平均縱坡在公路長陡下坡路段的安全評價應用

林煌

（廣州城市職業學院，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國道路連續長陡下坡路段交通事故死傷率一直處于高發狀態。究其原因，除了司機、行人的心態、素質、習慣，以及車況，路況等因數外，還與公路的管理、設計等因數相關。針對設計，相應的規范也在不斷地更新和完善。《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）中規定了長陡下坡路段最大縱坡、最大坡長等各項極限指標及其組合情況，但這些指標僅僅滿足車輛行駛的最低安全要求，同時，關于公路整條路段（尤其連續長陡下坡路段）安全方面的控制和評價相對不夠完善，尤其在對路段做出快速安全評價建議方面，目前還在改進完善過程之中。

1 公路安全性評價

目前，我國高速公路安全性評價主要采用定性（經驗評價）和定量（參數評價）相結合評價方法，《公路項目安全性評價規范》（JTG B05—2015）是目前開展公路安全性評價的主要技術標準依據。規范結合我國國情，通過分析整理國內外已有研究成果及實踐總結，對工程可行性研究、初步設計、施工圖設計、交工及后評價等各階段提出了安全性評價的重點、流程和內容。但是評價規范中提供的運行速度計算方法及表格比較復雜，需要與相關的軟件一起使用。比較之下，在完全執行評價規范的前提下，基于平均縱坡這一指標，能更簡單、快捷地輔助評估公路路段的安全性是否嚴峻[1]。

2 平均縱坡對長陡下坡路段事故率的影響

縱坡和坡長是縱坡設計的主要參考因素，縱坡的坡度大小不僅影響路段設計長度，同時對路段行駛車輛行車安全，運輸成本等產生影響。《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）就公路的最大、最小縱坡，平均縱坡均有規定，但標準為寬泛值，通過選取八達嶺等4 段高速公路事故多發路段進行平均縱坡分析，單從技術標準來看，長陡下坡路段設計均符合標準要求，但可以發現這些長陡下坡路段縱坡設計指標均臨近縱坡設計允許最大值，導致樣本路段車輛行車安全不利，從而出現事故多發，樣本高速公路事故多發路段縱坡指標如表1 所示。通過引入平均縱坡指標，在具體設計過程中，可以利用平均縱坡對連續長陡下坡路段進行宏觀把控，從而在遵守《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）的要求前提下，進一步優化指導路段內各下坡段的縱坡和坡長[2-3]。

表1 樣本高速公路事故多發路段縱坡指標

3 平均縱坡對道路行車安全的影響

3.1 上坡時平均縱坡對道路行車安全的影響

相關試驗結果表明，載重汽車在3%以下的坡道上行駛時，速度只受到輕微的影響，而縱坡坡度一旦大于或等于3%時，其對載重汽車就開始產生一定影響，當縱坡大于4%時，當坡長為200～300m，汽車行駛速度降低幅度可達到20～30km/h，并且坡度越大速度折減越大。相比而言，小客車幾乎都能爬上7%～8%的陡坡，在前500m 上坡路段平均減速15～20km/h；而后500m 平均減速為10km/h 左右，在運行800m 以后，速度逐新趨于平穩[4]。

由于重型貨車與小汽車行駛速度的差異，在某些線形不良的路段車輛間極易發生相互追尾等交通事故。目前，我國縱坡指標的制定主要是依據汽車上坡行駛時爬坡的計算模型確定的。然而根據行車調查分析，與上坡相比，汽車下坡的行車安全更為嚴重。因此，從下坡安全行駛的角度進行縱坡限制更利于安全標準的制定。

3.2 下坡時平均縱坡對道路行車安全的影響

汽車制動失效通常為連續長陡下坡路段事故發生的主要原因，且多為重載和超載車輛。對某山區典型連續長下坡路段下坡開始和結束處進行觀測，分析得到車輛的制動情況，通過貨車在該路段下坡行駛的速度曲線得出車輛在下坡行駛過程中，由于坡度影響，該車制動較為頻繁，有20 次減速制動，平均制動頻次約2.8 次/km。制動的持續距離在100m 以上，相應的制動持續時間也多在10s 以上，屬典型的持續制動方式，安全形勢頗為嚴峻[5-6]。

為了減少連續長大下坡路段的事故傷亡率，國內外最常采用的是設置避險車道這一有效的工程措施。避險車道的設置要求，依據車輛下坡時制動器溫度是否可控。通常，當制動轂溫度達到260℃時，則認為制動器開始失控，為保障行車安全需要考慮設置緊急避險車道。目前制動器溫度升溫計算常用的有如下兩種模型。

