山區(qū)公路避險車道設(shè)計

田兆豐，劉英克

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院)

1 避險車道的定義和類型

避險車道最早起源于20世紀(jì)50年代的美國，為了使主線車流中失去控制的車輛能夠減慢行駛速度并且停止下來，在主線道路旁設(shè)置的一種輔助車道形式。避險車道一般設(shè)置在公路長大下坡路段，設(shè)置避險車道的原理是把失控車輛的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能和抵抗路面摩擦的能量，從而使車輛停下來，保障行車安全和駕駛員生命財產(chǎn)不受損害。

根據(jù)實際情況采用不同的縱斷面線形，避險車道分為以下4種類型。

(1)沙堆型避險車道:其路床是由松散的干沙子組成，沙堆的坡度是靠沙子的重力自然形成，由于沙堆可以使車輛的行駛阻力大大增加，所以路床的長度可以相對減短，其長度一般不超過130m。但沙子的特性受天氣的影響較大，所以該種緊急避險車道多用于地形受嚴(yán)格限制的地方。

(2)坡度降低型避險車道:通常情況是與主線平行而且非常接近主線，主要是利用車輛的行駛阻力使車輛速度降低，但由于其坡度是降低的，在減速過程中還會使車輛的一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，所以該種形式的避險車道不能較有效的降低車輛的速度。

(3)坡度增加型避險車道:可以利用車輛的行駛阻力和坡度阻力的共同作用來使車輛的速度降低，所以路床的長度可以相對的減小，但是該種車道的工程造價較高。

(4)水平型避險車道:其優(yōu)缺點介于坡度降低型避險車道和坡度增加型避險車道之間。

4種形式的避險車道各有優(yōu)缺點，形式的選擇主要受地形、環(huán)境、氣候、造價、養(yǎng)護(hù)維修等因素的影響，目前國內(nèi)應(yīng)用最多、最經(jīng)濟(jì)合理和有效的形式是坡度增加型避險車道。

2 避險車道設(shè)計

2.1 避險車道位置的選擇

目前我國避險車道位置的確定依靠工程經(jīng)驗、事故頻率兩種方法。工程經(jīng)驗法一般用于規(guī)劃或設(shè)計中道路避險車道位置的確定，事故頻率法用于運(yùn)營道路避險車道位置的確定。

采用工程經(jīng)驗法時避險車道一般設(shè)置在以下位置。

(1)連續(xù)下坡或陡坡路段小半徑曲線前方:連續(xù)下坡路段或陡坡路段與小半徑曲線相接處是事故多發(fā)點，在車輛駛?cè)胄“霃角€前，宜沿曲線切線設(shè)置避險車道。

(2)連續(xù)長下坡的下半部:從駕駛員行車心理角度，駕駛員更易接受長坡路段下半段使用避險車道。

運(yùn)營道路避險車道的位置確定是以事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)為依據(jù)，再結(jié)合地形地勢條件確定。經(jīng)實踐證明，無論是工程經(jīng)驗法還是事故頻率法都存在弊端。工程經(jīng)驗法只能通過感性認(rèn)識指出某一路段為危險路段，是一種主觀性較強(qiáng)的方法，缺少科學(xué)性。而事故頻率法是在多起事故發(fā)生后，根據(jù)事故多發(fā)點來確定避險車道的位置，其位置的確定是以生命和財產(chǎn)為代價，是一種事后補(bǔ)救方法，該法不易推薦。

2.2 避險車道的線形

(1)根據(jù)避險車道的平面線形應(yīng)是直線或大半徑曲線的理論，避險車道從主線分離時平面線形設(shè)計有如下原則。

①從主線分離時的駛出角應(yīng)盡可能小，使失控車輛更容易駛?cè)氡茈U車道。根據(jù)相關(guān)資料，駛出角應(yīng)小于10°，一般以5°以下為宜;如果用地受限制，可以做成與主線平行，但在主線與避險車道間應(yīng)設(shè)置防護(hù)設(shè)施，避免對主線車輛造成干擾。

②避險車道平面設(shè)計線為制動坡床的中線，從主線外側(cè)行車道流出。

③當(dāng)主線為直線或不設(shè)超高大半徑曲線時，避險車道以5°左右駛出角從主線分離;當(dāng)主線為左轉(zhuǎn)曲線時，避險車道一般沿著主線曲線切線方向從主線分離;當(dāng)主線為右轉(zhuǎn)曲線時，避險車道應(yīng)以小于10°的駛出角從主線分離。

④避險車道不宜設(shè)在大型構(gòu)造物附近，如橋梁、隧道、分離式立交橋、服務(wù)區(qū)等。

(2)避險車道的縱面線形也應(yīng)是直線，避險車道與主線變坡處用豎曲線連接。避險車道的縱面線形設(shè)計原則如下:

①駛出點一般設(shè)在連續(xù)下坡的緩坡段(小于3%)，不應(yīng)設(shè)在連續(xù)下坡的陡坡段;

