高速公路安全設施設計的關鍵因素

陳德源

(廣西交通科學研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

在高速公路的運行過程中，安全問題一直都是備受人們關注的重要問題，尤其是屢屢見諸報端的各起高速公路交通事故，更是給高速行車安全敲響了警鐘。良好的安全設施設計能夠為高速安全行車帶來一定的指引和保障，在高速公路配套設施的設計中，安全設施設計必須要引起我們的重視。由于高速公路分布廣、線路長，所處的施工環境、交通流量大小等都有很大不同，這些因素都是影響高速公路安全設施設計的關鍵因素，要想設計更加科學可靠的安全設施，就必須要考慮到這些關鍵因素，并結合實際進行設計優化，加強統一管理，提高高速公路安全設施設計水平。

1 影響高速公路安全設施設計的關鍵因素

對于高速公路而言，每個路段所處的環境都不相同，這使得高速公路的施工建設方案也有很大差異，這些差異之處都是高速公路安全設施設計中應當考慮的關鍵因素?？梢哉f，只有滿足高速公路安全運行需求的安全設施設計才是最合理的設計。具體來講，影響高速公路安全設施設計的關鍵因素主要有以下幾點：

1.1 公路設計的技術標準

基于各地地形地質及其他條件的影響，不同路段的高速公路所采用的公路設計技術標準是存在差異的，而在設計與之相配套的安全設施時，也應當根據實際需求進行合理設計。例如在平原地區、山丘地區、山嶺地區的高速公路的安全設施設計時，應當根據公路設計的行車速度科學計算和合理設計限速標志的內容，根據路基寬度來設計相應的公路標線。如果是半幅高速公路，還要考慮到其行車條件的特殊性，從而按照特殊方案進行安全設施設計。

1.2 公路工程基本條件

安全設施的設計應當考慮高速公路工程的基本條件，如地質條件、路基類型以及是否經過橋梁和涵洞等。在設計高速公路的護欄時，可以設計為混凝土護欄、波形梁鋼護欄或纜索護欄等，具體應當根據地質條件，選擇最經濟、安全的護欄材料。若受資金限制，無法全路段都設置護欄，則可以根據路基的類型來確定是否需要設置護欄。一般如果挖方連續超過100 m則可以不設置護欄，或者填土高度<3 m且邊坡≤1∶1.5也可以不設置護欄。若高速公路通過橋梁、涵洞，則無論是護欄、防護網或是視線誘導標志等所有安全設施設計，都要與橋梁、涵洞設計相互協調，以最大程度的相互匹配，使其所發揮的安全作用最大化。

1.3 路線特點

有些高速公路的路段較為復雜，存在平曲線、豎曲線及橫坡等情況，這種路段的行車條件較差，為了保證行車安全，必須要設置一定的限速標志或其他警示標志，以引起駕駛員的注意，同時還要設計合理的標線來配合標志設計，最大程度發揮安全設施的安全保障作用。另外，出于通視因素的考慮，在一些特殊路面所設置的特殊標線應當選擇在較為平緩的地面，如三車道過渡段的斑馬線，就不能設置在較大縱坡路段。如果為長直線路段，或者周圍的景物比較單調，為了引起駕駛員的注意力，避免視覺疲勞，應當適當設置限速標志、車距確認標志和地點距離標志。

1.4 互通立交

高速公路中的互通立交與市內互通立交相比，安全隱患更多。再加上此處的地形較為特殊和復雜，極易導致駕駛員行錯道，或在分叉口緊急停車，從而引發交通事故。對此，互通立交出(入)口處應當設置多級出(入)口預告和出(入)口標志，同時設計相應的標線來配合標志的使用，使駕駛員可以盡早判斷行車路線，提前變道，避免安全事故發生。

1.5 交通流量

一般情況下，在高速公路上交通流量大的地方安全隱患更大，因此在安全設施的設計過程中，應該充分考慮到路段的交通量大小、車輛組成以及車速，并分析可能發生的事故類型，合理設計交通標志的內容、板面尺寸和字體大小、標志之間的間距大小、標線設置，并從技術和經濟兩方面考量，科學設計護欄類型，從而最大程度地保證行車安全。

1.6 收費站及服務區地設施系統

收費站和服務區是高速公路配套設施的重要組成部分，每個長途行駛的車輛都需要經過這兩個地方，車流量大、路況更復雜。對于收費站和服務區的標志設計和導流標線設計應當更加明確詳細，設置多級指示標志，幫助駕駛員提早打算，減少擁堵，避免交通事故發生。

1.7 沿線的氣候環境

高速公路經過的各地區氣候、環境迥異，在進行安全設施設計時，也要考慮到氣候、環境這一因素。例如高速公路若穿過村鎮或人口居住較為密集的地區時，所設置的隔離柵應當設計為紡織網型，以避免兒童或家禽闖入高速公路上引起安全事故。同時交通標志的設計要考慮到當地最大風速，以保證標志設置的穩固性。

