山區(qū)公路長大下坡路段避險車道設(shè)置的分析與評價研究

■賴世桂

(福建省龍巖市公路局，龍巖 364000)

山區(qū)公路交通事故主要集中在長大下坡路段，且事故后果嚴重，其安全問題引起了各方面的高度重視。為預防和減少長下坡路段交通事故，我國近年來借鑒國外經(jīng)驗和實踐，在山區(qū)公路長下坡事故多發(fā)地點設(shè)置避險車道等工程措施來改善交通安全，取得了良好效果。然而，我國避險車道設(shè)置和設(shè)計還缺乏深入的理論和實踐研究，設(shè)置原則模糊隨意性大，一方面由于有的建成的避險車道利用率比較低，造成資金和土地資源的巨大浪費，另一方面由于該設(shè)的地方未設(shè)，交通安全隱患依然存在。

因此，本文針對龍巖山區(qū)的地形特點，以G319 線吊鐘巖-中心坑長下坡路段避險車道工程為例，通過深入的理論和實踐，展開了對山區(qū)公路避險車道和設(shè)計方法的研究，以期更好地指導山區(qū)避險車道的設(shè)置和設(shè)計，提高山區(qū)公路的安全服務(wù)水平。

1 山區(qū)公路安全分析

1.1 山區(qū)公路交通事故特征

山區(qū)公路往往彎多坡陡，由于地形限制和資金困難，一些路段采用了規(guī)范的極限值，技術(shù)標準較差，成了道路安全的“黑點路段”，加之未按規(guī)定讓行、超速行駛、酒后駕駛、違法會車、違法超車等交通違法行為，容易釀成交通事故，如G319 線吊鐘巖-中心坑路段，由于資金不足等原因，全路段坡長坡陡彎多彎急，局部路段達不到原設(shè)計的二級公路標準。該路段自建成通車以后就事故不斷，其中7km 多的長下坡集中了事故的大部分，且多為重大或特大事故。據(jù)統(tǒng)計，龍巖山區(qū)公路長大下坡路段的事故具有如下特征：

(1)事故路段分布以長下坡和急彎陡坡路段為主，且集中在長下坡的后半段的彎道附近；

(2)有53%的事故與重型車有關(guān)，事故原因60%以上是剎車失靈，相當部分車輛存在超載現(xiàn)象，在發(fā)生的重大和特大事故中有71%為外地車輛，這與駕駛員對地形路況不熟有直接的關(guān)系；

(3)事故形態(tài)以自翻、追尾和沖出路外為主，事故車輛絕大多數(shù)表現(xiàn)為剎車失靈;

(4)白天和晚上事故頻率基本上相同。

從國內(nèi)其他山區(qū)公路如國道312 線咸水一級公路、云南玉元(玉溪至元江)高速公路長大下坡路段的事故特征看，也具有相似性[1][5][8]。

1.2 長下坡路段事故成因分析

山區(qū)公路交通事故多發(fā)是人、車、路和環(huán)境綜合作用的結(jié)果。車輛在連續(xù)長大下坡路段上行駛中行車制動器連續(xù)作強制動，使得制動器溫度急速提升，由美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的坡度嚴重度分級系統(tǒng)[2](Grade Severity Rating System—GSRS)顯示，當剎車轂溫度達到極限溫度500F(260℃)以上時，制動器制動效能“熱衰退”現(xiàn)象急劇增加[7]，最終釀成事故。具體來說，長下坡路段事故原因主要如下：

(1)人的因素

違章駕駛是道路交通事故的主要原因，其次是操作不當，如空檔下坡、避讓不當?shù)取４笮蛙囕v在長下坡段應(yīng)使用低擋位，采用發(fā)動機輔助制動來平衡于車輛自重帶來的下坡力，以減輕其行車制動器的負荷強度，但駕駛員往往出于經(jīng)濟利益考慮，抱著僥幸心理，忽視了行車安全。

(2)車的因素

主要是指車況，特別是車輛的制動性能，其次是超載。公路最大縱坡和坡長限制以及在長距離下坡路段的平均縱坡限制，都是依據(jù)典型車輛運載標準重量貨物的情況下得出的，但實際公路貨運中，車輛貨運超載的現(xiàn)象屢見不鮮，屢禁不止。

