冰雪天氣嘉紹特大橋安全行車控速標準

盧世昌 趙一飛

（1.嘉紹大橋管理局，浙江 紹興 312356 2.長安大學，陜西 西安 710061）

一、工程概況

嘉紹大橋是嘉紹通道跨越錢塘江入海口的關鍵性工程，全長10.137km，橋面寬為40.5m，雙向八車道，設計時速100km，設計車輛荷載等級為公路I級，地震基本烈度為VI度，10min時距最大風速為39.3m/s，主橋長2680m，分為5個主通航道，最寬達55.6m（包括布索區），是當今世界上最長、最寬的多塔斜拉橋。

杭州灣區域氣象條件復雜，每年都受臺風影響，沿海地區獨特的小氣候帶來的高溫、團霧、濃霧、大（臺）風、雷暴雨、雪天、冰凍等災害性天氣直接危及車輛的安全運行。嘉紹大橋運營管理方雖然參照國內類似跨海大橋制訂了冰雪天氣應急預案，但沒有經過系統理論研究驗算，預案中冰雪天氣狀況下安全行車速度標準值的設定缺少理論依據，而過于嚴格或過于寬松的控速要求均利于大橋行車安全，為此，十分有必要開展相關研究。

二、冰雪天氣對行車安全的影響

（一）冰雪天氣情況調查

根據開通五年來天氣情況的統計數據，嘉紹大橋一般平均每年共有6天左右出現降雪天氣，集中在冬季，其中1月份最多，為3天，2、3、12月份各有1天。且平均年共約有13天出現冰凍天氣，集中在冬季，其中1月份有6天，2月份有4天，12月份有3天。

（二）冰雪天氣對交通安全的影響

除道路設計因素，降雪與冰凍對嘉紹大橋行車交通安全的影響主要從三個方面考慮。

1.路面狀況因素

根據路面上留存的降水物的特點，冰雪天氣路面狀況可分為積雪、冰水混合狀況、積冰、積水、潮濕五種路面狀態。道路路面狀況對駕車行駛有較大的影響，特別是積冰路面對行車安全影響最甚，積雪路面和冰水混合路面次之，潮濕路面相對影響較小，大橋排水設計優良，可以不考慮積水影響。

冰雪對行車交通安全的影響主要有兩方面，一是冰雪使道路的摩擦系數極大降低，二是降雪會降低水平能見度，影響駕駛員的視線。

①冰雪對道路摩擦系數的影響

氣溫0℃以下降雪天氣過后，路面積雪易形成冰或冰雪混合物層，若不及時清除，將嚴重影響跨海大橋的交通安全。冰雪路面濕滑堅硬，摩擦系數比干燥路面低很多，一般其附著系數僅為干燥路面的1/8～1/4。根據有關研究，冰雪路面的附著系數為0.15～0.3，與干燥狀態瀝青混凝土路面附著系數0.7～0.8的差別很大。

當車輛行駛在冰雪路面上，隨著車速的增加，車輪與路面的附著力隨之減小，當遇到緊急情況時，緊急制動很容易引起側滑、甩尾甚至追尾、連環相撞等惡性事故，而且制動距離要比在正常干燥路面大大延長，是一般干燥路面的2倍～4倍；若在上坡路段起步，容易出現車輛打滑現象。

②降雪對能見度的影響

在降雪天氣行車時，飄舞的雪花會影響駕駛員的視線，可視距離降低；降雪過后，路面積雪對陽光的反射可達到95%，強烈的反射陽光到達駕駛員眼后，易使駕駛員產生眩光，并出現短暫的視物模糊不清的狀況。另外，道路表面的積雪會覆蓋路面原有的坑洼路段等障礙物或危險點，當道路標志標線上覆蓋有積雪時，駕駛員很難在短時間內視認清楚并作出相應的反應。

上述的一系列因素使駕駛員很難準確的判斷路況及道路標志標線，對行車交通安全極為不利，容易發生事故。

2.駕駛因素

一是“四超”，即超速、超員、超載、超車。在冰雪天氣下，機動車車速過快往往是交通事故發生的起因。駕駛員超速容易造成車輛行駛緊急制動距離呈指數增加，大大增加危險性。超員與超載均易造成車輛制動性能下降，穩定性變差，遇緊急危險情況時，制動距離增長。同時，轉向避讓則極易造成車輛側翻。另外，超車或隨意變換車道會造成后車來不及采取措施，也增加了交通事故發生的概率。

二是未保持安全車距。在冰雪天氣情況下，受飄雪影響能見度降低，可視距離縮短；雪后晴天，車道上的積雪或積冰在陽光照射下產生的眩光會造成駕駛員出現短暫的視物模糊不清等狀況。這一系列因素使得駕駛員難以正確判斷與前車的間距，大大提高了追尾碰撞的可能性。

