山區(qū)公路長(zhǎng)大下坡路段避險(xiǎn)車道設(shè)置的分析與評(píng)價(jià)研究

■賴世桂

(福建省龍巖市公路局，龍巖 364000)

山區(qū)公路交通事故主要集中在長(zhǎng)大下坡路段，且事故后果嚴(yán)重，其安全問(wèn)題引起了各方面的高度重視。為預(yù)防和減少長(zhǎng)下坡路段交通事故，我國(guó)近年來(lái)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，在山區(qū)公路長(zhǎng)下坡事故多發(fā)地點(diǎn)設(shè)置避險(xiǎn)車道等工程措施來(lái)改善交通安全，取得了良好效果。然而，我國(guó)避險(xiǎn)車道設(shè)置和設(shè)計(jì)還缺乏深入的理論和實(shí)踐研究，設(shè)置原則模糊隨意性大，一方面由于有的建成的避險(xiǎn)車道利用率比較低，造成資金和土地資源的巨大浪費(fèi)，另一方面由于該設(shè)的地方未設(shè)，交通安全隱患依然存在。

因此，本文針對(duì)龍巖山區(qū)的地形特點(diǎn)，以G319 線吊鐘巖-中心坑長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車道工程為例，通過(guò)深入的理論和實(shí)踐，展開(kāi)了對(duì)山區(qū)公路避險(xiǎn)車道和設(shè)計(jì)方法的研究，以期更好地指導(dǎo)山區(qū)避險(xiǎn)車道的設(shè)置和設(shè)計(jì)，提高山區(qū)公路的安全服務(wù)水平。

1 山區(qū)公路安全分析

1.1 山區(qū)公路交通事故特征

山區(qū)公路往往彎多坡陡，由于地形限制和資金困難，一些路段采用了規(guī)范的極限值，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較差，成了道路安全的“黑點(diǎn)路段”，加之未按規(guī)定讓行、超速行駛、酒后駕駛、違法會(huì)車、違法超車等交通違法行為，容易釀成交通事故，如G319 線吊鐘巖-中心坑路段，由于資金不足等原因，全路段坡長(zhǎng)坡陡彎多彎急，局部路段達(dá)不到原設(shè)計(jì)的二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)。該路段自建成通車以后就事故不斷，其中7km 多的長(zhǎng)下坡集中了事故的大部分，且多為重大或特大事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，龍巖山區(qū)公路長(zhǎng)大下坡路段的事故具有如下特征：

(1)事故路段分布以長(zhǎng)下坡和急彎陡坡路段為主，且集中在長(zhǎng)下坡的后半段的彎道附近；

(2)有53%的事故與重型車有關(guān)，事故原因60%以上是剎車失靈，相當(dāng)部分車輛存在超載現(xiàn)象，在發(fā)生的重大和特大事故中有71%為外地車輛，這與駕駛員對(duì)地形路況不熟有直接的關(guān)系；

(3)事故形態(tài)以自翻、追尾和沖出路外為主，事故車輛絕大多數(shù)表現(xiàn)為剎車失靈;

(4)白天和晚上事故頻率基本上相同。

從國(guó)內(nèi)其他山區(qū)公路如國(guó)道312 線咸水一級(jí)公路、云南玉元(玉溪至元江)高速公路長(zhǎng)大下坡路段的事故特征看，也具有相似性[1][5][8]。

1.2 長(zhǎng)下坡路段事故成因分析

山區(qū)公路交通事故多發(fā)是人、車、路和環(huán)境綜合作用的結(jié)果。車輛在連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段上行駛中行車制動(dòng)器連續(xù)作強(qiáng)制動(dòng)，使得制動(dòng)器溫度急速提升，由美國(guó)聯(lián)邦公路局開(kāi)發(fā)的坡度嚴(yán)重度分級(jí)系統(tǒng)[2](Grade Severity Rating System—GSRS)顯示，當(dāng)剎車轂溫度達(dá)到極限溫度500F(260℃)以上時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)效能“熱衰退”現(xiàn)象急劇增加[7]，最終釀成事故。具體來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)下坡路段事故原因主要如下：

