高速公路連續長陡坡路段線形指標及安全保障設計要點探討

文/曹建平

1 前言

隨著我國高速公路建設事業快速發展，高速公路建設里程不斷突破，高速公路路網愈加完善，且主要城市節點間高速公路主干網已基本建成。目前高速公路建設熱潮主要集中在各省、市、縣區域，高速公路網絡完善，因此山區高速公路已成為高速公路后建設時期的主要陣地。山區高速公路選線具有地形地質條件復雜、保護區及基本農田等控制因素多、環保要求高等明顯特征。從城鎮建設及分布特點來看，山區城鎮分布多位于山間平原、溝谷等開闊地區，但城鎮之間多被山川、河流分隔，路線選線難度大、橋隧比高、克服高差大等情況較為常見，尤其連續長陡坡路段在路線選線及設計過程中經常出現，且連續長陡坡路段易成為高速公路事多發路段，因此連續長陡坡路段路線設計的合理性、安全性已成為突出問題[1]。

目前在設計過程中，應針對連續長陡坡路段加強路線平縱面指標的運用、安全性分析評價、安全保障設計等，在確保行車安全性的前提下做好有針對性的設計工作，以此降低高速公路運行安全風險。

2 連續長陡坡路段路線設計指標的運用

高速公路設計過程中為克服較大高差，在平面展線受限的條件下易形成連續長陡坡路段。長陡坡路段設計主要是針對連續長、陡下坡及連續上坡路段兩種情況進行安全設計的重點考慮。隨著我國高速公路事業的不斷發展，對于連續長陡坡路段的認識和研究工作也越來越深入，在設計過程中工程師對路線指標的選用重視程度也越來越高。

2.1 平面設計

山區高速公路連續長陡坡路段地形條件復雜、高差大，從行車安全性考慮可以通過平面連續展線克服高差問題，但高速公路平面指標較高，受地形制約平面展線困難。平面布線宜研究舒展、漸變、協調的路線方案，不宜采用高指標，應結合地形合理運用平曲線指標。平面布線應結合連續長陡坡路段起終點高差及平均縱坡反算路線展線長度，盡可能加長路線里程，從而降低平均縱坡；圓曲線設置應考慮縱斷面變坡點設置位置，從而達到較好的平縱組合，提高行車安全舒適性[2]。

2.2 縱斷面設計

縱斷面指標對于行車安全性影響較大，尤其對于載重貨車。我國對于連續長下坡路段縱斷面指標的研究多基于制動轂溫度進行研究。在連續下坡路段，駕駛員為控制速度頻繁使用行車制動器，進而導致制動轂溫度過高，逐步喪失制動效能，引起車輛失控等安全問題。連續上坡路段載重汽車速度下降較快，而縱斷坡度及坡長對小汽車影響較小，因此造成小汽車與大貨車速度差較大，頻繁出現超車現象，安全性降低。因此，我們要合理采用坡度、坡長及平均縱坡縱斷面設計指標，控制車輛頻繁制動對制動轂溫度升高的影響，進而提高長陡坡路段行車安全舒適性。

我國早期路線規范《JTG D20-2006 公路路線設計規范》中關于長陡坡路段路線指標運用規定較少，連續下坡路段只針對不同坡度最大坡長及緩坡設置等做了相關規定，且對連續上坡路段提出了爬坡車道的設置方法及要求[3]。但隨著研究工作不斷深入，我國在2017 版路線規范修訂時，增加了關于連續長、陡下坡的平均坡度與連續坡長的閾值，并針對高速公路、一級公路連續長、陡下坡路段的平均坡度與連續坡長做了具體規定，同時為確保行車的安全性提出針對超出規范要求時應進行交通安全性評價、制定路段速度控制和通行管理方案、完善交通工程和安全設施、論證增設貨車強制停車區等規定。

表1 連續長、陡下坡的平均速度與連續坡長

在連續上坡路段設計時，應重點考慮沿連續上坡方向載重汽車的運行速度及路段通行能力，對于連續長陡上坡路段除嚴格按照規范控制坡度及坡長取值外，還應根據載重汽車運行速度變化情況，在相鄰陡坡之間設置緩坡，緩和坡度一般不宜大于2.5%。當連續運行速度降低至容許最低速度以下或通行能力小于設計小時交通量時，應考慮設置爬坡車道，以提高路段通行能力及行車安全性。