②避險車道不宜設(shè)在坡底，一般設(shè)在坡長的2/3～3/4處，但在長下坡路段，在下坡3km附近開始設(shè)置避險車道，并可利用地形設(shè)置多處避險車道;

③避險車道的縱坡應(yīng)與制動坡床相同，一般為10%～20%，豎曲線半徑不受控制。

2.3 避險車道的長度

(1)駛?cè)氡茈U車道的速度。

駛?cè)氡茈U車道的車速是避險車道長度的主要影響因素。AASHTO的“綠皮書”指出:避險車道的設(shè)計車速最小值為128.7km/h或144.8km/h為宜。美國愛達(dá)荷州運(yùn)輸部根據(jù)結(jié)合能量積累的過程進(jìn)行迭代計算，從而得到避險車道上任一點處車速。在進(jìn)行避險車道設(shè)置地點選擇時，可以用于駛?cè)氡茈U車道的車輛駛?cè)胲囁佟?/p>

式中:V為在距離為L處的速度，mile/h;V0為在起點處的速度，mile/h;H為相應(yīng)于距離為L處的豎向距離，ft;L為依據(jù)里程樁計算的坡度長度，ft;K為路面磨擦系數(shù);Vm為速度V和V0的平均值;F為車輛前身的面積，ft2;V2n為V2和V20的平均值;W為車重，lb(1mile=1.609344km，1ft=0.3048m，1lb=0.4536kg，下同)。

(2)避險車道的長度。

由于設(shè)置避險車道的原理是把失控車輛的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能和抵抗路面摩擦的能量，所以根據(jù)能量守衡定律得:

由于I比較小，sinI=I，cosI=1，因此可將式簡化為下式:

式中:L為避險車道的長度，m;v為進(jìn)入避險車道時車輛的速度，km/h;R為滾動阻力系數(shù)，見表1;I為避險車道坡度值，%;g為重力加速度(9.8kg/s2);m為車輛的重量，kg。

當(dāng)避險車道為非單一縱坡時，第一個坡度末端的車速vf即為下一坡度路段的初始速度，公式如下:

式中:L1為第一段下坡路段的長度，m;v為進(jìn)入速度，km/h;

I1為第一段下坡路段的坡度，%。

2.4 避險車道的材料

避險車道坡度與材料的選用應(yīng)滿足減速率0.2～0.5g的要求，根據(jù)動力學(xué)理論，0.2≤R±I≤0.5。

式中:I為避險車道坡度，%;R為滾動阻力系數(shù)，見表1。

表1 不同材料的滾動阻力系數(shù)

目前避險車道大都采用滾動阻力系數(shù)較大的材料，優(yōu)點是可有效地減小坡度、長度，節(jié)約造價。但缺點是會使失控車輛突然進(jìn)入高阻力狀態(tài)，過大的阻力導(dǎo)致車輛底盤迅速停止，車廂及內(nèi)裝貨物在慣性的作用下前沖，對駕駛室擠壓或剪切造成人員傷亡。因此，避險車道段落內(nèi)材料的消能作用應(yīng)從弱到強(qiáng)，使失控車輛對減速度有個適應(yīng)的緩沖過程。

不同的消能材料如礫石和粗砂，宜進(jìn)行篩分處理，粒徑盡量等同，這樣可使之長期處于松散狀態(tài)，不致形成大小嵌鎖，防止日久結(jié)成板塊而起不到消能作用。根據(jù)美國資料研究，好的砂床材料應(yīng)是圓形，在車輪的碾壓下上下砂礫通過相互的滾動、置換，使車輛更容易陷入。最理想的砂礫粒徑應(yīng)在0.5 英寸(1.27cm)左右，最小在0.25 英寸(0.63cm)，最大在1.5英寸(3.81cm)。這樣粒徑的砂礫具有較高的滾動阻力系數(shù)。

制動砂床的深度是保證材料完全發(fā)揮其滾動阻力的必要條件。制動砂床的材料深度不應(yīng)小于46cm，深度范圍一般在46～76cm。為了使車輛更容易駛?cè)?，沿著避險車道入口至前方30m處，材料的深度應(yīng)由淺至深過渡，由7cm過渡至正常深度(46～76cm)。

2.5 避險車道的寬度

避險車道的寬度應(yīng)保證能使一輛以上的車輛進(jìn)入。在短時間內(nèi)有兩輛或更多車進(jìn)入避險車道的情況不常見，對于某些地區(qū)，避險車道的最小寬度應(yīng)滿足7.9m的要求。當(dāng)然避險車道的寬度越寬越好，但在考慮安全要求的同時，應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性及實用性。如果需要停放兩輛或更多車輛時，避險車道的寬度為9.2～12.2m時可能會更好。但同時允許兩輛或更多車輛在短時間內(nèi)相繼進(jìn)入避險車道，如附屬設(shè)施、引導(dǎo)設(shè)施設(shè)置不完備，而此時駛?cè)胲囕v的司機(jī)往往又處于高度緊張慌亂之中，車輛在失控狀態(tài)下極易造成二次事故。因此，建議只考慮按一輛貨車駛?cè)氡茈U車道的情形來確定避險車道的寬度。假使存在需要停放兩輛或更多車輛的情況，推薦在附近另設(shè)一處避險車道的方案。

