高速公路連續縱坡路段安全性分析

孟 欣

(上海隧道工程有限公司市政公用工程設計研究院，上海 220000)

1 引 言

高速公路為了克服高差，路線不可避免的存在多處連續縱坡路段?？v坡坡度與縱坡坡長等指標對大型車運行影響較大，在連續上坡路段中大型車車速較慢，小型車在高速上行駛速度較快超車需求較大，大大降低路段的車輛運行安全。特別當過境貨車混入率高，且服務水平下降以后，事故率將較快增加。連續下坡是山區高速公路上不可避免的問題，尤其是長陡下坡路段易發生交通事故。通過對連續縱坡路段的安全性分析，提出類似工程可參考的安全保障措施建議。

2 連續上坡路段安全性分析

2.1 連續上坡路段運行速度及服務水平分析

以長臺高速公路K270+396～K274+936上行方向連續上坡路段為例，該路段平均縱坡2.19%，坡長4.600 km。對該連續上坡路段的大型車運行速度以及通行能力進行評價。本項目上行方向運行速度預測結果如表1所示。

表1 上行方向連續上坡運行速度預測結果

據表1，在該連續上坡路段中，大貨車運行速度都大于容許最低速度50 km/h。按照規范要求可不設置爬坡車道。

此外，根據本項目工程可行性研究中的交通量預測，得到連續下坡路段各預測年的設計小時標準車交通量，如表2所示。服務水平按照《公路路線設計規范(JTG D20-2017)》3.1.2相關規定進行預測。

表2 上行K270+396～K274+936連續上坡路段服務水平預測

根據分析結果，該連續上坡路段至2030年服務水平已達到四級，高速公路服務水平已不滿足高速公路對應的服務水平要求。

2.2 連續上坡路段安全改善方案

連續上坡路段大型車速度降低較快，大小車速度差較大，影響連續上坡路段交通安全。通過對爬坡車道設置必要性分析可知，本項目連續上坡路段大型車運行車速均大于容許最低速度，可不設置爬坡車道。建議下階段考慮以下問題，提高連續上坡路段的運行安全性。

(1)交通標志標線設置

①建議在連續上坡路段設置“大型車靠右”標志牌，提示爬坡的大貨車靠右行駛，降低運行速度較低的貨車對路段通行能力的影響。本項目建議在互通立交段K271+096～K271+836和縱坡段K274+136～K274+496分別設置“大型車靠右”行駛標志牌。

②在連續上坡路段設置距離確認標志標線，提示車輛控制車距防止追尾。

(2)管理措施

在運營過程中應加強上述長上坡路段的監控，根據交通流情況采取相應的管理措施。

①交通高峰時段，采取適當分流措施，確定合適的分流方案，嚴禁大貨車長時間占用快車道，以此緩解因通行能力不足導致的交通堵塞現象的發生，提高道路通行能力。

②加強對占用左側行車道貨車的處罰力度、限制超載車輛進入高速公路等。

3 連續下坡路段安全性分析

3.1 長下坡路段剎車轂溫度分析

采用PIARC的剎車轂溫度計算模型對長下坡路段剎車轂溫度進行預測，PIARC制動器模型是根據制動系統的能量守恒方程得到的，最終計算得到的制動器溫升模型為

T(t)=(Ti×e-k1×t)+Ta×(1-e-k1×t)+k2×PB×(1-e-k1×t)

(1)

式中：Ti為初始剎車轂溫度；Ta為外界環境溫度；k1=1.23+0.025 6×V；k2=0.1+0.002 08×V；V為貨車車速；PB為制動功率，其計算公式見(2)式：

PB=PG-PE-PF

(2)

式中：PG為重力作用在縱坡上對貨車產生的功率；PE為車輛制動系統的功率；PF為摩擦力對貨車作用的功率。根據PIARC制動器溫升模型，最終的溫度跟5個參數有關，即：

T(t)=T(G，X，V，P，W)

(3)