(1)人的因素

違章駕駛是道路交通事故的主要原因，其次是操作不當(dāng)，如空檔下坡、避讓不當(dāng)?shù)?。大型車輛在長(zhǎng)下坡段應(yīng)使用低擋位，采用發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)來(lái)平衡于車輛自重帶來(lái)的下坡力，以減輕其行車制動(dòng)器的負(fù)荷強(qiáng)度，但駕駛員往往出于經(jīng)濟(jì)利益考慮，抱著僥幸心理，忽視了行車安全。

(2)車的因素

主要是指車況，特別是車輛的制動(dòng)性能，其次是超載。公路最大縱坡和坡長(zhǎng)限制以及在長(zhǎng)距離下坡路段的平均縱坡限制，都是依據(jù)典型車輛運(yùn)載標(biāo)準(zhǔn)重量貨物的情況下得出的，但實(shí)際公路貨運(yùn)中，車輛貨運(yùn)超載的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，屢禁不止。

(3)路的因素

主要是指道路的服務(wù)性能的好壞。由于工程造價(jià)和客觀因素的影響，一些山嶺區(qū)公路采用了規(guī)范的極限值，造成一些先天不足的事故黑點(diǎn)路段。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，即使道路的平均縱坡僅4%，但坡長(zhǎng)6km，連續(xù)下坡事故也時(shí)有發(fā)生。因此深究規(guī)范中坡度、坡長(zhǎng)規(guī)定指標(biāo)的合理性是有必要的。

(4)環(huán)境因素

主要是路側(cè)違章建筑或未及時(shí)修剪的植物、非路標(biāo)志等遮擋視線造成視距不良，其次是灑漏污染影響了路面的正常使用。

2 G319 線上杭中心坑避險(xiǎn)車道設(shè)置實(shí)例

2.1 工程概況

國(guó)道319 線吊鐘巖-中心坑路段按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車速度40km/h，路線全長(zhǎng)25.79 km，其中下坡總長(zhǎng)7317m，路段相對(duì)高差達(dá)340.05m，平均縱坡為4.33%，共有77 個(gè)平曲線，由于受山區(qū)地形條件的限制，路段平曲線多處采用了“S”型曲線，其它線形包括“C”型和卵型，路線呈折線形由龍巖往長(zhǎng)汀方向逐漸降低，平面線形相對(duì)較差。路段的縱斷面示意圖見(jiàn)圖1，長(zhǎng)下坡路段坡長(zhǎng)和平均坡度見(jiàn)表1。

圖1 G319 線上杭中心坑段縱斷面示意圖

表1 連續(xù)長(zhǎng)下坡路段平均縱坡和坡長(zhǎng)

2.2 評(píng)價(jià)與設(shè)置分析方法

根據(jù)交通運(yùn)輸部《公路安全保障工程實(shí)施技術(shù)指南》[3]和《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》[4]提出的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)路段的線形設(shè)計(jì)、運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性，根據(jù)可能速度的計(jì)算及評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)可能速度的協(xié)調(diào)性，并以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)得到的典型貨車在該下坡路段行駛時(shí)，其主制動(dòng)器的溫度變化曲線提出制動(dòng)器溫升評(píng)價(jià)等多種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析，為避險(xiǎn)車道的選址設(shè)置提供依據(jù)。

2.3 設(shè)計(jì)符合性評(píng)價(jià)

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》[4]提出的評(píng)價(jià)方法對(duì)路段的設(shè)計(jì)符合性進(jìn)行計(jì)算分析，見(jiàn)表2。