（1）合肥工業大學張建軍[7]以無輔助制動條件下，東風載重8t 貨車為代表，貨車后輪制動器溫度為依據，建立了制動器溫度與坡度、速度和坡距的數學模型如式（1）至式（2）所示。

式中：T——制動轂溫度，℃；G——下坡坡度，%；V——車輛下坡速度，km/h；L——車輛行駛距坡頂的距離，km。

（2）同濟大學道路與交通實驗室在不考慮輔助制動方式影響下，建立了制動轂溫度預測模型修正如式（3）所示[8]。

式中：F坡底——制動轂在坡底時的溫度，℃；H——長下坡路段總高差，m；L——長下坡路段總坡長，km。

通過對比分析計算制動器溫升數學模型（1）和模型（2）可見，在長陡下坡路段車輛行駛安全過程中，平均縱坡的指標控制會對車輛行駛安全起到重要保障作用，且當平均縱坡在3%～3.5%時距坡頂6km 距離處為事故多發地的重要分水嶺。除以上兩種模型外，長安大學李都厚等選擇東風載貨汽車建立了制動效能熱衰退預測模型，該模型坡度不采用平均縱坡，在進行溫升計算時，把上一段坡道的計算結果設置為初始值代入下一段坡道溫升計算[9]。

3.3 平均縱坡與道路行車安全統計分析

通過對八達嶺高速公路、漳龍高速公路、運三高速公路、石太高速公路選取的事故樣本路段實際運行狀況及事故相關資料分析，平均縱坡與下坡坡長、事故多發黑點距坡頂距離等指標均能建立相關性[10]，由此可為長陡下坡路段平均縱坡安全評價控制指標確立提供依據，表2 為樣本高速公路事故多發路段縱坡指標，表3為平均縱坡與事故多發區相關特征。

表2 平均縱坡與事故多發域距坡頂距離關系

從以上的事故相關影響性分析可以看出，平均縱坡這一指標在連續陡坡路段，表現出以下特征：長陡下坡路段易形成多個事故黑點，平均縱坡越大，首發事故黑點距坡頂的距離越近；長陡下坡路段事故多發段平均縱坡值一般大于3.5%且事故下坡段長度一般在3km左右；長陡下坡路段區段間間隔設立小坡度緩坡路段與連續多個無緩坡區段相比能延長一倍左右首發事故黑點的發生距離。因此，有必要通過平均縱坡這一簡易指標對道路長陡下坡路段安全進行評價，得出相關事故特征，避免道路交通事故的發生。

4 平均縱坡安全評價建議控制值

根據《公路路線設計規范》（JTG D20—2006）對道路縱坡設計的要求，同時結合上述分析以及我國公路安全評價多年來的實踐經驗，在遵守規范中的各項要求（如最大縱坡）的同時，得出平均縱坡的安全評價建議值，如表4 所示。

表4 長陡坡路段平均縱坡安全評價控制指標

5 實例分析應用

為進一步驗證平均縱坡安全評價的實踐應用，選取云南某高速公路中某段下坡路段進行安全評價分析，該高速公路設計速度為80km/h，路線總長63.86km，公路采用的設計標準規范為《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）和《公路路線設計規范》（JTG D20—2006）。在K38+500—K42+580 路段，該下坡段路段長4.08km，平均縱坡4.1%，路段坡長坡度指標如表5所示。依據上述長陡坡路段平均縱坡安全評價控制指標，該路段長為3km≤L≤6km，任意3km 平均縱坡大于4%，可知該路段大概率會發生由車輛制動器性能衰退而引發的交通事故。

表5 選取的連續陡坡路段坡長坡度指標

6 結語

根據長陡下坡路段安全特性，通過對平均縱坡在道路設計中開展研究，依據平均縱坡這一指標，對公路下坡路段進行安全性評價分析，得到以下結論：①平均縱坡安全評價控制指標可在公路安全評估中，對工程初步設計、施工圖設計、交工及后評價等各階段提出安全性評價的重點和內容，在設計階段，可以迅速找出方案設計中可能存在的不安全路段，從而進一步優化道路縱斷面設計，提高道路線形設計安全水平。②平均縱坡安全評價控制指標可以進一步完善道路運營中的安全評價，改進道路交通標志、標線等附屬設施修建，從而使附屬設施設置更加合理有據，減少工程安全保障投入。③平均縱坡安全評價控制指標能優化避險車道位置選位方法，基于平均縱坡安全評價的簡易判定，可初步估算車輛失控位置，從而為確定避險車道修建位置提供依據。