某汽車試驗場商用車高速環道的安全護欄設計

羅林平 舒俊 王航 梁靜云 梁耀

摘 要：某汽車試驗場新建了商用車高速環道，用于55噸及以下輪式商用車輛道路試驗。為了保障該特種道路正常安全地運行，需進行安全防護設計，其中就包含了安全護欄的設計。我們參考現行公路規范標準和國內已投入使用的同類型特種道路安全護欄結構形式，結合特種道路的用途和參數、現場所處的周邊環境、汽車試驗場以往事故發生原因等進行針對性的優化、加嚴、創新，完成了商用車高速環道的安全護欄設計并予以實施。

關鍵詞：汽車試驗場；商用車高速環道；安全護欄；安全護欄設計

中圖分類號：U467.5? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）06-0071-06

Safety Guardrail Design for Commercial Vehicle High Speed Track in an Automotive Proving Ground

LUO Lin-ping1， SHU Jun1， WANG Hang2， LIANG Jing-yun1， LIANG Yao2

（1.National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang）， Xiangyang 441004， China; 2.Dongfeng Design Institute Co.， Ltd， Xiangyang 441004， China）

Abstract： A new high speed track for commercial vehicles has been built in an automotive proving ground for the road test of wheeled commercial vehicles of 55 tons and below. In order to ensure the normal and safe operation of the special road， it is necessary to carry out safety protection design， which includes the design of safety guardrail. Referred to the current highway standards and the safety guardrail structural of the same type special roads that have been put into use in China， and combined with the usage and parameter of the special road， the surrounding environment of the site， and the causes of past accidents in the automotive proving ground， stringent and targeted measures of innovation and optimization were carried out to complete the design and implementation of the safety guardrail of the high speed track for commercial vehicles.

Key Words： Automotive Proving Ground; Commercial Vehicle High Speed Track; Safety Guardrail; Safety Guardrail Design

1? ?引言

某汽車試驗場新建了商用車高速環道，用于55噸及以下輪式商用車輛道路試驗。為了保障該特種道路正常安全地運行，需進行安全防護設計，配置特種道路交通安全和管理設施，如交通標志、標線及安全護欄等。

中國工程建設標準化協會發布的《T/CECS G：T10-2018汽車試驗場特種道路設計與施工技術規程》自2019年5月1日起施行，是目前唯一專門用于汽車試驗場特種道路的設計、施工、檢測與質量驗收技術規程，其中關于高速環道安全護欄有如下規定：

1）高速環道在兩側無安全凈區時應設置護欄，安全凈區最小寬度2.0m。

2）高速環道曲線段外側必須設置護欄，護欄拼接方向應與行車方向一致。

3）護欄等級應與試驗車速、試驗汽車質量、碰撞角度、路側的危險程度相匹配。碰撞能量等級、護欄等級及選擇依據可參考現行《公路護欄安全性能評價標準》（JTG B05-01） 和《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81）。

2? ?商用車高速環道簡介

商用車高速環道是瀝青混凝土路面，平面線形是四段直線段和四段曲線段（圓曲線+緩和曲線）組成的閉合環道，全長5569米，可參考圖1所示的商用車高速環道平面圖。道路直線段路寬8～32米，直線段設計車速120km/h，曲線段路寬12.5米，曲線段設計車速80km/h，東南彎、東北彎、西北彎圓曲線半徑均為135米，西南彎圓曲線半徑為107米，緩和曲線類型為麥克康奈爾曲線。

商用車高速環道兩車道并列，外側車道寬4米，內側車道寬3.75米，外側車道設計平衡車速80km/h，內側車道設計平衡車速50km/h，順時針單向行駛，交通輛約200輛/日，可開展的道路試驗包括耐久性試驗、高速行駛試驗、高速行駛平順性試驗、操縱穩定性試驗、制動性能試驗、最高車速試驗、熱負荷特性試驗、燃料耗量試驗、輪胎性能試驗、商用車隊智能網聯編組試驗等。

商用車高速環道建設地址緊鄰已有試驗場地，其形成的閉合環道內部包含多條特種道路，外部西鄰已有高速環道東側直線段，南鄰某高層住宅區外圍通行道路，東側為社會道路，北側為城市綠廊，汽車試驗場進場路以涵洞方式排布于西南彎下方。

