山區公路避險車道選址方法研究

高 謙，徐修婷，瓦慶標

(1.貴州省貴陽公路管理局，貴州 貴陽 550000；2.重慶交通大學，重慶 400074)

1 山區公路概況

某山區公路連續長下坡路段，起止樁號為K1500+000～K1490+500。設計速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m，雙向四車道，全封閉，全立交。該路段為連續長下坡路段，局部存在一段反坡。經調研，該路段存在避險車道設置不合理、霧天較多、道路線形誘導設施效果不佳等問題。據事故資料顯示，2016～2018年，毗鄰坡底位置共發生38起交通事故，事故類型多為追尾及撞固定物，事故統計如表1所示。

表1 2016年～2018年相關事故統計表

2 避險車道設置依據

2.1 避險車道設置條件

《公路交通安全設施設計細則》(JTG/T D81—2017)中規定：新建公路中存在連續長、陡下坡路段時，當其平均縱坡坡度和坡長滿足表2規定，且交通構成中貨車比例達到20%～30%時，宜結合具體交通安全評價結論，考慮設置避險車道。

表2 連續長下坡路段考慮設置避險車道的平均縱坡坡度和坡長

2.2 避險車道設置長度

根據《公路交通安全設施設計細則》(JTG/T D81-2017)11.3.7規定，在避險車道中，制動床的長度應根據失控車輛的駛入速度、坡床縱坡和材料綜合確定，計算值見式1，參考值見表3和表4。

(1)

式中：L-制動床長度(m)；V-制動床的車輛駛入速度(km/h)；R-滾動阻力系數；G-坡度(%)。

表3 不同等級公路避險車道制動床設計入口速度建議值

表4 不同材料的滾動阻力系數R值

3 避險車道設置位置分析

設置避險車道時需占用路側土地，山區地形很大程度上限制了設置位置。避險車道的設置應考慮平面、縱斷面線型、車速，同時結合制動轂溫升、制動失效事故率等條件綜合選擇避險車道設置的相對合理位置。

3.1 線路縱斷面圖分析

依據研究路段道路設計資料，并結合現場實地勘測資料，繪制本路段內長陡下坡路段的縱斷面圖。

經研究發現，研究路段為連續下坡路段，下坡坡長較長，累計坡長近10 km，平均縱坡為4.0%～4.5%，屬于典型的長下坡路段。實際貨車交通量占總交通量的20%以上，按照《公路交通安全設施設計細則》(JTG/T D81-2017)的要求，應選擇恰當位置設置避險車道。

3.2 剎車制動轂溫度分析

結合相關研究成果，重型載重車輛在連續長下坡路段的運行速度變化規律為：車輛駛入下坡路段時，由于受到重力沿縱坡坡面的分力作用，車輛將保持持續加速的運動狀態。隨著坡長增長，行駛距離的增加，車輛勢能和動能會相互轉換，車速將持續上漲，駕駛員為保證行車安全，采取連續或長時間的減速制動措施，動能轉換為熱能，制動器溫度上升，車輛在下坡過程中會導致制動器溫度持續上升。

本文采用制動轂溫升模型，模擬連續長下坡路段貨車制動消能熱衰退的過程。以50 t歐曼6軸貨車為研究對象，利用公式(2)對大貨車在研究區域K1497+300～K1495+300段連續下坡行駛時的剎車轂溫度預測，預測結果如表5所示。

(2)

式中：K1=hAc/mbC,K2=1/hAc；T0-制動器的外部環境溫度(℃)；T∞-制動器的初始溫度(℃)；h-對流換熱系數；(W/m2×℃)；Ac-貨車后輪制動系統有效傳導面積(m2)；mb-貨車后輪制動系統有效傳導熱質量(Kg)；β-貨車的制動力分配系數；C-貨車后輪制動系統熱容量(J/(kg ℃))；W-貨車總重(N)；i-連續長下坡路段的縱坡坡度(%)；x-坡段距坡頂的距離(m)；v-下坡時平均車速(m/s)。

表5 長下坡路段行駛貨車制動器溫度預測表(超載10%)

目前各溫升模型多以260 ℃作為貨車制動失效大幅度降低的溫度限值，故擬將剎車轂溫度達到260 ℃的樁號作為貨車制動失效點。依據溫升模型計算，剎車轂溫度達到260 ℃的樁號大約在K1495+300附近，故將樁號K1495+300作為制動失效點，避險車道的設置位置應選擇制動失效點附近。

3.3 連續長下坡行駛車速預測

連續長下坡路段坡頂至制動失效點之間區段的制動效能良好，可認為車輛在駕駛人掌控范圍內安全行駛。從制動失效點算起，車輛行駛速度隨著縱坡坡長的增加而增加，具體如計算公式(3)所示。

(3)

式中：Vx—距離制動失效點x處的車輛速度(m/s)；Vi—制動失效點車的車輛速度(m/s)；g—重力加速度(9.81 m/s2)；hx—制動失效點與距離制動失效點距離為x點之間的高差(m)。

依據上述計算結果：制動失效點位置樁號為K1495+300，該處貨車運行速度預測值為73.25 km/h，繪制貨車行駛至制動失效點后速度隨高程變化的行駛速度表，如表6所示。

表6 貨車速度隨高程變化表

3.4 避險車道的位置選址

通過分析計算，結合該長下坡路段在K1495+000～K1495+600樁號段路側地形條件良好，符合設置避險車道的條件。經實地調研和比選，建議在樁號K1495+000～K1495+300之間增設避險車道，以提高該長下坡段的交通安全，為制動失效貨車提供安全駛離主線、減速停車和實現自救的條件。

4 結 論

在山區公路長下坡路段中，合理設置必要的避險車道，可以對降低該類型路段的交通事故率、減少人員傷亡人數和財產損失起到重要的作用。本文以某山區公路連續長下坡路段避險車道選址計算為基礎，分析了山區公路避險車道設置的條件和方法，為類似工程設計應用提供依據和參考。