新疆風(fēng)雪地區(qū)交通標(biāo)志適用性研究

蔡 強(qiáng) 劉小勇 劉 健

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊830000；2.新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊831401；3.新疆交通科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊830000）

1 研究的目的及意義

新疆維吾爾自治區(qū)位于中緯度歐亞大陸腹地，屬于我國(guó)綜合自然區(qū)劃中的溫帶暖溫帶荒漠區(qū)。冬季寒冷漫長(zhǎng)，約150天，年最低氣溫-51.5℃，受大西洋西風(fēng)暖濕氣流以及北冰洋冷濕氣流影響，新疆降雪面積占全區(qū)面積80%以上，約有45%的區(qū)域形成冰雪災(zāi)害。北疆和高山區(qū)一般有5至7個(gè)月的降雪期，南疆至少有3至4個(gè)月，最大積雪厚度深度達(dá)162厘米。最大積雪帶分布與天山降水分布特征一致，具有由西向東，由北向南逐漸減少的規(guī)律，并隨海拔高度增加而增加的趨勢(shì)。

由于冬季寒冷和降雪作用，公路冰雪災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生頻率較高。每年冬季，都有強(qiáng)大的冰雪災(zāi)害出現(xiàn)，致使公路嚴(yán)重積雪、結(jié)冰、能見(jiàn)度降低，交通安全標(biāo)志難以辨識(shí)，同時(shí)給公路交通運(yùn)輸安全帶來(lái)較大的影響。因此，在滿足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的前提下，有必要重新研究冰雪地區(qū)交通安全標(biāo)志的版面設(shè)計(jì)、位置和角度的設(shè)置、結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)等內(nèi)容，更好的引導(dǎo)車輛通行。

為了能對(duì)今后風(fēng)吹雪地區(qū)公路安全設(shè)施設(shè)計(jì)、防護(hù)有所借鑒，通過(guò)調(diào)查研究新疆風(fēng)雪地區(qū)的風(fēng)雪雪害導(dǎo)致的交通標(biāo)志被覆蓋的情況，對(duì)現(xiàn)有交通標(biāo)志的材質(zhì)、版面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)安裝形式等內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)、完善，研究開(kāi)發(fā)適用于風(fēng)雪災(zāi)害地區(qū)的交通標(biāo)志，為安全通行提供保障。

本課題研究以塔城老風(fēng)口-瑪依塔斯風(fēng)區(qū)區(qū)域?yàn)槔?/p>

2 新疆風(fēng)雪區(qū)域風(fēng)吹雪害分析

2.1 區(qū)域概況介紹

塔城老風(fēng)口-瑪依塔斯風(fēng)區(qū)項(xiàng)目區(qū)域位于齊吾爾喀葉爾山和加依爾山之間一條東西長(zhǎng)100km、南北寬不足20km、東高西低的狹長(zhǎng)谷地，由于受地形的影響，整個(gè)谷地是大風(fēng)帶，常年盛行偏東、偏西風(fēng)?，斠浪癸L(fēng)區(qū)東面連通準(zhǔn)噶爾盆地，西接塔城盆地，當(dāng)蒙古高氣壓與準(zhǔn)噶爾盆地冷空氣氣壓堆積時(shí)，就會(huì)構(gòu)成東高西低的氣壓場(chǎng)，氣壓梯度與狹管狀地形方向一致，回流倒灌的冷空氣沿谷地向西運(yùn)行，在狹管效應(yīng)和滑坡效應(yīng)的雙重作用下，氣流得到加速，從而形成偏東大風(fēng)。

2.2 風(fēng)雪害調(diào)查與分析

持續(xù)風(fēng)吹雪的形成必須具備三個(gè)條件：豐富的雪源且雪的上伏面結(jié)晶較低；一定的風(fēng)速；適宜的沉積區(qū)。項(xiàng)目區(qū)域受西伯利亞寒流和蒙古高壓的影響，該區(qū)域冬季盛行西北風(fēng)和偏東風(fēng)，降雪時(shí)往往是風(fēng)雪交加，雪粒隨風(fēng)漂流，形成強(qiáng)烈的風(fēng)雪流，能見(jiàn)度變差，視距變短，通行條件惡劣。當(dāng)風(fēng)雪流到達(dá)公路之前一定范圍時(shí)，受地勢(shì)、植被等因素影響，使風(fēng)速降低到小于雪粒的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，雪粒就在公路一定范圍內(nèi)沉積，并且越積越厚，逐漸埋沒(méi)公路，最終形成嚴(yán)重的雪阻，致使交通中斷。

2.2.1 區(qū)域氣溫分析

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)自1986年-2012年之間，從鐵廠溝、額敏、瑪依塔斯幾測(cè)站所測(cè)大風(fēng)期間出現(xiàn)的絕對(duì)最低氣溫為-35.9°，老風(fēng)口風(fēng)區(qū)三站點(diǎn)歷年最低氣溫見(jiàn)圖。極端最低氣溫-42.6℃，年平均氣溫5.5℃。雪粒不易結(jié)晶，雪密度約為0.15g/cm2，呈“干粉”狀，極易隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)。