表2 上坡方向載重汽車容許最低速度

2.2.1 加強路線方案比選工作

在設計階段應加強長陡坡路段路線方案比選工作，對連續長陡坡規范平均縱坡及坡長指標閾值超限與不超限方案進行方案比選，通過對路線指標、構造物規模、占地、拆遷、投資、安全性等多因素綜合比選，確定最終的合理路線方案。

2.2.2 路線平縱面指標設計是長陡坡路段設計的基礎，合理運用指標，并將安全性作為設計考慮的第一要素，同時還要加強對地方規范、指南及設計習慣的學習與了解，從而制定合理的路線設計方案。

3 長陡坡路段安全性評價

我國對于公路安全性評價工作越來越重視，在《公路項目安全性評價指南》的基礎上頒布了《公路項目安全性評價規范》，進一步加強了公路項目安全性評價的重要性程度，其中在工可及兩個設計階段中均提出要對連續上坡、連續下坡進行評價。

設計人員在設計過程中應加強長陡坡路段克服高差、平均縱坡核查及運行速度預測分析，嚴格按照規范控制連續坡長及平均縱坡的關系；另外，對連續下坡及上坡路段的相鄰路段運行速度差進行分析，針對速度差過大路段適當調整路線指標；重視安全性評價工作，在安全性評價過程中，應針對相關路段做出詳細地安全性論證，并對存在安全問題路段應設置相應的安全保障措施[4]。

4 安全保障設計

4.1 避險車道

大量的科學研究及工程實踐表明，避險車道是目前解決連續長大下坡路段安全性問題的有效安全措施，但目前我國還未出臺具體設計規范，因此部分地區要結合當地實際情況編制地方設置要求。在連續長陡坡路段，結合運行速度以及剎車轂溫度預測模型分析結果，合理選擇避險車道設置位置；另外，避險車道位置還要根據地形、坡道長度、道路幾何設計特性及管理要求等情況來確定。綜合采用工程經驗法、事故頻率法與坡度嚴重率分級系統法確定避險車道位置，可參照福建地方經驗對避險車道設置位置及間距進行設置（表3），具體項目應根據安全性評價分析及結果進行合理設置。

表3 避險車道設置位置及間距參考值

避險車道設計要重點考慮平縱幾何設計、制動坡床、服務車道、交通安全設施等多方面因素，以確保避險車道設計合理、安全可靠。

4.2 爬坡車道

連續長上坡路段對設置爬坡車道與改善主線縱坡不設爬坡車道技術經濟比較論證，得出設置爬坡車道的效益費用比、行車安全性較優的結論。在連續長上坡路段，要做好運行速度預測及通行能力分析工作；當通行能力小于設計小時交通量或運行速度低于容許最低速度時，宜考慮設置爬坡車道[5]。我國現行《JTG D20-2017 公路路線設計規范》中對爬坡車道寬度、起終點位置及長度、超高指標做出了具體規定，在設計過程中應結合具體情況嚴格按照規范進行設計。

4.3 安全設施

對于連續長陡上坡、下坡路段除采取避險車道、爬坡車道等工程措施外，還應加強交通工程安全設施設計，從而進一步加強道路行車安全性。在連續長陡坡路段應有針對性的制定合理的標志、標線、護欄設計方案，做好標志預告提示，增加警告和指示標志，設置情報板提示，太陽能頻閃燈相關標志；加強路面標線設計，增加視覺減速標線、文字提醒標線、反光標線、凸起反光標識等；提高路側護欄防撞等級；同時，可考慮采用彩色防滑路面等措施[6]。必要時可針對長陡坡路段進行安全設施專項設計，運用新技術、新材料、新工藝改善長陡坡路段的行車安全舒適性。

5 結語

連續長陡坡路段是山區高速公路設計中方案研究的重點問題，本文對連續長陡坡路段的特點及行車安全性進行了分析，從高速公路設計角度出發，對長陡坡路段路線平縱面指標的運用、安全性分析及安全保障設計多方面進行了總結。設計人員在設計過程中應加強安全設計意識，綜合考慮指標運用、安全性分析、安全保障設施設計等因素，以此提高長陡坡路段行車安全性。