表2 中心坑路段的坡度超限表

從表2 和表3 可知，線形設(shè)計(jì)較差的路段主要為K250+006 ～K250+990、K247+393 ～K247+730、K248+042～K248+545，這些路段設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均超過(guò)了規(guī)范的相應(yīng)要求，特別是K250+006～K250+990 作為長(zhǎng)下坡段的一部分，路段安全性明顯比其他路段低，需要進(jìn)行完善交通安全保障工程。

2.4 基于運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》[4]提供運(yùn)行速度預(yù)測(cè)模型，計(jì)算各分析單元的運(yùn)行速度值，并以此為縱坐標(biāo)，路線里程樁號(hào)為橫坐標(biāo)，繪制出沿線運(yùn)行速度變化斷面圖(僅僅示出K247～K252 段)，如圖2 所示：

根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》[4]提供的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)測(cè)的運(yùn)行速度，如計(jì)算結(jié)果相臨路段的運(yùn)行速度差△V85基本上均小于10km/h，說(shuō)明這些路段的運(yùn)行協(xié)調(diào)性是良好的；如相臨路段的運(yùn)行速度差△V85基本上大于10km/h，說(shuō)明這些路段的運(yùn)行協(xié)調(diào)性較差,條件允許的話可對(duì)這些路段的平縱斷面作適當(dāng)調(diào)整。

圖2 中心坑路段運(yùn)行速度斷面圖

2.5 行車視距檢驗(yàn)

基于前節(jié)計(jì)算得到的路段運(yùn)行速度值，根據(jù)《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》[4]中提供的貨車停車視距要求計(jì)算公式，計(jì)算得該路線有四處視距檢驗(yàn)不足，如圖3。

圖3 中心坑路段視距檢驗(yàn)位置圖

由圖3 可見(jiàn)現(xiàn)有避險(xiǎn)車道設(shè)置在K250+950 之前的K250+350 附近行車時(shí)就已經(jīng)發(fā)生停車視距不足的現(xiàn)象，避險(xiǎn)車道的設(shè)置也應(yīng)予以考慮。

2.6 基于可能速度的危險(xiǎn)位置評(píng)價(jià)

根據(jù)所給定的設(shè)計(jì)條件計(jì)算得到的可能速度如圖4。根據(jù)可能速度的定義——在良好的氣候條件和交通條件下，技術(shù)熟練的駕駛員駕駛汽車沿某條公路行駛時(shí)可能達(dá)到的最高速度。超出該速度，意味著車輛可能失事。由圖可知，該路段有兩處危險(xiǎn)地段，第一個(gè)地段在樁號(hào)為K248+042 的平曲線附近(該平曲線半徑R＝90m，允許速度為68.41km/h)；第二個(gè)危險(xiǎn)地段在樁號(hào)為K250+911 的平曲線附近(位于原設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道附近)，該平曲線半徑R＝90m，允許速度為68.41km/h。而兩個(gè)危險(xiǎn)位置相比較，K250+911 的平曲線附近危險(xiǎn)位置顯得不利許多，是事故的黑點(diǎn)地段。

圖4 中心坑路段可能速度圖

2.7 可能速度、實(shí)際營(yíng)運(yùn)速度和預(yù)測(cè)營(yíng)運(yùn)速度的對(duì)比分析

根據(jù)調(diào)查得到中心坑路段大貨車車速分布，如圖5和表3。

圖5 中心坑避險(xiǎn)車道路段大型貨車?yán)鄯e車速頻率分布圖

表3 中心坑避險(xiǎn)車道路段車輛車速匯總表(K251)