2.2.2 自然降雪厚度分析

根據(jù)額敏、塔城、托里3個(gè)氣象站近50年相關(guān)指標(biāo)指數(shù)統(tǒng)計(jì)，克塔高速公路沿線最大積雪空間分布特征為：最大積雪厚度的高值區(qū)出現(xiàn)在額敏路段（為62cm），鐵廠溝路段為40cm，瑪依塔斯風(fēng)區(qū)路段只有30cm左右。豐富的降雪為風(fēng)吹雪災(zāi)害的發(fā)生提供了充足的物質(zhì)條件。

2.2.3 風(fēng)速風(fēng)向分析

老風(fēng)口－瑪依塔斯風(fēng)區(qū)位于齊吾爾喀葉爾山和加依爾山之間一條東西長(zhǎng)百公里、南北寬不足20km、東高西低的狹長(zhǎng)谷地。

受西伯利亞寒流影響，西方入侵冷空氣時(shí)風(fēng)區(qū)內(nèi)刮西風(fēng)；當(dāng)蒙古高壓建立后，準(zhǔn)噶爾盆地為冷空氣堆積時(shí)，利于東高西低氣壓場(chǎng)的建立，冷空氣回流，自風(fēng)區(qū)東部入口入侵時(shí)刮偏東風(fēng)。

根據(jù)風(fēng)電勘察部門(mén)在區(qū)域內(nèi)布置的測(cè)風(fēng)塔獲悉全年平均風(fēng)速6-8 m/s，最大風(fēng)速41.0 m/s，主力風(fēng)向?yàn)闁|北偏東風(fēng)，頻率為30.4%。

由于東、西雙向風(fēng)，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)風(fēng)吹雪呈級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，其發(fā)生頻率、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間為世界之最。

3 風(fēng)雪災(zāi)害地區(qū)交通標(biāo)志研究

3.1 風(fēng)雪地區(qū)交通標(biāo)志

天氣對(duì)交通運(yùn)輸?shù)挠绊憞?guó)內(nèi)外專家已經(jīng)研究了很長(zhǎng)時(shí)間，也提出過(guò)多種解決方案，路側(cè)交通標(biāo)志方案便是其中一種。

研究區(qū)域由于冬季低溫結(jié)冰和降雪積雪作用，公路冰雪災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生頻率較高。每年冬季，都有強(qiáng)大的冰雪災(zāi)害出現(xiàn)，致使公路嚴(yán)重積雪、結(jié)冰、能見(jiàn)度極低，交通安全標(biāo)志難以辨識(shí)，給交通運(yùn)輸造成很大困難，同時(shí)給公路交通安全帶來(lái)較大的影響。

為了能對(duì)今后新疆風(fēng)吹雪地區(qū)公路交通安全標(biāo)志設(shè)計(jì)有所借鑒，我們結(jié)合國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和我所多年來(lái)的試驗(yàn)研究成果及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，探討研究開(kāi)發(fā)適用于新疆冰雪災(zāi)害地區(qū)的交通安全標(biāo)志。

3.2 項(xiàng)目研究對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了保證標(biāo)志設(shè)置上符合相關(guān)規(guī)定要求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了以下對(duì)比試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案如下：

3.2.1 用已知的材料和新型交通材料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)觀察，觀測(cè)新型交通材料在風(fēng)雪地區(qū)的測(cè)試結(jié)果與傳統(tǒng)材料的比對(duì)，選取合適的新型材料

交通標(biāo)志是非常重要的交通安全設(shè)施，一般由標(biāo)志底板、立柱、連接件等部件組成。材料選用鐵素體不銹鋼，和傳統(tǒng)鋁合金材料進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。鐵素體不銹鋼是指鉻含量在11%-30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。這類材料是否適用于交通標(biāo)志，需從材料的理化性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性、加工成型方式等因素加以考慮。

另外，考慮到鎳資源緊缺與鎳價(jià)格上漲等因素，如何少用鎳甚至不用鎳，是國(guó)內(nèi)工業(yè)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。生產(chǎn)鐵素體不銹鋼不需要使用鎳或少用鎳，這樣具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。傳統(tǒng)的鐵素體不銹鋼由于韌性有限，脆性轉(zhuǎn)變溫度較高及加工性能不足等因素，嚴(yán)重影響了其在工業(yè)上的應(yīng)用。

在強(qiáng)風(fēng)下考慮標(biāo)志板的剛度和連接強(qiáng)度，用鐵素體不銹鋼制作標(biāo)志板時(shí)，其厚度分別為1.2mm或0.8mm，以替代3.0mm或2.0mm的鋁合金板。若鐵素體不銹鋼板材剛度不夠，會(huì)導(dǎo)致標(biāo)志板在使用過(guò)程中產(chǎn)生晃動(dòng)，影響實(shí)際使用效果。另外，傳統(tǒng)的鋁合金標(biāo)志板其板面拼接方式多采用鉚釘連接形式，而鐵素體不銹鋼標(biāo)志板的板面只需采用焊接方式進(jìn)行拼接。

