山區高速公路長大下坡設計思路探討

賈金龍

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京　100097)

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山區高速公路長大下坡設計思路探討

賈金龍

(中國公路工程咨詢集團有限公司，北京100097)

摘要:通過大貨車升溫模型，研究了連續制動對剎車轂安全性能的影響，確定了山區高速公路豎向設計的極限指標，并采用螺旋展線、橫斷面加寬及完善交通安全設施等多項措施，最大限度的減小長大下坡的安全隱患。

關鍵詞:高速公路，長大下坡，溫升模型，螺旋展線

1　長大下坡的定義及安全問題

高速公路連續下坡路段平均縱坡對應的坡長大于表1規定時為長大下坡路段。

表1　高速公路長大下坡路段的界定標準

連續長大下坡存在一定的安全隱患，根據我國連續下坡路段的事故調查結果統計，此類道路具有以下三方面共性特征:1)道路安全設施欠缺、轉彎半徑較小、彎視距不良等隱患增加了連續下坡的事故率。2)貨場事故發生在連續下坡下半段的機率更大。3)我國大貨車超載情況普遍，絕大多數長大下坡事故車輛為超載貨運車輛。而貨車制動失靈是主要事故原因。

2　長大下坡豎向技術指標分析

在傳統的設計中，對于高差較大的道路設計中充分考慮汽車特別是重載貨車的動力性，根據爬坡能力來選取各項指標，《公路路線設計規范》中關于坡長的規定也是基于貨車爬坡行駛需要而制定的，相應的還有爬坡車道設置的規定。

貨車爬坡是設計考慮的一個方面，爬坡快慢、爬坡車道的設置有可能影響道路的通行能力，服務水平，雖然有可能對交通事故率有一定影響，和下坡行駛難以控制速度而產生的道路事故率相比甚至可以忽略。

對于高差較大高速公路的設計，設計重點轉移到對下降坡方向的研究，重點是保證下坡行駛車輛行車安全。我們研究的重點是車輛制動效能的恒定性，在長下坡道路行駛過程中，縱坡度對車輛制動影響最大。車輛勢能逐漸轉化為動能，不停剎車降速致使剎車片溫度升高而失靈，最終釀成事故，必須找到合理的豎向設計，控制勢能逐漸轉化為動能的過程不致過快，使得剎車片溫度雖升高但始終在安全范圍內。

3　案例分析——以國道110北京段為例

3．1工程概況

國道110(北京昌平—延慶段)高速公路位于北京市延慶區和昌平區，該道路為北京市西北方向貨運通道，重型貨車較多，且超載嚴重。國道110山區段路線由延慶縣蓮花嶺至昌平區德勝口，兩側均為高山，高差較大，自然坡降為3．83%，該道路設計速度80 km/h，山區段高差414 m，直線距離12．2 km，平均坡降3．4%。

3．2實驗研究剎車溫度變化分析

通過車輛實驗研究代表車型的剎車片溫度變化，得出剎車轂溫升模型。分析方法為采用“貨運車輛制動?溫升模型”進行制動?在連續下坡運行過程的溫度變化進行模擬，根據模擬結果對連續下坡安全性進行評估。

大貨車在不同坡度、坡長行駛中的剎車片溫度變化分析結果詳見表2。

表2　警戒溫度、危險溫度坡長坡度對比表

根據如上實驗研究，本項目需克服400 m左右的高差，當平均縱坡大于2．3%時，車輛未行駛到坡底部，剎車片溫度升高至危險范圍。因此，通過溫升實驗及相應分析，本項目平均縱坡需要小于2．3%。

3．3螺旋展線研究

1)路線敷設。受控于自然地形高差的限制，路線要達到19 km左右的長度，必須進行回頭展線，如設計速度為80 km/h，“回頭曲線”的半徑及長度必須達到一定的長度，由于平面布置的限制，路線本身回頭上下跨線，進行螺旋展線。在安全性設計指導下，由于高差及坡度的矛盾，這種展線方式在高速公路的布線設計中得到越來越廣泛的應用。

2)螺旋展線實例。a．云南鹽津縣艾田鄉境內的水(富)麻(柳灣)高速公路，通過老店子1，2號隧道上下跨線，進行螺旋展線。b．四川雅安至西昌高速公路通過拖烏山時，直線距離12．35 km，高差729 m，通過鐵寨子1號隧道、干海子隧道螺旋展線。c．四川汶川—馬爾康高速公路設置4 km螺旋隧道進行展線。d．四川雅安—康定高速公路設置4個4 km～1 km螺旋隧道進行展線。

