山區(qū)高速公路長(zhǎng)大下坡設(shè)計(jì)思路探討

賈金龍

(中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100097)

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山區(qū)高速公路長(zhǎng)大下坡設(shè)計(jì)思路探討

賈金龍

(中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京100097)

摘要:通過大貨車升溫模型，研究了連續(xù)制動(dòng)對(duì)剎車轂安全性能的影響，確定了山區(qū)高速公路豎向設(shè)計(jì)的極限指標(biāo)，并采用螺旋展線、橫斷面加寬及完善交通安全設(shè)施等多項(xiàng)措施，最大限度的減小長(zhǎng)大下坡的安全隱患。

關(guān)鍵詞:高速公路，長(zhǎng)大下坡，溫升模型，螺旋展線

1　長(zhǎng)大下坡的定義及安全問題

高速公路連續(xù)下坡路段平均縱坡對(duì)應(yīng)的坡長(zhǎng)大于表1規(guī)定時(shí)為長(zhǎng)大下坡路段。

表1　高速公路長(zhǎng)大下坡路段的界定標(biāo)準(zhǔn)

連續(xù)長(zhǎng)大下坡存在一定的安全隱患，根據(jù)我國(guó)連續(xù)下坡路段的事故調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，此類道路具有以下三方面共性特征:1)道路安全設(shè)施欠缺、轉(zhuǎn)彎半徑較小、彎視距不良等隱患增加了連續(xù)下坡的事故率。2)貨場(chǎng)事故發(fā)生在連續(xù)下坡下半段的機(jī)率更大。3)我國(guó)大貨車超載情況普遍，絕大多數(shù)長(zhǎng)大下坡事故車輛為超載貨運(yùn)車輛。而貨車制動(dòng)失靈是主要事故原因。

2　長(zhǎng)大下坡豎向技術(shù)指標(biāo)分析

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于高差較大的道路設(shè)計(jì)中充分考慮汽車特別是重載貨車的動(dòng)力性，根據(jù)爬坡能力來選取各項(xiàng)指標(biāo)，《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于坡長(zhǎng)的規(guī)定也是基于貨車爬坡行駛需要而制定的，相應(yīng)的還有爬坡車道設(shè)置的規(guī)定。

貨車爬坡是設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)方面，爬坡快慢、爬坡車道的設(shè)置有可能影響道路的通行能力，服務(wù)水平，雖然有可能對(duì)交通事故率有一定影響，和下坡行駛難以控制速度而產(chǎn)生的道路事故率相比甚至可以忽略。

對(duì)于高差較大高速公路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)下降坡方向的研究，重點(diǎn)是保證下坡行駛車輛行車安全。我們研究的重點(diǎn)是車輛制動(dòng)效能的恒定性，在長(zhǎng)下坡道路行駛過程中，縱坡度對(duì)車輛制動(dòng)影響最大。車輛勢(shì)能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，不停剎車降速致使剎車片溫度升高而失靈，最終釀成事故，必須找到合理的豎向設(shè)計(jì)，控制勢(shì)能逐漸轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程不致過快，使得剎車片溫度雖升高但始終在安全范圍內(nèi)。

3　案例分析——以國(guó)道110北京段為例

3．1工程概況

國(guó)道110(北京昌平—延慶段)高速公路位于北京市延慶區(qū)和昌平區(qū)，該道路為北京市西北方向貨運(yùn)通道，重型貨車較多，且超載嚴(yán)重。國(guó)道110山區(qū)段路線由延慶縣蓮花嶺至昌平區(qū)德勝口，兩側(cè)均為高山，高差較大，自然坡降為3．83%，該道路設(shè)計(jì)速度80 km/h，山區(qū)段高差414 m，直線距離12．2 km，平均坡降3．4%。

3．2實(shí)驗(yàn)研究剎車溫度變化分析

通過車輛實(shí)驗(yàn)研究代表車型的剎車片溫度變化，得出剎車轂溫升模型。分析方法為采用“貨運(yùn)車輛制動(dòng)?溫升模型”進(jìn)行制動(dòng)?在連續(xù)下坡運(yùn)行過程的溫度變化進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)連續(xù)下坡安全性進(jìn)行評(píng)估。

大貨車在不同坡度、坡長(zhǎng)行駛中的剎車片溫度變化分析結(jié)果詳見表2。

表2　警戒溫度、危險(xiǎn)溫度坡長(zhǎng)坡度對(duì)比表

根據(jù)如上實(shí)驗(yàn)研究，本項(xiàng)目需克服400 m左右的高差，當(dāng)平均縱坡大于2．3%時(shí)，車輛未行駛到坡底部，剎車片溫度升高至危險(xiǎn)范圍。因此，通過溫升實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)分析，本項(xiàng)目平均縱坡需要小于2．3%。

3．3螺旋展線研究

1)路線敷設(shè)。受控于自然地形高差的限制，路線要達(dá)到19 km左右的長(zhǎng)度，必須進(jìn)行回頭展線，如設(shè)計(jì)速度為80 km/h，“回頭曲線”的半徑及長(zhǎng)度必須達(dá)到一定的長(zhǎng)度，由于平面布置的限制，路線本身回頭上下跨線，進(jìn)行螺旋展線。在安全性設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，由于高差及坡度的矛盾，這種展線方式在高速公路的布線設(shè)計(jì)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