(3)路的因素

主要是指道路的服務(wù)性能的好壞。由于工程造價和客觀因素的影響，一些山嶺區(qū)公路采用了規(guī)范的極限值，造成一些先天不足的事故黑點路段。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，即使道路的平均縱坡僅4%，但坡長6km，連續(xù)下坡事故也時有發(fā)生。因此深究規(guī)范中坡度、坡長規(guī)定指標的合理性是有必要的。

(4)環(huán)境因素

主要是路側(cè)違章建筑或未及時修剪的植物、非路標志等遮擋視線造成視距不良，其次是灑漏污染影響了路面的正常使用。

2 G319 線上杭中心坑避險車道設(shè)置實例

2.1 工程概況

國道319 線吊鐘巖-中心坑路段按二級公路標準設(shè)計，設(shè)計行車速度40km/h，路線全長25.79 km，其中下坡總長7317m，路段相對高差達340.05m，平均縱坡為4.33%，共有77 個平曲線，由于受山區(qū)地形條件的限制，路段平曲線多處采用了“S”型曲線，其它線形包括“C”型和卵型，路線呈折線形由龍巖往長汀方向逐漸降低，平面線形相對較差。路段的縱斷面示意圖見圖1，長下坡路段坡長和平均坡度見表1。

圖1 G319 線上杭中心坑段縱斷面示意圖

表1 連續(xù)長下坡路段平均縱坡和坡長

2.2 評價與設(shè)置分析方法

根據(jù)交通運輸部《公路安全保障工程實施技術(shù)指南》[3]和《公路項目安全性評價指南》[4]提出的評價方法評價路段的線形設(shè)計、運行速度協(xié)調(diào)性，根據(jù)可能速度的計算及評價指標評價可能速度的協(xié)調(diào)性，并以現(xiàn)場實車試驗得到的典型貨車在該下坡路段行駛時，其主制動器的溫度變化曲線提出制動器溫升評價等多種評價方法進行分析，為避險車道的選址設(shè)置提供依據(jù)。

2.3 設(shè)計符合性評價

根據(jù)《公路項目安全性評價指南》[4]提出的評價方法對路段的設(shè)計符合性進行計算分析，見表2。

表2 中心坑路段的坡度超限表

從表2 和表3 可知，線形設(shè)計較差的路段主要為K250+006 ～K250+990、K247+393 ～K247+730、K248+042～K248+545，這些路段設(shè)計標準均超過了規(guī)范的相應(yīng)要求，特別是K250+006～K250+990 作為長下坡段的一部分，路段安全性明顯比其他路段低，需要進行完善交通安全保障工程。

2.4 基于運行速度的協(xié)調(diào)性評價

根據(jù)《公路項目安全性評價指南》[4]提供運行速度預測模型，計算各分析單元的運行速度值，并以此為縱坐標，路線里程樁號為橫坐標，繪制出沿線運行速度變化斷面圖(僅僅示出K247～K252 段)，如圖2 所示：

根據(jù)《公路項目安全性評價指南》[4]提供的評價標準，結(jié)合實測的運行速度，如計算結(jié)果相臨路段的運行速度差△V85基本上均小于10km/h，說明這些路段的運行協(xié)調(diào)性是良好的；如相臨路段的運行速度差△V85基本上大于10km/h，說明這些路段的運行協(xié)調(diào)性較差,條件允許的話可對這些路段的平縱斷面作適當調(diào)整。

圖2 中心坑路段運行速度斷面圖

2.5 行車視距檢驗

基于前節(jié)計算得到的路段運行速度值，根據(jù)《公路項目安全性評價指南》[4]中提供的貨車停車視距要求計算公式，計算得該路線有四處視距檢驗不足，如圖3。

圖3 中心坑路段視距檢驗位置圖

由圖3 可見現(xiàn)有避險車道設(shè)置在K250+950 之前的K250+350 附近行車時就已經(jīng)發(fā)生停車視距不足的現(xiàn)象，避險車道的設(shè)置也應(yīng)予以考慮。