PIARC基于此模型開發了計算制動溫度的軟件，如圖1所示。

圖1 剎車轂溫度計算示意圖

在PIARC軟件中，以200 ℃作為警戒溫度，260 ℃作為危險溫度，根據計算結果，得到不同載重情況下的剎車轂溫度變化如圖2所示。

圖2 長下坡路段剎車轂溫度變化

從圖2可以看出，對于滿載和超載30%的情況，車輛在路段上的剎車轂溫度始終保持在警戒溫度以下；對于超載50%，雖然整體未超過剎車轂溫度警戒溫度，但在坡底位置，剎車轂溫度穩定階段，其溫度已接近200 ℃的警戒溫度；對于超載100%，可以看出，該情況下，雖然整體均未超過260 ℃的危險溫度，但在長下坡路段的中間段，其剎車轂溫度已超過警戒溫度200 ℃，存在較大的風險，因此，長下坡路段各情況下的剎車轂溫度風險位置如表3。

表3 剎車轂溫度警戒位置

3.2 長下坡路段安全保障措施建議

對于連續長大縱坡，可將其看成由4部分組成：連續長下坡開始前、長下坡起始位置(坡頂)、長下坡中間段、長下坡終止位置(坡底)，分別針對這4部分采取適當的交通安全設施。

(1)長下坡開始前

①在長陡下坡之前500 m(K275+436處位置)和100～150 m處(K275+086～K275+036位置)設置“前方長下坡路段”預告標志，并且可結合限速標志使用；②在長陡下坡前(K274+936處)設置減速震動標線。

(2)長下坡起始位置

在長下坡起始位置主要告知駕駛員在長大縱坡正確的駕駛行為，保持適當的車速，對長下坡的危險性產生一定的警惕。具體措施包括以下幾點：①在長下坡起始位置(K274+936處)設置“4.5 km長下坡開始”標志，進行長下坡提示；②長下坡起點K274+936前設置門架式車型分道行駛標志與路面突起標線、路肩振動帶。

(3)長下坡中間段

長下坡路段的事故最主要表現為車速過快以及車輛的失控，主要原因為長時間的車輛制動導致的剎車轂溫度過高而產生的制動問題，因此該過程采取的最主要措施為控制車輛的速度，同時還可結合道路實際條件和事故資料，設置相應的防護措施。

①根據運行速度計算結果，在車輛易超速與車輛需減速才能安全通過的路段前，施畫減速標線。根據運行速度測算，長下坡路段易超速路段有K273+246.66～K271+760和K270+860～K270+578(與設計速度差值均為30 km/h)，因此，在K273+246和K270+860附近位置，設置減速標線；②長下坡路段長度為4 540 m，建議在K274+396位置設置低速、限速、車距確認、剩余坡長4 km預告、車型分道標志；在K272+396位置設置低速、限速、車距確認、剩余坡長2 km預告、車型分道標志；③在坡度較大的陡坡路段處設置，陡坡警告標志；該長大下坡路段中，最大縱坡路段為K274+496～K274+136段，縱坡-3.612%，因此，在K274+496位置設置陡坡警告標志；④長下坡路段中陡坡路段為K274+496～K274+136，小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270+024，在上述路段前(K274+496、K273+626、K271+726、K270+578)設置禁止停車、禁止超車標志，路段范圍內曲線外側設置視線誘導標志；⑤在小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270～024，設置強制消能護欄。

(4)長下坡終止位置

在長下坡坡底路段，往往車輛速度較快，且經過長時間的剎車制動，車輛剎車轂溫度已相當高，制動性能較差，在該處采取的措施，主要以防護和應急措施為主。具體措施如下。

①在長下坡結束位置(K270+396處)設“下坡結束”標志；②坡底路段存在小半徑曲線路段K270+578～K270～024(半徑600 m)，因此在該路段范圍內設置消能護欄，并在曲線外側設置視線誘導標志。

4 結 語

在連續坡上坡路段，小客車和大型貨車運行速度差加大，易發生車輛追尾等交通事故，形成安全隱患；在連續長陡下坡段小客車易超速，大型貨車為控制車速頻繁制動，導致剎車片過熱，對安全行駛不利。重點對行車安全有影響的連續上、下坡路段進行安全分析，可為類似工程提供一定的參考。