2 高速公路安全設施設計的優化——以護欄為例

高速公路安全設施包括交通標志、交通標線、護欄、隔離柵、防眩設施等很多類型。護欄是其中十分重要的組成部分，若護欄的設計不合理，不但不能起到安全保護作用，反而會使護欄成為路側障礙物和危險物。只有設置的位置合理，才能避免車輛碰撞，降低交通安全事故。護欄設計的優化對象主要有以下幾個：

2.1 橫向偏位

護欄的橫向偏位主要是指護欄與行車道邊緣區域之間、護欄與障礙物之間以及護欄與變坡點之間的距離。事實上，對于行車安全而言，護欄本身也屬于路側障礙物。為了避免護欄對行車造成影響，應該將護欄設置在避讓線以外，并且根據不同的車速，護欄與避讓線之間的距離也有所不同(見表1)。

值得一提的是，在實際的設計中，護欄與車道之間的橫距設計也應該考慮到實際條件。不能只考慮增加護欄與車道之間的距離，也要考慮護欄與被防護障礙物之間的距離，要為護欄提供足夠的變形空間，以保證護欄充分發揮其防護作用。尤其當被防護的障礙物是剛性物體的情況下，更應該考慮其與護欄之間的距離，以免車輛將護欄撞變形后由于護欄變形空間小而又與剛性物體相撞，造成較大的傷亡損失。在邊坡處也同樣需要考慮到護欄的變形空間(見圖1)。

圖1 護欄橫向設置的位置示意圖

2.2 護欄的變形量

如上所述，護欄在受到撞擊后產生的變形量是護欄設計時需要考慮的關鍵因素之一。如果護欄的防護對象是橋墩或混凝土桿狀等剛性物體，則所設計的護欄在被車輛撞擊后發生的變形量應當小于護欄與物體之間的距離。只有這樣，才能避免車輛撞擊到護欄后再次撞擊物體。若受地形限制，無法擴大兩者之間的距離，則可以通過加密護欄立柱等其他處理方式來提高護欄剛性，減小其變形量。目前我國關于防撞等級護欄最大動態變形量的相關統一標準見表2。

2.3 地形條件

在行車過程中，若車輛因故撞擊護欄，只有撞擊時車輛未發生側翻、懸掛系統未發生太大變形時，護欄才能發揮最大防護作用。這就需要在設計護欄時，考慮行車道與護欄之間的地形條件這一關鍵因素，因為其會對護欄碰撞性能產生很大的影響。主要應考慮路緣石和邊坡坡度兩方面：

2.3.1 路緣石

若行車道與護欄之間有路緣石，車輛在失控后撞向護欄的過程中，其運動軌跡會與車輛尺寸、懸掛系統、撞擊速度與角度、路緣石的高度與形狀等因素有極大關聯，在分析護欄的防護作用時，應該充分考慮到車速及其撞擊護欄后產生的后果，通常時速高的路段都不建議設置路緣石，尤其不建議將路緣石和護欄一起使用。但是若必須要兩者共同使用，則在設計中應當要求路緣石高度<100 mm，若超出100 mm，則要適當提高護欄的剛度。要求路緣石與護欄面齊平或位于護欄面之后；路緣石與混凝土護欄聯合使用應盡量避免，尤其是路緣石在具有一定斜坡的混凝土護欄前使用；如果準備大量采用某種路緣石護欄組合結構，就需要進行實車碰撞試驗來評估路緣石護欄組合應用情況下的護欄安全性能。

2.3.2 邊坡坡度

在高速公路護欄設計方案形成后，一般需要進行相應測試以驗證設計的可行性。但目前多是在水平地形條件下進行設計方案測試，而在實際的高速公路中，護欄可能會被設置在有坡度的地形條件下，這樣就產生測試結果誤差。尤其是當坡度超過1∶10時，一旦車輛失控撞向護欄，則極易導致車輛跨過護欄，或者碰撞點非常低，使得護欄失去原本的防護作用。另外，護欄橫梁可以實現向后彎曲，當車輛撞擊到護欄上后，這個彎曲度會相當于一個斜坡，導致車輛越過護欄，同樣可以使護欄失去防護作用。對此，在設計護欄時，應該設置在坡度不超過1∶10的邊坡上。如果坡度超過1∶6，則設置護欄就沒有太大意義，若必須要設置，也可以通過增大預留側向空間余量的方式來增大護欄防護作用。

3 結語

總之，高速公路的安全設施設計并不是簡單的將交通標志立在路邊，也不是隨意劃分導流標線，而是應當充分考慮到影響行車安全的各個關鍵因素，并通過安全設施來將這些信息反饋給駕駛員，從而最大程度地發揮安全設施的安全保障作用。因此，在設計安全設施時，應該結合路線的實際情況和公路工程條件，不斷對設計方案進行優化處理，提高高速公路安全設施設計水平。