2.6 基于可能速度的危險位置評價

根據(jù)所給定的設(shè)計條件計算得到的可能速度如圖4。根據(jù)可能速度的定義——在良好的氣候條件和交通條件下，技術(shù)熟練的駕駛員駕駛汽車沿某條公路行駛時可能達到的最高速度。超出該速度，意味著車輛可能失事。由圖可知，該路段有兩處危險地段，第一個地段在樁號為K248+042 的平曲線附近(該平曲線半徑R＝90m，允許速度為68.41km/h)；第二個危險地段在樁號為K250+911 的平曲線附近(位于原設(shè)計避險車道附近)，該平曲線半徑R＝90m，允許速度為68.41km/h。而兩個危險位置相比較，K250+911 的平曲線附近危險位置顯得不利許多，是事故的黑點地段。

圖4 中心坑路段可能速度圖

2.7 可能速度、實際營運速度和預測營運速度的對比分析

根據(jù)調(diào)查得到中心坑路段大貨車車速分布，如圖5和表3。

圖5 中心坑避險車道路段大型貨車累積車速頻率分布圖

表3 中心坑避險車道路段車輛車速匯總表(K251)

由表3 可知，V85位的實際運行速度值為48 km/h。

另外，將計算所得的運行速度和可能速度繪于同一圖中如圖6。

圖6 中心坑路段計算營運速度與計算可能速度對比圖

由圖6 可知，在全路段范圍內(nèi)，計算行車速度曲線均小于所計算的可能速度值(除K251+000 附近)，后者是前者的上限值，這也說明了可能速度計算方面具有相當?shù)臏蚀_性。從實際觀測到的運行速度看，其V85等于48km/h，與該處的營運速度計算值71.65km/h 相差23.65 km/h，差值較大，可見《指南》所采用的計算公式在局部路段有較大的誤差。從實測到該路段的最大營運速度看其最大值為60km/h，與該處的最大可能速度計算值68.41km/h(相差6.41km/h)較為接近，考慮到所觀測路段內(nèi)交通流的車速與最大車速峰值的誤差后，該數(shù)值是較合理的。另外，圖中運行速度曲線在K251+000 附近接近甚至高于可能速度曲線。因此從圖中就可準確得出在路線的K251+000 附近是該路段的黑點。

以上這些分析可見，可能速度計算理論結(jié)果具有一定的準確性，可作為道路路線設(shè)計評價的有力工具之一。

2.8 制動器溫升評價

首先確定設(shè)計條件，根據(jù)對中心坑路段重型車輛的調(diào)查，確定本段路失控車輛的代表車型為東風載重貨車EQ1420W，裝備質(zhì)量12005kg，載荷質(zhì)量29800kg，滿載總質(zhì)量41805kg，該車總高2.97m，總寬2.47m。

在已經(jīng)確定設(shè)計車輛等條件下，假定車輛有基本制動裝置和輔助制動裝置，坡頂未設(shè)置制動檢查站，假定駕駛員采用了合適的檔位，通過實車試驗檢測制動器的溫度，并參照美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的坡度嚴重度分級系統(tǒng)[2]，以剎車轂溫度達到極限溫度500F(260℃)作為檢驗制動器制動效能“熱衰退”的依據(jù)。據(jù)此計算典型貨車在該下坡路段行駛時，其主制動器的溫度變化曲線(考慮工程實際各路段坡度的嚴重程度這里只計算到K251+500 處)，如圖7。

圖7 中心坑路段典型貨車制動器溫升計算曲線圖

從溫度上升曲線圖可知，車輛下坡后剎車片溫度持續(xù)升高，在樁號K250+584 位置制動器溫度開始超過260℃。由于本文是假定車輛勻速下坡并持續(xù)制動，造成其主制動器溫升曲線缺少波動。考慮實際車輛的制動方式后，其計算曲線應(yīng)在現(xiàn)有曲線附近上下波動前進。從曲線中線形看斜率較大，說明貨車在制動后的溫升速度較快，這是由于該路段縱坡較大 (平均縱坡5.5%)，造成制動的溫升較快。在樁號K250+584 位置制動器溫度超過260℃(剎車片熱衰退的經(jīng)驗性的臨界值)，并在該位置之后，由于坡度繼續(xù)延伸4 公里多，剎車的溫度繼續(xù)升高，大大超出臨界值直至坡底K255+000 附近。

2.9 避險車道設(shè)置必要性和位置的確定

綜合以上，進行中心坑路段避險車道設(shè)置必要性及選址分析：

(1)從計算運行速度圖及可能速度斷面圖的速度差值可判知協(xié)調(diào)性和連續(xù)性，協(xié)調(diào)性和連續(xù)性差的路段可能存在安全隱患；