3.車輛因素

車輛制動因素。車輛在高速公路行駛，如果車輛突然制動、變速或轉向，容易造成車輛失去控制，側滑甚至翻車引發交通事故。因而優良的制動系統技術性能是行車安全的基礎保障。

輪胎因素。在冰雪路面上行車，車輪與路面的附著力大大減小，車輪承受側向力的能力急劇下降，此時，只要很小的側向力就引起側滑等不安全因素。

三、安全車速模型及測算

（一）分析研究路徑的確定

冰雪天氣狀況下不同的路面狀況對行車安全影響主因不同，應采用針對性的分析方法。長安大學劉俊德等學者認為，中小雪天氣下能見度良好，駕駛人的可視距離大于車輛停車距離，行車安全性下降主要是因為車輛與路面之間附著力減小，產生打滑現象，采用基于停車視距的限速模型來進行分析意義不大，因此宜采用車輛滑水模型進行限速分析研究；大（暴）雪時，在路面積雪前，視線能見度顯著減小，宜按照基于停車視距的限速模型分析；雪后積雪積冰情況下，此時視距良好，而路面摩擦系數顯著減小，故應根據車輛動力學原理，采用CarSim軟件進行車輛在冰雪路面上的行車仿真模擬，分析得出限速值。

（二）安全車速測算

1.中小雪天氣安全車速測算

在中小雪情況下，路面沒有積雪，與雨天情況類似，采用車輛滑水模型進行限速分析研究。根據國內外滑水模型，對各個滑水臨界速度預測模型的分析，可認為轎車的滑水臨界速度為80km/h。鑒于嘉紹大橋的排水設施較為完善，因此水膜一般不會太厚，通常將速度限制在80km/h左右即可防止各類車輛發生滑水現象，保證行車的安全性。

2.雪天(未積雪)安全限速計算

雪天重要路段的安全車速。當降雪達到大雪、暴雪時，能見度顯著減小，此時對車輛的安全車速計算要綜合考慮路面摩擦系數和能見度的影響。

考慮坡度影響的雪天環境下，安全車速模型為：

式中：i—路段縱坡（%），上坡數值為正，下坡數值為負。

S—停車視距，m；

f—車輪與路面間摩擦系數，積雪條件下按0.3取值，積冰條件下按0.15取值；

v—能見度為S，縱向摩擦系數為f時的安全車速。

嘉紹大橋最大縱坡為2.4%，故根據基于停車視距的限速模型，可得在最不利情況下即縱坡為2.4%時，不同能見度下的限速值如表1所示。

對于平曲線段，嘉紹大橋的設計標準較高， 最小平曲線半徑為5500m，對安全車速影響可不考慮。

3.積雪積冰路況下的安全車速測算

表1 雪天不同能見度下2.4%坡度路段的限速值

CarSim是專門針對車輛動力學的仿真軟件，主要用來預測和仿真汽車整車的操縱穩定性、制動性、平順性、動力性和經濟性。

采用CarSim仿真軟件建立整車動力學模型、路面模型及車—路耦合模型，模擬車輛在積雪路面和積冰路面狀況下的行駛狀況，分析車輛不同的行駛情況。

路面模型選取二維平整路面，仿真通過按照不同路況路面試驗需要，改變摩擦因數值，建立相應的路面模型。由于積雪和積冰對路面的摩擦系數影響較大，設積雪情況下的道路摩擦因數為0.3，積冰情況下的道路摩擦因數為0.15即可。

建立模型后，分別模擬車輛在積雪和積冰的路面狀況條件下，在不同車速行駛條件下的制動情況，以制動過程中的制動距離為安全評價參數，得出不同車速下的制動距離， 如表2所示。

在積冰和積雪的情況下，不同行駛速度車輛的安全距離，如表3所示。

表1為考慮能見度的嘉紹大橋雪天情況下的限速值；通過分析比較表2和表3的結果，取限速較為安全保守的情況，得雪天嘉紹大橋的限速值如表4所示。

4.嘉紹大橋冰雪環境下限速建議值

當橋面氣溫低于3℃時，橋面降雪可能產生積雪，根據表4得出的數據進行對原雪天應急預案進行調整，如表5所示。

表2 不同車速下積雪、積冰路面的制動距離

表3 不同車速下積雪、積冰路面的安全距離

表4 雪天環境下嘉紹大橋的限速值

表5 嘉紹大橋雪天應急預案的限速

表6 嘉紹大橋冰凍應急預案的限速

嘉紹大橋冰凍應急預案的限速措施考慮應用到實際中可操作性強，結合氣溫與結冰的關系，根據表2和表3得出的數據進行調整，如表6所示。