福銀高速公路長下坡路段的避險車道設計研究

■林大云（福建省交通規劃設計院，福州350004）

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福銀高速公路長下坡路段的避險車道設計研究

■林大云
（福建省交通規劃設計院，福州350004）

隨著我國高速公路建設的快速發展，在山區高速公路建設過程中不可避免會存在連續長下坡路段。避險車道作為降低失控車輛傷亡率最為有效的工程措施，越來越受到重視。本文就以福銀高速公路長下坡路段避險車道設計為依托，重點介紹下坡型避險車道設計的關鍵問題，闡述下坡型避險車道的適用條件，并針對性提出增加下坡型避險車道安全性相關措施的建議。

避險車道高速公路長下坡分析設計

0引言

山區高速公路建設過程中，由于山區地形條件的復雜多變，構造獨特。同時也受自然條件以及環境制約出現長下坡路段。導致高速公路的很多路段技術指標很低，陡坡彎急，視距不足，防護設施缺乏等諸多因素產生極易造成車輛失控，而出現車禍事故。因此，在山區高速公路長下坡路段設計避險車道是一種有效的工程措施，但其設置原則模糊隨意性大，設計也缺乏科學的理論指導。山區高速公路長下坡路段的避險車道設計時，要對車輛荷載數據以及選址設置進行分析和計算研究，以期更好地指導山區避險車道的設置和設計，提高山區公路的安全服務水平。本文以福銀高速公路長下坡路段避險車道的設計及面臨問題進行分析研究。

1高速公路長下坡路段避險車道設計針對的事故車輛分析

高速公路長下坡路段事故車輛原因主要有：（1）駕駛員不當操作；（2）車輛行駛過程中制動器失效；（3）天氣或自然災害。避險車道的設計的事故車輛主要針對行駛過程中制動器失效的車輛。

從制動原理來說，制動器在制動過程中是將車輛的動能轉化為熱能。根據相關試驗：當制動器溫度不超過200°C時，車輛的制動器不會發生明顯衰減現象；當制動器溫度達到400～600°C時，車輛的制動力只能達到正常制動的20%～25%；當制動器溫度達到600°C以上時，車輛的制動力完全失效。由于大部分上路車輛均是合格產品，制動器的制動性能與車輛是配套的，很難會出現制動器失效狀態，因此制動器失效車輛的應主要是超載重車（且司機操作不當）。經分析可得出結論，高速公路長下坡路段避險車道的設置主要針對超載重車（貨車）而設置。

2長下坡路段交通事故概況及分析

福銀高速公路長下坡路段情況為金雞山隧道（K162+ 209.983，高程516.450m）至向陽隧道前1公里（K150+ 815，高程174.653m）段，路線長11.39km，平曲線最小半徑400m/1處，最大縱坡5%，平均縱坡為3%。平面圖如圖1所示。

圖1　福銀高速公路K150～K160平面圖

此段落高速公路技術標準：

（1）計算行車速度：主線為80km/h；

（2）路基寬度：主線整體式路基24.5m；

（3）路面：瀝青混凝土路面。

此段落于2004年11月通車運營。根據福建高速三明管理分公司提供的交通事故數據，從2009年1月至2012年6月，該路段共發生231起交通事故，其中死亡事故5起，造成6人死亡，5起事故中有4起發生在雨天。其中，坡底K147～K148、K151～K153和K158-K159路段事故數較多，為事故多發路段。

從K150～K160B道路段事故里程分布圖可以看出，事故主要集中在K158～K159、K151～K153和K147～K148路段。事故里程分布圖如下圖2所示。

圖2　K150～K160B道事故里程分布圖

（1）K158～K159段事故分析

該路段在坡頂位置，K158+826.70～K158+110.61為平曲線路段，平曲線半徑為500m。該路段事故統計分析情況為，小客車事故占90%，雨天事故占61%。大貨車事故不明顯，該處不需要設置避險車道。

（2）K147～K148段事故分析

該路段為大排隧道群路段，根據調研了解2012年大排隧道群進行了路面改造，改造之后事故數大幅下降。

（3）K151～K153段事故分析

該路段之前下坡路段約8km，平均縱坡為3.2%，屬于連續長下坡路段，K153～K151在坡底處，并且該段平面為連續S形曲線（平曲線半徑分別為800m、900m和600m）。該路段貨車事故僅占34%，貨車事故中晴天事故占56%。

