高速公路安全設施設計優化方法研究

張亞峰

（河北交投智能交通技術有限責任公司，石家莊 050000）

1 引言

高速公路在經濟發展中有不可代替的作用。高速公路在展現其快速高效等特點時，也不斷暴露出安全問題。近年來，高速公路交通事故不斷增加，對人民的生命財產造成了較大影響[1]。在高速公路建設中，交通安全問題越來越被人們所關注，對高速公路建設進行優化以遏制交通事故的出現勢在必行。對于高速公路交通安全而言，安全設施是最基本的保障，其能夠在車輛正常行駛的情況下，保障駕駛員的生命財產安全[2]。但隨著不斷提高的高速公路建設標準，安全設施存在的問題也不斷暴露出來，為進一步確保交通安全，必須進一步優化高速公路安全設施。

2 高速公路護欄設計優化方法

2.1 存在的問題

當前，護欄設計時主要包括確定路側需要防護的路段、類型及參數。若所設計的護欄有問題存在，那么就會從原先的安全設施轉變為路障，對交通安全造成影響[3]。

1）定位不合理。將護欄設置到變坡點或與建筑物緊靠的位置，導致護欄較難形成防護作用，若護欄遭受撞擊，反而導致翻車概率增加，因此，所設計的護欄位置應在護欄發揮功能時不影響交通秩序。

2）護欄長度無規范要求。當前有關設計規范中，并未對護欄長度的計算做出明確規定。在具體施工設計時，設計者多憑借自身經驗進行設計，導致各地護欄在設計時有較大的長度差異。

3）缺乏過渡段。在設計護欄過渡段時的問題有：剛度配置較低、剛度不同時缺乏相應的連接方式。

4）護欄端部處理較差。護欄端部工藝粗糙，碰撞時可能會導致車廂被護欄穿透等情況出現。

2.2 設計原則

護欄線形可有效誘導駕駛員視線，確保駕駛員視野清晰，避免出現誤操作導致車輛駛出車道外[4]。合理設置安全護欄能有效降低事故率，在設計護欄時需結合以下原則進行考慮：

1）護欄長度及安裝位置要合理可靠。在護欄安裝位置方面包括橫向偏位、與路邊石相對位置和斜展率；在護欄長度方面則包括結構長度和功能長度。

2）合理處理護欄過渡段和端部，目的在于使車輛碰撞程度得到降低，避免出現連帶事故。

基于護欄的設計原則，具體的設計優化內容如圖1所示。

圖1 護欄優化設計內容

2.3 定位優化研究

2.3.1 橫向偏位

護欄橫向偏位指護欄與車道邊線、障礙物和變坡點的距離。應該在避讓線外設置路測護欄，不同車速下有不同的避讓線距離L（見表1）。

表1 避讓線距離推薦值

一般情況下是在保障護欄功能性基礎上進行避讓線最大距離的設計。在進行護欄形式的挑選時，除了需要對護欄被車輛碰撞時的變形進行考慮之外，還需避免車輛碰撞剛性障礙物。因此，避讓線長度必須滿足要求。

2.3.2 護欄形變量

設計時的護欄變形程度也是重點因素。若防護的是剛性物體，則要確保護欄變形量小于其到剛性物體的距離。剛性護欄的動態最大形變量應保持在100 mm，半剛性三波形梁護欄的動態最大形變量應保持在750 mm，半剛性三波形梁護欄和纜索護欄與所防護的剛性物體應該有1 000 mm的距離。

2.3.3 地形條件

路邊石和邊坡坡度是地形條件中最主要的影響因素。若車輛先碰撞路邊石或邊坡，將會導致車輛騰空等，增加事故嚴重程度。

設計速度較高的區段不應該設置路邊石。若路邊石有100 mm以下的最大高度，則可聯合波形梁護欄共同使用；若其高度在100 mm以上時，則應對護欄剛度做出考慮。

若將護欄設置到1∶10以上坡度的邊坡上時，則可能會導致車輛飛躍路側護欄等情況。

2.3.4 護欄端部外展

若所設計的路側護欄無法和行車道邊線平行，則可采用設置外展的護欄端部進行過渡。但外展設計時需確定合適的斜展率：在110 km/h的設計速度時，剛性護欄的斜展率為1∶20、半剛性護欄的斜展率為1∶15；100 km/h的設計速度時，剛性為1∶18、柔性為1∶14；80 km/h設計速度時，剛性為1∶14、柔性為1∶11；60 km/h設計速度時，剛性為1∶10、半剛性為1∶8。