2.6 避險車道的引道設(shè)計

引道是避險車道的重要組成部分，起著連接主線和避險車道的作用，可以使失控車輛駕駛員以充分的反應(yīng)時間和空間沿引道安全地駛?cè)氡茈U車道，據(jù)美國的研究:避險車道引道的長度不應(yīng)小于310m。引道的起點應(yīng)處于良好的視覺通視區(qū)，保證駕駛員在起點處能清晰地看到避險車道的全部線形;引道的終點宜設(shè)置在避險車道入口的后面，使避險車道與主線分隔開并保持一定距離，保證失控車輛進(jìn)入避險車道后不會有石子蹦到車道外部，特別是主線車道上，而干擾正常行駛的車輛。另外，引道的終點應(yīng)設(shè)計成方形，見圖2。其原因是保證失控車輛前軸兩輪同時進(jìn)入避險車道，保持同樣的減速度，否則會造成車輛前軸兩輪左右受力不均勻而導(dǎo)致車輛側(cè)翻，在避險車道入口即發(fā)生事故。

圖1 避險車道平面

2.7 避險車道的服務(wù)車道和地錨

流動阻力的特性對于載重汽車來講是安全的，但對于車輛駛離避險車道來說又成了障礙。因此，設(shè)計緊急避險車道時，要考慮到救援車輛拖車時的服務(wù)需求，需進(jìn)行服務(wù)車道和地錨的設(shè)計。輔助車道是供救援車輛牽引貨車時使用的，地錨是貨車離開避險車道的輔助設(shè)施。美國“運(yùn)輸工程師協(xié)會”指出:如果在緊急避險車道設(shè)計輔助車道，設(shè)計者還需要其相應(yīng)的交通組織設(shè)計，即通過相應(yīng)的交通標(biāo)識設(shè)計，確保使用緊急避險車道的駕駛員能夠區(qū)分避險車道與服務(wù)車道，尤其要注意夜間使用緊急避險車道時的安全保障設(shè)計。

2.8 避險車道的末端設(shè)計

受地形影響避險車道達(dá)不到要求的長度時，可以在端部設(shè)置減振(防撞、消能)設(shè)施，如在避險車道的端部設(shè)置集料堆或防撞砂桶。需注意的是，防撞消能設(shè)施的設(shè)置存在著兩方面的危險:首先是產(chǎn)生嚴(yán)重的水平減速度和突然的垂直加速度，容易造成駕駛員、車輛、財產(chǎn)受損;第二是車輛的前軸受力并不能將減速度等效的傳遞到車輛的后軸，容易引起車輛的受力不平衡，導(dǎo)致貨物散落、后輪分離和掛車向前傾覆。因此，為了減少避險車道的長度以節(jié)省造價而在避險車道末端設(shè)置防撞消能設(shè)施的做法不宜提倡。

2.9 避險車道其他設(shè)施

(1)經(jīng)調(diào)查，砂床集料被污染的主要原因是缺乏適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)，為了保證避險車道的耐久性，保證砂床的干燥，避免砂床集料被污染，需要設(shè)置完備的排水系統(tǒng)。如在避險車道兩側(cè)設(shè)置排水溝，在砂床底部設(shè)置橫向排水管防止砂床集料積水，通過這些措施保證避險車道正常地發(fā)揮作用。

(2)為了使下坡車輛駕駛員能及時、清楚地看到避險車道的位置，應(yīng)分別在坡頂、避險車道前方1000m、500m、100m處，設(shè)置醒目的交通標(biāo)志，以使駕駛員能做出正確的判斷。有條件的情況下可在避險車道末端裝置高桿照明燈，在避險車道的兩側(cè)裝置示寬燈，以使駕駛員在夜間也能準(zhǔn)確的判斷避險車道的位置和寬度。

3結(jié)語

目前，國內(nèi)貨運(yùn)交通超速、超載嚴(yán)重，山區(qū)公路存在長、陡下坡路段等不利安全運(yùn)營因素較多，由此引起的交通事故率居高不下，不論是在建公路還是已建運(yùn)營公路，合理設(shè)置必要的避險車道，對減少載重汽車的失控事故率，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失有著尤為重要的現(xiàn)實意義，更充分體現(xiàn)了公路建設(shè)中“以人為本”、“以車為本”和寬容性的設(shè)計理念。

［1］公路路線設(shè)計規(guī)范(JTGD20－2006)［S］.

［2］交通部公路司.公路設(shè)計指南(2005)版新理念［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］賀玉龍，孫小端.緊急避險車道在美國山區(qū)公路上的應(yīng)用［J］.交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報，2005，(9).

［4］吳京梅.山區(qū)高速公路避險車道的設(shè)置［J］.中國公路，2006，(8).