由表3 可知，V85位的實(shí)際運(yùn)行速度值為48 km/h。

另外，將計(jì)算所得的運(yùn)行速度和可能速度繪于同一圖中如圖6。

圖6 中心坑路段計(jì)算營(yíng)運(yùn)速度與計(jì)算可能速度對(duì)比圖

由圖6 可知，在全路段范圍內(nèi)，計(jì)算行車速度曲線均小于所計(jì)算的可能速度值(除K251+000 附近)，后者是前者的上限值，這也說(shuō)明了可能速度計(jì)算方面具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。從實(shí)際觀測(cè)到的運(yùn)行速度看，其V85等于48km/h，與該處的營(yíng)運(yùn)速度計(jì)算值71.65km/h 相差23.65 km/h，差值較大，可見(jiàn)《指南》所采用的計(jì)算公式在局部路段有較大的誤差。從實(shí)測(cè)到該路段的最大營(yíng)運(yùn)速度看其最大值為60km/h，與該處的最大可能速度計(jì)算值68.41km/h(相差6.41km/h)較為接近，考慮到所觀測(cè)路段內(nèi)交通流的車速與最大車速峰值的誤差后，該數(shù)值是較合理的。另外，圖中運(yùn)行速度曲線在K251+000 附近接近甚至高于可能速度曲線。因此從圖中就可準(zhǔn)確得出在路線的K251+000 附近是該路段的黑點(diǎn)。

以上這些分析可見(jiàn)，可能速度計(jì)算理論結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性，可作為道路路線設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的有力工具之一。

2.8 制動(dòng)器溫升評(píng)價(jià)

首先確定設(shè)計(jì)條件，根據(jù)對(duì)中心坑路段重型車輛的調(diào)查，確定本段路失控車輛的代表車型為東風(fēng)載重貨車EQ1420W，裝備質(zhì)量12005kg，載荷質(zhì)量29800kg，滿載總質(zhì)量41805kg，該車總高2.97m，總寬2.47m。

在已經(jīng)確定設(shè)計(jì)車輛等條件下，假定車輛有基本制動(dòng)裝置和輔助制動(dòng)裝置，坡頂未設(shè)置制動(dòng)檢查站，假定駕駛員采用了合適的檔位，通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)檢測(cè)制動(dòng)器的溫度，并參照美國(guó)聯(lián)邦公路局開(kāi)發(fā)的坡度嚴(yán)重度分級(jí)系統(tǒng)[2]，以剎車轂溫度達(dá)到極限溫度500F(260℃)作為檢驗(yàn)制動(dòng)器制動(dòng)效能“熱衰退”的依據(jù)。據(jù)此計(jì)算典型貨車在該下坡路段行駛時(shí)，其主制動(dòng)器的溫度變化曲線(考慮工程實(shí)際各路段坡度的嚴(yán)重程度這里只計(jì)算到K251+500 處)，如圖7。

圖7 中心坑路段典型貨車制動(dòng)器溫升計(jì)算曲線圖

從溫度上升曲線圖可知，車輛下坡后剎車片溫度持續(xù)升高，在樁號(hào)K250+584 位置制動(dòng)器溫度開(kāi)始超過(guò)260℃。由于本文是假定車輛勻速下坡并持續(xù)制動(dòng)，造成其主制動(dòng)器溫升曲線缺少波動(dòng)?？紤]實(shí)際車輛的制動(dòng)方式后，其計(jì)算曲線應(yīng)在現(xiàn)有曲線附近上下波動(dòng)前進(jìn)。從曲線中線形看斜率較大，說(shuō)明貨車在制動(dòng)后的溫升速度較快，這是由于該路段縱坡較大 (平均縱坡5.5%)，造成制動(dòng)的溫升較快。在樁號(hào)K250+584 位置制動(dòng)器溫度超過(guò)260℃(剎車片熱衰退的經(jīng)驗(yàn)性的臨界值)，并在該位置之后，由于坡度繼續(xù)延伸4 公里多，剎車的溫度繼續(xù)升高，大大超出臨界值直至坡底K255+000 附近。

2.9 避險(xiǎn)車道設(shè)置必要性和位置的確定

綜合以上，進(jìn)行中心坑路段避險(xiǎn)車道設(shè)置必要性及選址分析：

(1)從計(jì)算運(yùn)行速度圖及可能速度斷面圖的速度差值可判知協(xié)調(diào)性和連續(xù)性，協(xié)調(diào)性和連續(xù)性差的路段可能存在安全隱患；