標(biāo)志標(biāo)牌材料還有考慮防腐蝕特性。目前交通標(biāo)志板鐵構(gòu)件的耐腐蝕評(píng)價(jià)主要通過(guò)鹽霧試驗(yàn)來(lái)考察。鹽霧腐蝕是一種常見(jiàn)和最具破壞性的大氣腐蝕。這里所述的鹽霧是指氯化物的大氣，它的主要腐蝕成份是海洋中的氯化物鹽，即氯化鈉，它主要來(lái)源于海洋和內(nèi)地鹽堿地區(qū)。交通標(biāo)志板的鹽霧試驗(yàn)采用的是中性鹽霧試驗(yàn)。

3.2.2 用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的交通標(biāo)志和現(xiàn)在存在的交通標(biāo)志進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，找出恰當(dāng)結(jié)構(gòu)的交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)道路交通標(biāo)志是由標(biāo)志底板、支柱、基礎(chǔ)緊固件和標(biāo)志面組成。由于道路交通標(biāo)志設(shè)置于道路上暴露在自然環(huán)境中,其材料、結(jié)構(gòu)均需應(yīng)對(duì)自然環(huán)境的侵蝕。

標(biāo)志底板在同一塊標(biāo)志板上,標(biāo)志底板和標(biāo)志面所采用的各種材料應(yīng)具有相容性,防止因電化作用、不同的熱膨脹系數(shù)或其他化學(xué)反應(yīng)等造成標(biāo)志板的銹蝕或損壞。標(biāo)志底板可用鋁合金板薄鋼板、合成樹(shù)脂類板材(如塑料、硬質(zhì)聚氯乙烯板材或玻璃鋼等)材料制作。標(biāo)志底板的各鐘材料應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)定。

3.2.3 用新型交通反光膜和目前的交通反光膜進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比找出最佳的交通反光膜

根據(jù)《交通標(biāo)志漢字識(shí)認(rèn)性的研究》的結(jié)論，我國(guó)高速公路交通標(biāo)志的漢字高度為60cm，如果駕駛員的視力為1.5，那么他可以看見(jiàn)201.3m處的物體，在這段距離內(nèi)，駕駛員的觀察角變化范圍為0.37°-1.55°。在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)里，只有一級(jí)和二級(jí)反光膜可以應(yīng)用在高等級(jí)公路上，但是，一級(jí)膜對(duì)逆反射性能的標(biāo)定在0.2°觀察角和0.33°觀察角下，而二級(jí)反光膜下雖然有規(guī)定了0.2°、0.33°和1°，但對(duì)于1°觀察角下的逆反射性能要求太低。顯然，這樣的要求是無(wú)法滿足高速公路上車輛對(duì)標(biāo)志牌的視認(rèn)要求的。因此，在進(jìn)行標(biāo)志牌設(shè)計(jì)時(shí)，反光材料的選擇要適度提高二級(jí)反光膜在大觀察角度下的逆反射性能要求，同時(shí)也要增加一級(jí)反光膜在大觀察角度下的逆反射性能要求。

統(tǒng)計(jì)表明，使用反光膜的交通標(biāo)志牌能有效的降低交通事故率。所以，交通標(biāo)志的設(shè)計(jì)對(duì)反光材料的選擇有特殊的要求。

第一，要求質(zhì)量達(dá)標(biāo)，必須符合交通標(biāo)志反光產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。第二，綜合考慮預(yù)算的情況下，可以考慮技術(shù)先進(jìn)、性能更好的全棱鏡結(jié)構(gòu)的反光材料。第三，除了反光膜本身外，標(biāo)志牌的版面質(zhì)量也是影響反光牌反光度的重要因素之一。第四，在制作過(guò)程中，控制好板面粘貼質(zhì)量。

3.2.4 在雪害地段分段，進(jìn)入雪害區(qū)域一段開(kāi)頭采用彩色瀝青混凝土路面，另一段采取傳統(tǒng)方法不做任何標(biāo)記看效果

彩色瀝青路面用于雪害地區(qū)主要起到交通誘導(dǎo)和警示安全功能。不同顏色的瀝青路面,能起到比交通標(biāo)志更佳的警示效果，可以有效提高駕駛員的識(shí)別效果，有效吸引駕駛員注意力，使其保持頭腦清醒，緩解駕駛疲勞，起到積極的誘導(dǎo)車流、安全行車、減少交通事故的作用。彩色瀝青混凝土鋪筑的大孔隙低噪音透水性路面(彩色OGFC路面)，摩擦系數(shù)顯著提高，行車安全性能大為提高。

通過(guò)上述試驗(yàn)方案有效制定出符合新疆地區(qū)的雪害地區(qū)交通標(biāo)志標(biāo)牌設(shè)計(jì)方案，早日投入生產(chǎn)，確保交通安全和暢通，同時(shí)在信息反饋上也按實(shí)際情況提出限速要求。