3? ? 安全護欄設計

商用車高速環道不同于常規高速公路和一級公路，其試驗車輛具有特殊性。試驗車輛通過道路試驗來對車輛及其零部件進行考核，一般車輛數量較少，應避免發生嚴重事故導致車輛損毀，所以安全護欄設計雖可參考卻不可局限于現行公路規范標準，應參考國內已投入使用的同類型特種道路安全護欄結構形式，結合特種道路的用途和參數、現場所處的周邊環境、汽車試驗場以往事故發生原因等進行針對性的優化、加嚴、創新。

3.1? ?現狀分析

公路護欄是一種縱向吸能結構，通過自體變形或車輛爬高來吸收碰撞能量，從而改變車輛行駛方向、阻止車輛越出路外或進入對向車道、最大限度地減少對乘員的傷害。根據碰撞后的變形程度，護欄可分為剛性護欄、半剛性護欄和柔性護欄，其主要代表形式分別為混凝土護欄、波形梁護欄和纜索護欄。國內已投入使用的部分高速環道安全護欄如下圖2所示，均選用了波形梁護欄。

波形梁護欄通過車輛與地面之間的摩擦、車輛與護欄之間的摩擦以及車輛、地基和護欄本身一定量的彈塑性變形（主要是護欄系統的變形）來吸收碰撞能量，延長碰撞過程的作用時間來降低車輛速度，并迫使失控車輛改變行駛方向，回復到正常的行駛方向，從而確保乘員安全和減少車輛損壞。波形梁護欄具有一定的剛度和韌性，損壞部件容易更換，具有一定的視線誘導作用，外形美觀，應用最廣泛。

3.2? 設計方案

特種道路交通安全和管理設施設計方案應根據試驗需求、試驗汽車設計速度、安全防護等級來確定。原則上盡可能以緩沖區/安全凈區代替安全護欄，以柔性防護設施代替剛性防護設施[1]。商用車高速環道參考國內已投入使用的同類型特種道路安全護欄結構形式選用波形梁護欄。波形梁護欄是半剛性護欄的主要代表形式，路側常用的波形梁護欄主要有一至八（代碼分別為C、B、A、SB、SA、SS、HB、HA）等八個等級[2]。

商用車高速環道最高設計平衡車速為80km/h，一旦發生事故，嚴重程度為高級，路側護欄應選擇防護等級五（SA）級[3]。五（SA）級路側波形梁護欄橫截面布置圖如下圖3所示，地面以上高度1.3米，護欄的埋深1.65米，安裝一層三波形梁。

商用車高速環道上最大總質量55噸的大型貨車重心高度為1.92米[4]，在某些高差較大或較為危險的路段，當車輛撞擊護欄并側翻攀越后會造成嚴重后果，如墜落至高差以下或撞到其它車輛等，帶來二次傷害，那么這些路段為了盡可能阻止商用車撞擊護欄時由于重心過高造成的側翻攀越，需考慮加高護欄至高于1.92米，并在護欄內側加掛柔性防護設施，進行綜合防護。

3.2.1 直線段

商用車高速環道直線段選用波形梁護欄，常規SA級波形梁護欄地面以上高度1.3米，無法阻擋重心高度可達1.92米的試驗車輛越出護欄，所以根據四段直線段所處的周邊環境不同及其與周圍試驗道路設施的位置關系有選擇性地進行優化、加嚴。

1）西直線段內側地勢低于其包圍的特種道路且有足夠的安全凈區，所以不設置安全護欄。

2）西直線段外側緊鄰已有高速環道東側直線段且高出0.5～1.7米，該已有高速環道為商用車和乘用車混用特種道路，最高安全車速達210km/h，且兩者之間為相向行駛，所以優化設置2m高SA級波形梁護欄，并在波形梁護欄內側加嚴增加柔性防護設施輪胎墻。

3）南直線段內側為連接路，連接路上車輛行駛速度低，所以常規設置SA級波形梁護欄。

4）南直線段外側比某高層住宅區外圍通行道路高出3.7～5米，所以優化設置2m高SA級波形梁護欄，同時預留未來施工隧道的空間（隧道可為某高層住宅區隔聲降噪，也是未來的試驗場景）。

5）北直線段、東直線段均位于洼地，地勢低于其周圍，車輛越出護欄后面臨爬坡，危險性相對較小，所以內側按需常規設置SA級波形梁護欄、外側常規設置SA級波形梁護欄。

2m高SA級波形梁護欄相比于SA級波形梁護欄，地面以上高度由1.3米增加至2米，需同時增加一層三波形梁（上下兩層三波形梁增大了車輛碰撞時與護欄的接觸面積），并同步加大護欄埋深以增大抗傾覆力和力臂。