2)螺旋展線實(shí)例。a．云南鹽津縣艾田鄉(xiāng)境內(nèi)的水(富)麻(柳灣)高速公路，通過老店子1，2號(hào)隧道上下跨線，進(jìn)行螺旋展線。b．四川雅安至西昌高速公路通過拖烏山時(shí)，直線距離12．35 km，高差729 m，通過鐵寨子1號(hào)隧道、干海子隧道螺旋展線。c．四川汶川—馬爾康高速公路設(shè)置4 km螺旋隧道進(jìn)行展線。d．四川雅安—康定高速公路設(shè)置4個(gè)4 km～1 km螺旋隧道進(jìn)行展線。

3)本項(xiàng)目螺旋展線設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目通過南臺(tái)子隧道、黃花峪隧回旋，道路線進(jìn)行螺旋展線，使整個(gè)路線長(zhǎng)度達(dá)到19．6 km。具體螺旋展線部分技術(shù)指標(biāo):平面線形:卵形曲線，R795．7 m+R700 m R1 000 m;縱坡:1．0%，2．4%。a．展線長(zhǎng)度。展線是為加長(zhǎng)路線長(zhǎng)度，需要足夠的長(zhǎng)度，保證路線平均縱坡在安全范圍內(nèi)。b．平曲線。螺旋展線通過隧道橋梁完成，平面布置曲線半徑盡量舒展。

右轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎隧道當(dāng)R＞340 m時(shí)停車視距是可以保障的，左轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)彎隧道當(dāng)R＞580 m時(shí)停車視距是可以保障的。

4)橫斷面安全分析。長(zhǎng)大下坡路段設(shè)計(jì)中，橫斷面設(shè)計(jì)影響車輛行駛安全。橫向?qū)挾葘?duì)車輛的安全是有一定影響的，特別是緊急停車帶寬度，對(duì)大型車輛的停車和外側(cè)行車道安全行車起很大作用。本項(xiàng)目采用分離式路基，行駛車輛主要是重型貨車。國(guó)道110設(shè)計(jì)速度80 km/h，道路斷面按此設(shè)計(jì)速度標(biāo)準(zhǔn)布置，考慮車型設(shè)計(jì)，左側(cè)硬路肩寬度1．0 m，大于規(guī)定一般值;右側(cè)硬路肩寬度采用3．5 m，也是主要考慮大型車輛停車時(shí)對(duì)行車的影響。

本項(xiàng)目貨車比例達(dá)到100%，路側(cè)停車的機(jī)率大于一般公路，這種現(xiàn)象對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)影響很大。不但標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置很重要，根據(jù)地形在路肩以外適當(dāng)位置填筑一些停車平臺(tái)，也是于運(yùn)營(yíng)安全十分有利的布置。

5)交通安全設(shè)施分析。a．避險(xiǎn)車道。根據(jù)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段，危及運(yùn)行安全處應(yīng)設(shè)置避險(xiǎn)車道。避險(xiǎn)車道設(shè)置位置應(yīng)選擇在車輛容易出現(xiàn)剎車失靈路段。本項(xiàng)目采用“貨運(yùn)車輛制動(dòng)?溫升模型”進(jìn)行制動(dòng)?在連續(xù)下坡運(yùn)行過程的溫度變化進(jìn)行模擬，從而得到剎車失靈路段位置，具有針對(duì)性的設(shè)置避險(xiǎn)車道。b．停車降溫區(qū)。因?yàn)閯x車溫度高造成剎車失靈，所以發(fā)生危險(xiǎn)前，停車檢查、降溫是非常必要的。國(guó)內(nèi)外均有此案例，如:在美國(guó)，坡頂設(shè)置剎車檢查站已經(jīng)作為連續(xù)下坡有效的安全措施寫入了國(guó)家道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即綠皮書《公路與城市道路幾何設(shè)計(jì)》。澳大利亞、加拿大通過法律強(qiáng)制貨車進(jìn)入剎車檢查站接受檢查;澳大利亞剎車檢查站為使駕駛員更情愿使用，提供洗浴、休息床位等免費(fèi)服務(wù)。因此，本項(xiàng)目為解決長(zhǎng)大下坡段車輛剎車降溫，可以布置兩處停車降溫區(qū)。c．交通工程。通過交通工程手段提高駕駛員的心理重視程度，有助于減少事故的發(fā)生。針對(duì)速度過高引起的事故，設(shè)置減速標(biāo)志和采取減速措施，加入警告、禁止等標(biāo)志或設(shè)施也是必要的。常規(guī)的標(biāo)志、標(biāo)牌、標(biāo)線、誘導(dǎo)設(shè)施等更是必不可少的。

針對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大下坡道路，以車輛運(yùn)行安全為指導(dǎo)思想，豎向設(shè)計(jì)先于平面線位布置，以平縱等設(shè)計(jì)指標(biāo)控制運(yùn)行速度，是山區(qū)長(zhǎng)大下坡道路設(shè)計(jì)思路的一種探討。

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中圖分類號(hào):U412

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-6825(2016)17-0146-02

收稿日期:2016-04-06

作者簡(jiǎn)介:賈金龍(1978-)，男，工程師曲線半徑應(yīng)保證在一般最小半徑左右。c．視距。對(duì)于V=80 km/h的道路隧道右轉(zhuǎn)半徑R＞338．8 m(停車帶寬度3．5 m，縱坡小于3%)，橫向凈寬度可滿足視距要求。

Inquiry on long and steep downgrade design concept of mountainous highway

Jia Jinlong
(China Highway Engineering Consulting Group Co．，Ltd，Beijing 100097，China)

Abstract:Through large truck temperature raise model，the paper studies the impact of continuous braking upon brake hub security performance，determines vertical design limit index of mountainous highway，and applies spiral extension line，horizontal section widening and improving traffic safety equipment and other measures，so as to reduce long and steep downgrade safety hazards as much as possible．

Key words:highway，long and steep downgrade，temperature rise model，spiral extension line