3避險車道位置選擇

在K151～K153間經現場踏勘，適合設置避險車道有3處，分別為K151+200，K152+580，K152+980的B道右側，根據事故分析圖2可知，K152+500～K153+000是事故高發位置，從圖可判斷發生事故的車輛應在進入K153+000時候大部分已經進入失控狀態，設置于K151+ 200已經過了事故高發點已無意義，設置于K152+580事故高發點的大部分車輛已經發生事故，故設置在大部分失控車輛剛失控發生事故位置K152+980能夠盡可能地讓失控車輛進入避險車道。另外從路線技術數據上看，K152+580、K152+980剛好處在路線半徑900的圓曲線的前后緩和曲線上，對于圓曲線內大貨車容易側翻來說設置在已經出了圓曲線的K152+580比未進入圓曲線的K152+980更不利。故綜合分析認為選擇K152+980位置設置避險車道比較有利。

4避險車道入口速度分析計算

擬采用的能量計算式：

W（入口動能）=W（勢能）+W（初始動能）-W（車輪滾動阻力）-W（空氣阻力）-W（剎車摩擦阻力）-W（輔助制動裝置的阻力）

W（入口動能）=mvj2/2，W（勢能）=mgh，W（初始動能）=mv02/2，W（車輪滾動阻力）=mgFL

W（空氣阻力）=CdAtv3/76.14，W（剎車摩擦阻力）=msc △t，W（輔助制動裝置的阻力）=3.6Peng（Gti，v）/v

式中m為車輛質量，根據以上公式判斷，m取值越大，Vj越大，故根據相關數據及車輛超載的情況m取值60噸；g=9.8m/s；L，B道金雞山隧道（K162+209.983，高程516.450m）至避險車道入口（K152+980，高程248.083m）的距離，L=9230m；H，對應的高差，h=268.367m；v0，初始速度，取值80km/h=22.22m/s；F，瀝青路面滾動摩阻系數，F=0.01～0.02；Cd，空氣阻力系數，取值0.44；A，超載車輛的迎風面積，取值8m2；v，行駛速度，取值v=v0=22.22m/s；t，車量行駛時間，t=L/v=9230/22.22=415s；ms（剎車片質量）、c（剎車片比熱容）采用不同的剎車片進行試算；△t，溫差，取值580°C。Peng（Gti，v），發動機輔助制動裝置的功率，通過實驗數據獲得。

根據有關部門提供的監控數據，并按上述能量平衡原理進行速度估算、分析及長下坡不同地段至K152+980的數據進行驗算，認為避險車道入口處的設計速度采用120km/h可涵蓋大部分失控車輛的失控速度。

5避險車道制動坡床設計

避險車道漸變段起于主線樁號K152+980，設計線形采用5°的流出角直線從主線分離，漸變段長50m，過渡漸變段長90m，直線制動坡床長150m，避險車道平面圖如下圖3所示。

縱坡采用10%（42m）、15%（108m）；如下圖4所示。

避險車道寬度14.5m（含施救車道寬5.5m），制動車道采用豆礫石面層，粒徑為2～5cm，路面厚度漸變段長30米（樁號K0+090～K0+120），厚度由10cm漸變至55cm，制動坡床路面采用波浪形鋪設，車道兩側設置砼防撞欄。路基橫斷面如下圖5。

避險車道終點利用地形設置撞擊緩沖設置，如下圖6。

避險車道制動采用的計算公式：L=V2/254.27（f+i）

式中f，坡床材料滾動阻力系數，取值0.25；V，失控車輛入口速度，取值120km/h；i，避險車道平均縱坡，取值12.87%；L，避險車道坡長，計算結果為150m。

圖3　避險車道平面圖

圖4　避險車道縱面圖

圖5　避險車道橫斷面圖（單位：cm）

圖6　避險車道端部處理圖（單位：cm）

6結論

避險車道設置在K152+980B道右側無法解決所有的失控大貨車的避險問題，設置避險車道也無法圓滿解決高速公路長下坡段落容易出現失控車輛的頑疾。大量的失控車輛是因為超載車輛進入了長下坡路段，當因為建設條件等因素造成高速公路選擇了設置長下坡，為避免出現車輛失控最優的方式還是嚴格控制車輛超載。

［1］吳京梅，何勇主編.公路連續長大下坡安全處置技術.北京：人民交通出版社.