山區高速公路避險車道方案研究

摘要 文章結合九綿高速公路項目避險車道的設計特點，介紹了三種避險車道設計方案，通過綜合對比分析，提出了將避險車道制動坡床設置在隧道內的優化方案，由傳統路基式避險車道轉變為隧道式避險車道，減少了土石方開挖量和對原地貌的破壞，保護了耕地和自然環境，達到了綠色環保的目的，為解決山區復雜地形地質條件下設置避險車道提供了一種新思路。

關鍵詞 避險車道；制動坡床；隧道；山區復雜地形；長大縱坡

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0001-03

0 引言

隨著經濟發展和基礎設施建設步伐的加快，在山區中建設公路已成為國家路網規劃的重要組成部分，同時高速公路建設逐漸向川西北、攀西高原等高山峽谷地區延伸。在山區公路規劃中，由于選線點高差大，隧道占路線比例高，公路縱坡出現長大下坡的現象不可避免。為提高車輛在長大下坡路段的安全性，對路網系統進行改善就顯得尤為重要。設置避險車道是目前解決連續長大下坡路段交通安全問題最有效的工程措施[1-2]，而在山區高速公路中既有設計中，避險車道設置位置相對固定，存在較多難以設置甚至無法設置常規路基式避險車道的客觀現實。

該文根據九綿高速公路項目中避險車道的設計特點，結合公路設計規范，提出了三種設置避險車道的設計方案，并通過綜合對比運營安全性、經濟性、環保性，提出了一種將避險車道制動坡床設置在隧道內的優化方案。此方案可有效解決山區復雜地形地質條件下避險車道設置困難的實際問題，也是對交通隧道工程的功能需求及應用場景有效拓展的大膽探索。

1 工程背景

九寨溝至綿陽段高速公路是《國家高速公路網規劃（2013—2030）》中平涼至綿陽高速公路中成都經綿陽、九寨溝至甘肅放射線的重要組成部分，路線全長約242.3 km，設計速度為80 km/h，路基寬度為25.5 m，為雙向四車道高速公路，全線共設置4處避險車道。

在九綿高速ZK43+420～ZK18+420段，平均縱坡為-2.48%，相對高差約953 m，且路線長度約38.44 km，遠大于長大縱坡坡長界定標準的建議值，屬連續的長大下坡路段[3]。

依據該項目的安全評估報告，大型車輛從白馬隧道內的人字坡頂點開始一路下坡，經歷漫長的長大下坡，行駛至ZK23+870附近時，剎車制動鼓溫度將達到250℃左右，存在巨大的安全風險，需設置避險車道[4]。

2 場地地質情況

2.1 地形、地貌

勘察區地貌為構造剝蝕高中山區，線路跨越湯珠河，河流兩岸地勢整體上較為狹窄，屬典型的深山峽谷區域，斜坡地形起伏較大，坡度一般為30°～50°。區內最高海拔約2 050 m，最低海拔約1 475 m，高差約575 m。

2.2 場地地層構成及特征

勘探深度范圍內場地地層由上至下分別為：第四系全新統崩坡積層（Q4c+dl）、沖洪積層（Q4al+pl）及上古生界二迭系下統（P12-2）。

隧址區出露地層主要為碎石土、黏土層，黏土呈可塑狀，碎石土為松散狀～中密狀。地形較陡，自然斜坡坡度約40°～60°。

2.3 地質構造、新構造運動特征及地震

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），工程區地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，對應地震烈度Ⅷ度。

3 避險車道方案研究

該避險車道設計的平面控制因素有以下三點：（1）項目用地不能占用基本農田；（2）避險車道從主線分離時，不對已建主線路基、橋墩造成影響；（3）減少對現狀構筑物造成影響。

3.1 方案一：將避險車道制動坡床設置在路基段

采用4%縱坡的橋梁跨越湯珠河后，將避險車道制動坡床設置在深挖方段，制動坡床縱坡采用20%。橋梁采用10×40 m預制連續T梁，下部結構采用雙柱墩和空心薄壁墩。

3.2 方案二：將避險車道制動坡床設置在橋梁上

將避險車道在方案一的基礎上偏出角度從10°調整為7°，在橋頭路基端設置抗滑樁，以避免占用基本農田及開挖舊路回頭彎；橋梁縱坡采用4%，將橋梁全長400 m的前80 m作為引道，中80 m作為制動坡床厚度從7.5 cm到60 cm/81 cm/100 cm的過渡段，后220 m作為制動坡床的等厚段，橋梁終點端堆載厚輪胎、防撞桶等消能物，從而完成將制動坡床設置于橋梁上的設計。