3)本項目螺旋展線設計。本項目通過南臺子隧道、黃花峪隧回旋，道路線進行螺旋展線，使整個路線長度達到19．6 km。具體螺旋展線部分技術指標:平面線形:卵形曲線，R795．7 m+R700 m R1 000 m;縱坡:1．0%，2．4%。a．展線長度。展線是為加長路線長度，需要足夠的長度，保證路線平均縱坡在安全范圍內。b．平曲線。螺旋展線通過隧道橋梁完成，平面布置曲線半徑盡量舒展。

右轉向的轉彎隧道當R＞340 m時停車視距是可以保障的，左轉向轉彎隧道當R＞580 m時停車視距是可以保障的。

4)橫斷面安全分析。長大下坡路段設計中，橫斷面設計影響車輛行駛安全。橫向寬度對車輛的安全是有一定影響的，特別是緊急停車帶寬度，對大型車輛的停車和外側行車道安全行車起很大作用。本項目采用分離式路基，行駛車輛主要是重型貨車。國道110設計速度80 km/h，道路斷面按此設計速度標準布置，考慮車型設計，左側硬路肩寬度1．0 m，大于規定一般值;右側硬路肩寬度采用3．5 m，也是主要考慮大型車輛停車時對行車的影響。

本項目貨車比例達到100%，路側停車的機率大于一般公路，這種現象對車輛運營影響很大。不但標準橫斷面布置很重要，根據地形在路肩以外適當位置填筑一些停車平臺，也是于運營安全十分有利的布置。

5)交通安全設施分析。a．避險車道。根據公路路線設計規范，連續長陡下坡路段，危及運行安全處應設置避險車道。避險車道設置位置應選擇在車輛容易出現剎車失靈路段。本項目采用“貨運車輛制動?溫升模型”進行制動?在連續下坡運行過程的溫度變化進行模擬，從而得到剎車失靈路段位置，具有針對性的設置避險車道。b．停車降溫區。因為剎車溫度高造成剎車失靈，所以發生危險前，停車檢查、降溫是非常必要的。國內外均有此案例，如:在美國，坡頂設置剎車檢查站已經作為連續下坡有效的安全措施寫入了國家道路設計標準，即綠皮書《公路與城市道路幾何設計》。澳大利亞、加拿大通過法律強制貨車進入剎車檢查站接受檢查;澳大利亞剎車檢查站為使駕駛員更情愿使用，提供洗浴、休息床位等免費服務。因此，本項目為解決長大下坡段車輛剎車降溫，可以布置兩處停車降溫區。c．交通工程。通過交通工程手段提高駕駛員的心理重視程度，有助于減少事故的發生。針對速度過高引起的事故，設置減速標志和采取減速措施，加入警告、禁止等標志或設施也是必要的。常規的標志、標牌、標線、誘導設施等更是必不可少的。

針對連續長大下坡道路，以車輛運行安全為指導思想，豎向設計先于平面線位布置，以平縱等設計指標控制運行速度，是山區長大下坡道路設計思路的一種探討。

參考文獻:

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［5］ 潘兵宏，楊少偉，趙一飛．山區高速公路長大下坡路段界定標準研究［J］．中外公路，2009(6):6-10．

中圖分類號:U412

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0146-02

收稿日期:2016-04-06

作者簡介:賈金龍(1978-)，男，工程師曲線半徑應保證在一般最小半徑左右。c．視距。對于V=80 km/h的道路隧道右轉半徑R＞338．8 m(停車帶寬度3．5 m，縱坡小于3%)，橫向凈寬度可滿足視距要求。

Inquiry on long and steep downgrade design concept of mountainous highway

Jia Jinlong
(China Highway Engineering Consulting Group Co．，Ltd，Beijing 100097，China)

Abstract:Through large truck temperature raise model，the paper studies the impact of continuous braking upon brake hub security performance，determines vertical design limit index of mountainous highway，and applies spiral extension line，horizontal section widening and improving traffic safety equipment and other measures，so as to reduce long and steep downgrade safety hazards as much as possible．

Key words:highway，long and steep downgrade，temperature rise model，spiral extension line