(2)從運(yùn)行速度斷面圖可判知行車平順性，行車平順性較差的路段可能存在安全隱患；

(3)從剎車片溫度的上升曲線圖看，在樁號(hào)K250+584 位置制動(dòng)器溫度即已開(kāi)始超過(guò)260℃；再根據(jù)可能速度分析及事故歷史調(diào)查記錄，得出K250+500 是該路段的事故黑點(diǎn)，多起事故在該處因?yàn)檐囕v制動(dòng)器過(guò)熱引發(fā)制動(dòng)失靈而失事。

基于以上可以得知該路段設(shè)置避險(xiǎn)車道的必要性，并得到該路段需要設(shè)置避險(xiǎn)車道的可能位置，然后進(jìn)行優(yōu)先權(quán)分析，本路段中樁號(hào)(K250+950)附近優(yōu)先權(quán)等級(jí)最高，因此為設(shè)置避險(xiǎn)車道的最佳位置，樁號(hào)K250+600 附近車輛剎車溫度已超出臨界衰退溫度值，其行車視距又不足且又位于事故黑點(diǎn)附近，因此可作為該路段避險(xiǎn)車道設(shè)置位置選擇的次佳方案。

2.10 實(shí)踐應(yīng)用

根據(jù)本文提出的避險(xiǎn)車道的設(shè)置研究理論，G319線吊鐘巖-中心坑長(zhǎng)下坡路段實(shí)施了避險(xiǎn)車道依托工程。經(jīng)過(guò)跟蹤觀察與分析，結(jié)果表明，與實(shí)施前相比，該路段交通事故發(fā)生率和傷亡程度大幅減少，如實(shí)施后第一年中交通事故減少150 余起，直接經(jīng)濟(jì)損失減少782.3 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

3 結(jié)論

綜合以上研究和實(shí)踐，可以得到如下結(jié)論：

(1)運(yùn)用制動(dòng)器溫升評(píng)價(jià)方法，既能分析該路段設(shè)置避險(xiǎn)車道的必要性，還能得到該路段需要設(shè)置避險(xiǎn)車道的位置，是避險(xiǎn)車道設(shè)置選址中較可靠的方法。綜合考慮多種路況因素進(jìn)行避險(xiǎn)車道設(shè)置必要性分析判斷的避險(xiǎn)車道設(shè)置選址系統(tǒng)化方法，可以快速地確定各個(gè)路段設(shè)置避險(xiǎn)車道的必要性，確定各個(gè)危險(xiǎn)位置設(shè)置避險(xiǎn)車道優(yōu)先順序。

(2)在工程設(shè)計(jì)階段，若同一路段相鄰的曲線半徑較小，運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性較差，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整其平縱斷面?？蓞⒄漳戏堑摹兜缆穾缀卧O(shè)計(jì)手冊(cè)》的部分規(guī)定，如果下坡坡度(%)的平方乘以距坡頂?shù)木嚯x(km)超過(guò)60，且平均縱坡度超過(guò)4%的路段，應(yīng)考慮設(shè)置避險(xiǎn)車道。

(3)為保障山區(qū)長(zhǎng)下坡公路公路交通安全，在工程實(shí)踐中應(yīng)綜合采取交通工程措施、管理措施和工程措施，如通過(guò)標(biāo)志、標(biāo)線等主動(dòng)引導(dǎo)設(shè)施和護(hù)欄等被動(dòng)安全設(shè)施的交通工程措施，在坡頂強(qiáng)制車輛停車檢查和冷卻制動(dòng)器，在下坡段設(shè)置停車休息區(qū)或在連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段禁止貨車通行等管理措施以及避險(xiǎn)車道 (Truck Escape Ramps 簡(jiǎn)稱TER)等工程措施。

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