此方案的關鍵是在橋上設置制動車道時，需要增加橋梁的二期恒載。橋梁方案一：如果采用鋼筋混凝土簡支T梁結構，考慮必要的安全儲備，將橋上制動坡床豆礫石材料厚度應設計為60 cm以下，將原40 m跨預制T梁減小為31 m，跨徑為13×31 m的預制連續T梁，上部梁高仍采用2.5 m不變。橋梁方案二：如果在橋上鋪筑100 cm的集料厚度，考慮減少結構自重，橋梁上部結構應采用10×40 m的簡支分體鋼箱梁。綜合分析以上兩個方案，考慮安全性，推薦橋梁采用鋼結構方案。

3.3 方案三：將避險車道制動坡床設置在隧道內

避險車道采用橋梁接隧道方案，路線全長581 m，如圖1所示。起點為30+7×40+2×30 m橋梁，縱坡為4%，上部結構采用簡支T梁，下部結構采用雙柱式橋墩和空心薄壁墩。隧道全長101 m，縱坡為15%。橋梁與路基之間采用路基進行銜接，橋面寬度由9 m線性漸變為13 m。在隧道洞門兩側設置停車區和機電設備區，保證清障車輛的轉向、機電設備的安放[5]。

4 方案對比分析

4.1 方案一分析

方案一的優點：它是目前設置避險車道的常規方式，理論研究及工程應用較成熟。缺點：在該項目實際施工過程中，因挖斷老路的兩處回頭彎，且老路無法移改，導致后續的征拆工作無法開展。2021年底，九寨溝地方政府擴大了基本農田的劃定范圍，制動坡床段的挖方用地被納入基本農田范圍，造成設計方案由于用地政策原因無法執行。

4.2 方案二分析

方案二的優點：將制動坡床設置在橋梁段不占基本農田，占地少，對生態環境影響小，對既有道路基本無影響。缺點：一是由于橋下有民房和省道，在橋上鋪筑的豆礫石存在從橋上飛濺至橋下，造成二次事故的風險；二是由于橋上鋪筑了豆礫石，對本已失控的避險貨車的操作增加了難度，存在避險貨車失穩傾覆甚至沖到橋下引起二次事故的風險；三是重車失控撞毀防撞護欄墜落的風險高。

4.3 方案三分析

方案三的優點：將制動坡床設置在隧道段，一是不占基本農田，占地少，對生態環境影響小，對既有道路基本無影響；二是采取措施后安全風險可控；三是對既有道路基本無影響。缺點：屬于創新設計，目前在實際工程中未有應用案例，需要進一步開展相關研究。

4.4 方案比較

據計算，上述三種方案的工程建設安裝費對比：方案一＞方案二＞方案三。綜合考慮該項目的經濟性、安全性、環保性，該項目推薦方案三為優化方案，即將制動坡床設置在隧道內的優化方案。

該方案由傳統路基式避險車道轉變為隧道式避險車道，不僅降低了項目成本，還減少了土石方開挖量和對原地貌的破壞，保護了耕地和自然環境，達到了綠色環保的目的。

5 隧道式避險車道

該文提出避險車道采用“橋梁+隧道”方案，即隧道式避險車道方案，具體方案如下：

5.1 總體概況

避險車道總長為581 m，其中橋梁長382 m，隧道長101 m。制動坡床的長度為112 m，考慮設置10 m減速消能設施，總長度按照122 m進行設置。引道寬度為7.5 m=1.75 m安全帶+4 m行車道+1.75 m安全帶，土路肩寬度采用0.75 m。

制動床路面結構為100 cm厚的豆礫石減速路面，豆礫石路面起點厚度為7.5 cm，采用線性漸變，漸變段長度為30 m。

避險車道橫斷面因考慮隧道內救援因素，服務車道采用雙側布置，寬度均為3.5 m。

5.2 隧道建筑限界

經過三車道和兩車道的建筑限界比較，建筑限界建議采用三車道，主要原因如下：

（1）為降低避險車輛進入隧道的恐慌感，避免駕駛員操作失誤，盡量使進入車輛停在隧道中間。

（2）避險車輛在入坡時可能會產生較大幅度的顛簸，如采用兩車道，通過隧道一側制動坡床進洞，可能會與隧道壁發生碰撞；而在三車道隧道中間車道行駛，則可以完全避免該問題。

（3）隧道內施救空間相對狹窄，對于大型車輛采用一側救援車輛施救可能存在較大困難，并且施救效率較低；同時采用兩側救援的通道設置，在一側救援通道堵塞時，另一側還可以起到救援和逃生的作用。

