)持續(xù)制動(dòng)效能較低，導(dǎo)致下坡控制能力低下，不能適應(yīng)山區(qū)高速長(zhǎng)大縱坡線型，也導(dǎo)致持續(xù)爬坡性能低，這也是在高速公路上經(jīng)常見(jiàn)到大貨車以明顯低于低限速度爬坡的原因。

長(zhǎng)邯高速拖掛車比例高達(dá)70.7%，貨車比例也達(dá)到82%，原高速按JTJ 001-1997設(shè)計(jì)，使用過(guò)程中隨著載重汽車功率重量比下降，引起的下坡持續(xù)制動(dòng)失效和上坡爬坡緩慢擁堵現(xiàn)象比其他普通山區(qū)高速公路明顯要多，再加上長(zhǎng)大縱坡與平面小半徑曲線的組合，所以導(dǎo)致事故高發(fā)。

三、長(zhǎng)大縱坡指標(biāo)降幅的確定

綜上所述，明確改擴(kuò)建方案要將兩段長(zhǎng)大下坡方向分離出來(lái)新建，減緩縱坡，但需保證降低范圍的合理性，如果降低范圍太大，會(huì)大幅增加建設(shè)里程、工程規(guī)模造價(jià)、占地、運(yùn)營(yíng)成本。據(jù)測(cè)算，相同高差，縱坡從4%降低到3%，建設(shè)里程會(huì)增加約20%～40%，所以降幅在滿足安全需求的條件下需考慮經(jīng)濟(jì)性。對(duì)此，通過(guò)與高校研究團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)行載重車實(shí)車制動(dòng)轂溫升實(shí)測(cè)試驗(yàn)，并建立與車速、坡長(zhǎng)、坡度、車重相關(guān)的預(yù)測(cè)模型，對(duì)不同程度的降坡方案進(jìn)行制動(dòng)器的溫度變化分析，應(yīng)選擇按設(shè)定的速度行駛到達(dá)坡底時(shí)制動(dòng)轂溫度在可控有效范圍內(nèi)作為檢驗(yàn)方案可行性標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)車輛制動(dòng)器性能實(shí)驗(yàn)得知，通常情況下，當(dāng)制動(dòng)器的溫度在200℃以內(nèi)時(shí)，車輛的制動(dòng)器制動(dòng)力較為正常，不會(huì)出現(xiàn)顯著衰減現(xiàn)象；而當(dāng)制動(dòng)器溫度在260℃時(shí)會(huì)明顯下降，具體只能達(dá)到正常溫度(即65℃以內(nèi))的30%～35%；當(dāng)溫度達(dá)到400℃，制動(dòng)器幾乎處于失效狀態(tài)。所以，在連續(xù)下坡路段可利用貨車在安全運(yùn)行狀態(tài)下的制動(dòng)器溫度閾值（通常取260℃）作為控制指標(biāo)。

結(jié)合課題《高等級(jí)公路長(zhǎng)大下坡路段安全性評(píng)價(jià)及改善對(duì)策研究》在該項(xiàng)目進(jìn)行的載重車實(shí)車溫升模型實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的回歸分析，構(gòu)建出連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段實(shí)載車輛制動(dòng)轂溫度預(yù)測(cè)模型，分別預(yù)測(cè)兩處長(zhǎng)大下坡路段下坡車輛載重40t、50t、60t情況下行駛速度為50km/h、60km/h、70km/h和75km/h時(shí)無(wú)輔助制動(dòng)的制動(dòng)器溫升情況。

制動(dòng)轂溫度變化為：第一段下坡段原高速50t載重下坡行駛速度在50km/h、60km/h、70km/h和75km/h時(shí)，其坡底制動(dòng)器溫度超出了溫度閾值260℃，分離新建線溫度則一直處于260℃內(nèi)。當(dāng)以60t超載情況下分別在相同速度行駛時(shí)，原有高速在距坡底還有1/3路程時(shí)溫度已超出260℃，分離新建線僅在坡底溫度超出260℃，主要原因是下坡距離太長(zhǎng)，出于安全考慮，根據(jù)地形條件同時(shí)結(jié)合溫度、運(yùn)行速度的變化，設(shè)置了降溫池和避險(xiǎn)車道等設(shè)施，并加強(qiáng)連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段的預(yù)告與警示、控速限超與防護(hù)措施避免交通事故的發(fā)生。

第二段下坡段原高速同樣車輛載重下坡行駛速度為60km/h、70km/h和75km/h時(shí)，坡底制動(dòng)器溫度均已超出了溫度閾值260℃，分離新建線溫度則未變，一直保持在260℃內(nèi)。

四、降坡方式

降低縱坡有兩種方式，第一種是降低起終點(diǎn)間高差，通過(guò)降低坡頂高程或抬高坡底高程，達(dá)到減緩縱坡的目的，即變相延長(zhǎng)里程，但里程在起終點(diǎn)處向本段坡長(zhǎng)范圍外延伸；第二種是在高差不變、起終點(diǎn)不變的情況下迂回展線，通過(guò)延長(zhǎng)坡長(zhǎng)達(dá)到減緩縱坡的目的。研究該項(xiàng)目?jī)啥伍L(zhǎng)陡縱坡的地形與既有路狀況，發(fā)現(xiàn)兩段存在一個(gè)共同特點(diǎn)，即坡頂原高速均設(shè)置了隧道，進(jìn)口段設(shè)置反坡減短隧道長(zhǎng)度。

在方案擬定中，結(jié)合地形條件，第一段單獨(dú)采用以上兩種方式都不能完全達(dá)到預(yù)期的降坡效果，只有綜合兩種方式，即通過(guò)提早降坡、抬高坡底橋面高程、利用有利地形展線增加坡長(zhǎng)，通過(guò)繞行，新線比原高速長(zhǎng)出1km，推薦路線長(zhǎng)度14.4km，降坡291.6m，平均縱坡2.03%。

第二段不用特意展線，只通過(guò)提早降坡、抬高坡底高程即可達(dá)到預(yù)期。推薦路線長(zhǎng)度8.2km，降坡141.5m，平均縱坡1.73%。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著汽車貨運(yùn)向大型化發(fā)展，一些山區(qū)高速公路長(zhǎng)大下坡路段事故集中，事故原因調(diào)查、調(diào)查與分析、平縱方案擬定是該類改造工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，本文以青蘭高速山西境黎城至長(zhǎng)治段拓寬改造工程的研究成果為依據(jù)，科學(xué)分析了長(zhǎng)大下坡存在的問(wèn)題與交通組成發(fā)展變化的關(guān)系，通過(guò)研究長(zhǎng)大縱坡坡度、坡長(zhǎng)與汽車載重、車速、制動(dòng)轂溫度之間的關(guān)系，提出以制動(dòng)轂溫度不超過(guò)260℃作為縱坡指標(biāo)的控制標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)該項(xiàng)目通車數(shù)年來(lái)的運(yùn)營(yíng)檢驗(yàn)，達(dá)到了消除安全隱患的目的，取得了良好的應(yīng)用示范效應(yīng)，對(duì)山區(qū)高速公路改擴(kuò)建具有指導(dǎo)意義。