(2)從運行速度斷面圖可判知行車平順性，行車平順性較差的路段可能存在安全隱患；

(3)從剎車片溫度的上升曲線圖看，在樁號K250+584 位置制動器溫度即已開始超過260℃；再根據(jù)可能速度分析及事故歷史調(diào)查記錄，得出K250+500 是該路段的事故黑點，多起事故在該處因為車輛制動器過熱引發(fā)制動失靈而失事。

基于以上可以得知該路段設(shè)置避險車道的必要性，并得到該路段需要設(shè)置避險車道的可能位置，然后進行優(yōu)先權(quán)分析，本路段中樁號(K250+950)附近優(yōu)先權(quán)等級最高，因此為設(shè)置避險車道的最佳位置，樁號K250+600 附近車輛剎車溫度已超出臨界衰退溫度值，其行車視距又不足且又位于事故黑點附近，因此可作為該路段避險車道設(shè)置位置選擇的次佳方案。

2.10 實踐應(yīng)用

根據(jù)本文提出的避險車道的設(shè)置研究理論，G319線吊鐘巖-中心坑長下坡路段實施了避險車道依托工程。經(jīng)過跟蹤觀察與分析，結(jié)果表明，與實施前相比，該路段交通事故發(fā)生率和傷亡程度大幅減少，如實施后第一年中交通事故減少150 余起，直接經(jīng)濟損失減少782.3 萬元，經(jīng)濟、社會效益顯著。

3 結(jié)論

綜合以上研究和實踐，可以得到如下結(jié)論：

(1)運用制動器溫升評價方法，既能分析該路段設(shè)置避險車道的必要性，還能得到該路段需要設(shè)置避險車道的位置，是避險車道設(shè)置選址中較可靠的方法。綜合考慮多種路況因素進行避險車道設(shè)置必要性分析判斷的避險車道設(shè)置選址系統(tǒng)化方法，可以快速地確定各個路段設(shè)置避險車道的必要性，確定各個危險位置設(shè)置避險車道優(yōu)先順序。

(2)在工程設(shè)計階段，若同一路段相鄰的曲線半徑較小，運行速度協(xié)調(diào)性較差，應(yīng)適當調(diào)整其平縱斷面。可參照南非的《道路幾何設(shè)計手冊》的部分規(guī)定，如果下坡坡度(%)的平方乘以距坡頂?shù)木嚯x(km)超過60，且平均縱坡度超過4%的路段，應(yīng)考慮設(shè)置避險車道。

(3)為保障山區(qū)長下坡公路公路交通安全，在工程實踐中應(yīng)綜合采取交通工程措施、管理措施和工程措施，如通過標志、標線等主動引導設(shè)施和護欄等被動安全設(shè)施的交通工程措施，在坡頂強制車輛停車檢查和冷卻制動器，在下坡段設(shè)置停車休息區(qū)或在連續(xù)長大下坡路段禁止貨車通行等管理措施以及避險車道 (Truck Escape Ramps 簡稱TER)等工程措施。

[1]施青團.云南山區(qū)長下坡道路安全評價和工程措施研究[D].昆明理工大學，2005.

[2]Block.H，Theoretical studies of temperature rise at surfaces of actual contact under oilness lubricating conditions.Proceedings of General Discussion of Lubrication and Lubricants，The Institute of Mechanical Engineers 1937，2:225-235.

[3]交通部公路安全保障工程技術(shù)組.15114.1034.公路安全保障工程實施技術(shù)指南.北京：人民交通出版社.2006.

[4]中華人民共和國交通部.TJG/T B05-2004，中華人民共和國推薦性行業(yè)標準——公路項目安全性評價指南.北京：人民交通出版社.2004-11-01.

[5]劉小明.八達嶺高速公路事故多發(fā)路段的成因分析與對策研究[D].北京工業(yè)大學.2004.

[6]孫智勇，劉會學，楊峰.高速公路避險車道的安全性評價[C].交通物流：第六屆(2006)交通運輸領(lǐng)域國際學術(shù)會議論文集.大連，大連理工大學出版社，2006:658-661.

[7]余國輝.汽車制動效能的熱衰退[J].中南汽車運輸,1997(12).

[8]吳京梅.山區(qū)公路避險車道的設(shè)置[J].公路2006,(7):105-109.