高速公路連續(xù)縱坡路段安全性分析

孟 欣

(上海隧道工程有限公司市政公用工程設(shè)計研究院，上海 220000)

1 引 言

高速公路為了克服高差，路線不可避免的存在多處連續(xù)縱坡路段?？v坡坡度與縱坡坡長等指標對大型車運行影響較大，在連續(xù)上坡路段中大型車車速較慢，小型車在高速上行駛速度較快超車需求較大，大大降低路段的車輛運行安全。特別當(dāng)過境貨車混入率高，且服務(wù)水平下降以后，事故率將較快增加。連續(xù)下坡是山區(qū)高速公路上不可避免的問題，尤其是長陡下坡路段易發(fā)生交通事故。通過對連續(xù)縱坡路段的安全性分析，提出類似工程可參考的安全保障措施建議。

2 連續(xù)上坡路段安全性分析

2.1 連續(xù)上坡路段運行速度及服務(wù)水平分析

以長臺高速公路K270+396～K274+936上行方向連續(xù)上坡路段為例，該路段平均縱坡2.19%，坡長4.600 km。對該連續(xù)上坡路段的大型車運行速度以及通行能力進行評價。本項目上行方向運行速度預(yù)測結(jié)果如表1所示。

表1 上行方向連續(xù)上坡運行速度預(yù)測結(jié)果

據(jù)表1，在該連續(xù)上坡路段中，大貨車運行速度都大于容許最低速度50 km/h。按照規(guī)范要求可不設(shè)置爬坡車道。

此外，根據(jù)本項目工程可行性研究中的交通量預(yù)測，得到連續(xù)下坡路段各預(yù)測年的設(shè)計小時標準車交通量，如表2所示。服務(wù)水平按照《公路路線設(shè)計規(guī)范(JTG D20-2017)》3.1.2相關(guān)規(guī)定進行預(yù)測。

表2 上行K270+396～K274+936連續(xù)上坡路段服務(wù)水平預(yù)測

根據(jù)分析結(jié)果，該連續(xù)上坡路段至2030年服務(wù)水平已達到四級，高速公路服務(wù)水平已不滿足高速公路對應(yīng)的服務(wù)水平要求。

2.2 連續(xù)上坡路段安全改善方案

連續(xù)上坡路段大型車速度降低較快，大小車速度差較大，影響連續(xù)上坡路段交通安全。通過對爬坡車道設(shè)置必要性分析可知，本項目連續(xù)上坡路段大型車運行車速均大于容許最低速度，可不設(shè)置爬坡車道。建議下階段考慮以下問題，提高連續(xù)上坡路段的運行安全性。

(1)交通標志標線設(shè)置

①建議在連續(xù)上坡路段設(shè)置“大型車靠右”標志牌，提示爬坡的大貨車靠右行駛，降低運行速度較低的貨車對路段通行能力的影響。本項目建議在互通立交段K271+096～K271+836和縱坡段K274+136～K274+496分別設(shè)置“大型車靠右”行駛標志牌。

②在連續(xù)上坡路段設(shè)置距離確認標志標線，提示車輛控制車距防止追尾。

(2)管理措施

在運營過程中應(yīng)加強上述長上坡路段的監(jiān)控，根據(jù)交通流情況采取相應(yīng)的管理措施。

①交通高峰時段，采取適當(dāng)分流措施，確定合適的分流方案，嚴禁大貨車長時間占用快車道，以此緩解因通行能力不足導(dǎo)致的交通堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，提高道路通行能力。

②加強對占用左側(cè)行車道貨車的處罰力度、限制超載車輛進入高速公路等。

3 連續(xù)下坡路段安全性分析

3.1 長下坡路段剎車轂溫度分析

采用PIARC的剎車轂溫度計算模型對長下坡路段剎車轂溫度進行預(yù)測，PIARC制動器模型是根據(jù)制動系統(tǒng)的能量守恒方程得到的，最終計算得到的制動器溫升模型為

T(t)=(Ti×e-k1×t)+Ta×(1-e-k1×t)+k2×PB×(1-e-k1×t)

(1)

式中：Ti為初始剎車轂溫度；Ta為外界環(huán)境溫度；k1=1.23+0.025 6×V；k2=0.1+0.002 08×V；V為貨車車速；PB為制動功率，其計算公式見(2)式：

PB=PG-PE-PF

(2)

式中：PG為重力作用在縱坡上對貨車產(chǎn)生的功率；PE為車輛制動系統(tǒng)的功率；PF為摩擦力對貨車作用的功率。根據(jù)PIARC制動器溫升模型，最終的溫度跟5個參數(shù)有關(guān)，即：

T(t)=T(G，X，V，P，W)

(3)