3.2.2? 曲線段

商用車高速環道曲線段設置了圓曲線與緩和曲線，緩和曲線采用麥克康奈爾（McConnell）曲線，不同于常規高速公路和一級公路，國內外尚無統一的標準規范要求。汽車試驗場以往事故發生原因集中在超速行駛、違規行駛、疲勞駕駛等，在曲線段可能導致極端嚴重后果，所以商用車高速環道曲線段安全護欄設計在選用波形梁護欄的同時引入了旋轉式防撞護欄。

旋轉式防撞護欄是一種使用旋轉桶作為主要接觸介質的半剛性護欄，其旋轉桶可在撞擊力作用下旋轉，進而帶動車輛完成轉向回復。浙江省地方標準《DB33∕T 888-2020 旋轉式防撞護欄設置規范》規定：需加強護欄導向性能、緩沖性能、誘導性能的路段，宜設置旋轉式防撞護欄；旋轉式防撞護欄可用作小橋、通道、明涵的橋梁護欄；設計速度為80km/h的情況下若圓曲線半徑小于400米時，宜在圓曲線路段設置旋轉式防撞護欄[5]。該標準上的旋轉式防撞護欄地面以上高度有0.75米、0.96米、1.24米，我們根據四段曲線段所處的周邊環境不同有選擇性地進行優化、加嚴、創新。

1）東南彎、東北彎、西北彎內側常規設置SA級波形梁護欄。

2）西南彎內側優化設置2米高度旋轉式防撞護欄，并在涵洞上方的2米高度旋轉式防撞護欄內側加嚴增加柔性防護設施輪胎墻，輪胎墻內側再加嚴增加安全緩沖區。三種防護措施漸進式依次消能，最大程度上降低試驗車輛與試驗人員的損傷。

所有曲線段外側優化設置1.47米高度旋轉式防撞護欄，上部彎曲以保持與特種道路路面垂直。

3）曲線段外側護欄高度1.47米是考慮了商用車高速環道的試驗車型、駕駛員開車的舒適感（不能壓縮安全帶的凈寬）而最終確定。1.47米高度旋轉式防撞護欄（上部彎曲）相比于標準上1.24米高度旋轉式防撞護欄，地面以上高度由1.24米增加至1.47米，需同步調整雙旋轉桶的安裝高度，并同步加大護欄的埋深1.24米至1.65米以增大護欄的抗傾覆力及力臂，抵抗更大的沖擊能。

2米高度旋轉式防撞護欄相比于標準上1.24米高度旋轉式防撞護欄，地面以上高度由1.24米增加至2米，需同步增加一層旋轉桶以增大車輛碰撞時與護欄的接觸面積，并同步加大護欄的埋深1.24米至1.816米以增大護欄的抗傾覆力及力臂，抵抗更大的沖擊能。其與SA級波形梁護欄過渡的構造示意圖如下圖4所示。

4? ?安全護欄實施

商用車高速環道的曲線段外側布置了1.47米高度旋轉式防撞護欄總計1242米，西南彎內側布置了2米高度旋轉式防撞護欄總計260米，西直線段、南直線段外側高差較大位置布置了2m高SA級波形梁護欄總計2447米，其余位置布置了SA級波形梁護欄總計3678米。西直線段外側布置的2m高SA級波形梁護欄內側柔性防護設施輪胎墻和西南彎內側2米高度旋轉式防撞護欄內側柔性防護設施輪胎墻正在實施中。

商用車高速環道的直線段安全護欄實施效果如下圖5所示：

商用車高速環道的曲線段安全護欄實施效果如下圖6所示：

5? ? 結語

本次安全護欄設計和實施將旋轉式防撞護欄引入了汽車試驗場商用車高速環道此類型特種道路的防護設施中，是具備新穎性的實踐；同時在現有標準尺寸的SA級波形梁護欄和旋轉式防撞護欄基礎上進行了整體加高和結構優化調整，是理論聯系實際的創新。

參考文獻：

[1]T/CECS G：T10-2018，汽車試驗場特種道路設計與施工技術規程[S].

[2]JTG/T D81-2017，公路交通安全設施設計細則[S].

[3]JTG D81-2017，公路交通安全設施設計規范[S].

[4]JTG B05-01-2013，公路護欄安全性能評價標準[S].

[5]DB33/T 888-2020，旋轉式防撞護欄設置規范[S].

專家推薦語

閆仕軍

泛亞汽車技術中心有限公司

總監? 高級工程師

在某商用車高速環道的安全護欄設計中，基于標準尺寸的SA級波形梁護欄和旋轉式防撞護欄進行了整體加高和結構優化調整，起到了較好的防護作用，具備一定的新穎性和推廣價值。