5.3 隧道通風及排煙

避險車道隧道內設置搶險救援通風及火災排煙通風設施，主體工程設置專用排煙通道。在隧道豎井安裝避險車道隧道射流風機，向外排煙。考慮地面風機房及施工場地布設，豎井井位應靠近隧道端部。豎井頂部采用雨棚遮雨。

5.4 隧道照明

考慮車輛到達隧道洞口的速度約100 km/h，為減少駕駛員進入避險隧道的視覺突變，隧道照明強度應根據隧道長度進行相應變化。起點段落（約20 m）的照明最重要，考慮時段強度，比如白天強晚上弱，排除白天情況下的視覺黑洞情形，減少駕駛員進入避險隧道的視覺突變，以及隧道的南北或者東西走向的采光問題。

5.5 隧道監控、消防

采用智能、集成的系統，實時監測車輛進入避險車道的速度、距離等情況，并作出有效應急反應。隧道兩側設置消火栓箱、干冰滅火器等，消防設施預留洞應在隧道施工中按照位置及尺寸進行預留。

考慮隧道內可能發生火災，可采用以下方式進行滅火：

（1）避險車道隧道配置消防設備箱（含滅火器、消火栓及水性泡沫滅火裝置）作為消防設施。消防設備箱設置于隧道兩側，間距為25 m，每個箱內放置一套PMZ30泡沫滅火裝置，一套SNSSJ65雙口減壓穩壓消火栓，四件MFZL-6型便攜式ABC類干粉滅火器。

（2）后段約30 m范圍內配置自動噴淋泡沫滅火系統，滅火噴頭布設間距為4 m。根據避險車道隧道所處位置的自然條件，消防供水采用打井取水方式，將水泵至高位水池蓄水及加壓，構成無壓重力流供水系統。

5.6 隧道內救援

考慮在隧道中間段落（隧道兩側）、止點段落設置多臺卷揚機，便于將事故車輛從制動坡床拖拽到服務車道實施救援。卷揚機無法實施救援時，可采用平板車、拖車繩進行拖車，或者救援車進行拖曳、牽引處理。

5.7 交通標識標線

避險車道前2 km、1 km、500 m處設置避險車道預告標志，避險車道前200 m處設置前方200 m范圍內禁止停車標志，漸變段起點和入口三角端處設置避險車道入口標志。

避險車道出口前200 m處設置禁止停車標線，線寬15 cm，距路面邊緣30 cm；出口處設置引道線（虛實線），由45 cm寬黃色實線和15 cm寬白色虛線（畫2 m空4 m）構成，二者間距5 cm；三角端處設置導流斑馬線，在避險車道鼻端至制動坡床起點設置雙組分雨夜反光型防滑鋪裝。另外，在救援車道處設置路面文字。

5.8 緩沖設施

在主線避險車道迎車方向匝道分流鼻處設置TS級可導向防撞墊，防撞墊采用鍍鋅浸塑的雙層防腐處理，浸塑層顏色為黃色。具體要求應滿足《公路交通工程鋼構件防腐技術條件》（GB/T 18226—2015）的相關規定。

制動坡床末端設置消能桶及廢舊輪胎。消能桶的填充材料應與制動床集料相同；均需粘貼V類反光膜，反光膜的顏色為紅白相間。沿避險車道兩側設置廢舊輪胎，對橋梁護欄進行保護，并起到一定的緩沖作用。

5.9 輪廓標

輪廓標的主要作用是使駕駛員在夜間及時了解道路線形變化，清晰地顯示道路輪廓，有效地預防事故的發生，確保行車安全。輪廓標的布設原則為：避險車道兩側對稱設置紅色輪廓標，每12 m一處。附著于各類構造物上的輪廓標，應按照放樣確定的位置進行安裝。反射器應盡可能與駕駛員視線垂直。

6 結語及建議

（1）該文提出避險車道采用“橋梁+隧道”方案（隧道式避險車道）是一種新的設計思路，通過開展相關科學研究，可為山區復雜地形條件下設置避險車道提供借鑒。

（2）采用隧道式避險車道方案應對行車視線進行檢查，保證避險車輛在足夠距離能夠看清隧道洞底情況，減少駕駛員的心理恐慌。

（3）該項目隧道式優化方案應進一步加強橋梁防撞護欄設計，增大護欄高度和寬度并延伸至隧道洞口，確保車輛在引橋上的行駛安全。

參考文獻

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[5]楊江鋒.山區高速公路長大下坡路段避險車道設置與安全措施的研究[D].昆明：昆明理工大學，2008.