PIARC基于此模型開發(fā)了計算制動溫度的軟件，如圖1所示。

圖1 剎車轂溫度計算示意圖

在PIARC軟件中，以200 ℃作為警戒溫度，260 ℃作為危險溫度，根據(jù)計算結(jié)果，得到不同載重情況下的剎車轂溫度變化如圖2所示。

圖2 長下坡路段剎車轂溫度變化

從圖2可以看出，對于滿載和超載30%的情況，車輛在路段上的剎車轂溫度始終保持在警戒溫度以下；對于超載50%，雖然整體未超過剎車轂溫度警戒溫度，但在坡底位置，剎車轂溫度穩(wěn)定階段，其溫度已接近200 ℃的警戒溫度；對于超載100%，可以看出，該情況下，雖然整體均未超過260 ℃的危險溫度，但在長下坡路段的中間段，其剎車轂溫度已超過警戒溫度200 ℃，存在較大的風(fēng)險，因此，長下坡路段各情況下的剎車轂溫度風(fēng)險位置如表3。

表3 剎車轂溫度警戒位置

3.2 長下坡路段安全保障措施建議

對于連續(xù)長大縱坡，可將其看成由4部分組成：連續(xù)長下坡開始前、長下坡起始位置(坡頂)、長下坡中間段、長下坡終止位置(坡底)，分別針對這4部分采取適當(dāng)?shù)慕煌ò踩O(shè)施。

(1)長下坡開始前

①在長陡下坡之前500 m(K275+436處位置)和100～150 m處(K275+086～K275+036位置)設(shè)置“前方長下坡路段”預(yù)告標志，并且可結(jié)合限速標志使用；②在長陡下坡前(K274+936處)設(shè)置減速震動標線。

(2)長下坡起始位置

在長下坡起始位置主要告知駕駛員在長大縱坡正確的駕駛行為，保持適當(dāng)?shù)能囁伲瑢﹂L下坡的危險性產(chǎn)生一定的警惕。具體措施包括以下幾點：①在長下坡起始位置(K274+936處)設(shè)置“4.5 km長下坡開始”標志，進行長下坡提示；②長下坡起點K274+936前設(shè)置門架式車型分道行駛標志與路面突起標線、路肩振動帶。

(3)長下坡中間段

長下坡路段的事故最主要表現(xiàn)為車速過快以及車輛的失控，主要原因為長時間的車輛制動導(dǎo)致的剎車轂溫度過高而產(chǎn)生的制動問題，因此該過程采取的最主要措施為控制車輛的速度，同時還可結(jié)合道路實際條件和事故資料，設(shè)置相應(yīng)的防護措施。

①根據(jù)運行速度計算結(jié)果，在車輛易超速與車輛需減速才能安全通過的路段前，施畫減速標線。根據(jù)運行速度測算，長下坡路段易超速路段有K273+246.66～K271+760和K270+860～K270+578(與設(shè)計速度差值均為30 km/h)，因此，在K273+246和K270+860附近位置，設(shè)置減速標線；②長下坡路段長度為4 540 m，建議在K274+396位置設(shè)置低速、限速、車距確認、剩余坡長4 km預(yù)告、車型分道標志；在K272+396位置設(shè)置低速、限速、車距確認、剩余坡長2 km預(yù)告、車型分道標志；③在坡度較大的陡坡路段處設(shè)置，陡坡警告標志；該長大下坡路段中，最大縱坡路段為K274+496～K274+136段，縱坡-3.612%，因此，在K274+496位置設(shè)置陡坡警告標志；④長下坡路段中陡坡路段為K274+496～K274+136，小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270+024，在上述路段前(K274+496、K273+626、K271+726、K270+578)設(shè)置禁止停車、禁止超車標志，路段范圍內(nèi)曲線外側(cè)設(shè)置視線誘導(dǎo)標志；⑤在小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270～024，設(shè)置強制消能護欄。

(4)長下坡終止位置

在長下坡坡底路段，往往車輛速度較快，且經(jīng)過長時間的剎車制動，車輛剎車轂溫度已相當(dāng)高，制動性能較差，在該處采取的措施，主要以防護和應(yīng)急措施為主。具體措施如下。

①在長下坡結(jié)束位置(K270+396處)設(shè)“下坡結(jié)束”標志；②坡底路段存在小半徑曲線路段K270+578～K270～024(半徑600 m)，因此在該路段范圍內(nèi)設(shè)置消能護欄，并在曲線外側(cè)設(shè)置視線誘導(dǎo)標志。

4 結(jié) 語

在連續(xù)坡上坡路段，小客車和大型貨車運行速度差加大，易發(fā)生車輛追尾等交通事故，形成安全隱患；在連續(xù)長陡下坡段小客車易超速，大型貨車為控制車速頻繁制動，導(dǎo)致剎車片過熱，對安全行駛不利。重點對行車安全有影響的連續(xù)上、下坡路段進行安全分析，可為類似工程提供一定的參考。