2.4 長度優化

護欄長度優化可從結構和功能兩方面進行探討。結構長度是基于破壞機理，保證欄桿立柱不會全部失效的長度最小值；功能長度指基于障礙物位置以及車輛行駛線路進行考慮，使車輛撞擊或駛出車道的長度最小值[5]。

在設計結構長度時，可從車輛撞擊時立柱失效多少根的角度入手，保障兩端立柱功能是設置臨界值的目的所在，在該種情況下該長度下的護欄則為結構長度最小值。

功能長度的目的是為了阻止車輛與障礙物相撞，在進行設計時需確保其符合如下條件：一是車輛在該護欄長度下不會駛出車道，確保行人、車輛的安全；二是確保車輛有正確的行駛方向；三是確保撞擊能量可以被有效吸收；四是對駕駛員視線起誘導作用。

2.5 過渡段優化

在橋梁和路基護欄中多設計有護欄過渡段，其組成部分主要包括渡梁以及連接裝置。過渡段的優化要點在于：橋頭連接位置不可以出現兩種結構護欄的連接處；不能將排水設施設置在過渡護欄前方；需根據現場情況確定隧道進出口位置等。

2.6 護欄端部優化

當前，我國研究許多參考國外關于護欄端部的先進處理方式，如SRT-350端部（見圖2）等，結合先進的設計經驗對現狀進行改變。

圖2 護欄端部處理

3 防眩設施的優化

3.1 型式優化

在當前的防眩設施中，防眩網、防眩板和植樹是最主要的類型，使用最為廣泛的則是防眩網和防眩板，防眩網如圖3所示。防眩板具有經濟美觀、較小風阻等優點。對于有著2 m及以上中央分隔帶寬度，且松軟土質的環境而言，防眩型式適合采用植樹防護。其余路段防眩設施適合采用防眩板。此外，在進行防眩類型的選取時還需要結合景觀因素對駕駛員心理的影響進行考慮。在區段較長的位置設置防眩設施時，基于駕駛員容易受到單調景觀的影響而出現疲勞，應從反應速度降低的角度進行考慮，需注意防眩設施形式和顏色的有效配合，以使駕駛員的積極情緒得到提高，確保行駛安全。在確保遮光角以及高度最小值同時符合要求的情況，還需對比不同構造的防眩效果以確定方案[6]。

圖3 防眩網

3.2 定位優化

停車視距是防眩設施設置的重要因素。對于有著較小彎道半徑，并且較窄的分隔帶的道路，外側車道對防眩設施的設置有較大的影響。停車視距和曲線半徑以及中央分隔帶成正比例關系，因此，防眩設置在彎道如何進行設置就尤為重要。

式（1）和式（2）中，H為防眩設施高度，m；D為直線通視長度，m；h2為駕駛員視線高度，m；h為障礙物高，m；m為中間帶寬，m；S為停車視距，m；R為曲線半徑；γ為防眩設施遮光角。

若有著較高的防眩高度，可采取一定措施使其高度降低，以確保多數炫光得以被阻擋，且使駕駛人員能準確有效看到前方車輛頂部位置；對于有著較大曲線半徑的位置，可在曲線內側設置防眩設施，若兩種方式都不符合要求，則可通過加寬中央分隔帶的方式來保障停車視距。

4 結語

安全設施是確保高速公路正常運營的關鍵所在，安全設施的基本要求在于安全和暢通，但這僅是關于高速公路使用功能最基本的要求。隨著不斷發展的經濟社會，人們關于高速公路設施的要求也不斷增加。路側事故在高速公路事故中占比較高，路側的處理是盡可能降低其事故嚴重程度的關鍵所在。通過設置護欄等設施可較大程度上保護駕駛者，護欄的設計應結合其設置地點、長度等多方面因素進行優化，防眩設施也應結合其型式和長度進行優化，進一步確保安全。