高速公路改擴(kuò)建工程不停車施工期間應(yīng)急救援方案*

幸警言，張焰佳，曾大囌，陳一凡，饒正浩

（江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

1 研究介紹

1.1 研究背景

目前，多數(shù)高速公路在不中斷交通下開展道路的施工作業(yè)，即 “邊通車、邊施工”，且大都采用雙側(cè)拼寬的施工方案，這種方法因直接占用一個(gè)行車方向的道路進(jìn)行施工，導(dǎo)致施工區(qū)間形成道路瓶頸，使得高速公路改擴(kuò)建施工期的交通量更大、道路環(huán)境更加復(fù)雜，交通管理以及應(yīng)急救援難度更大、任務(wù)更艱巨。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，國內(nèi)外專家對(duì)施工期間高速公路應(yīng)急救援方案均做了大量研究。張新等[1]以濟(jì)青高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目為例，提出應(yīng)用新一代信息技術(shù)構(gòu)建適用于不中斷交通施工的高速公路改擴(kuò)建應(yīng)急救援系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。Park等[2]運(yùn)用實(shí)時(shí)優(yōu)化算法探索高速公路應(yīng)急救援方案的效率。王薇等[3]結(jié)合高速公路特征及高速公路施工區(qū)不同交通組織對(duì)高速公路施工區(qū)通行能力進(jìn)行了深入的研究，提出了基于高速公路施工區(qū)通行能力的應(yīng)急資源調(diào)度模型。趙朋[4]在深入研究高速公路突發(fā)事件演變特征和演變機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出面向高速公路突發(fā)事件應(yīng)急處置的4項(xiàng)管理關(guān)鍵技術(shù)。濮居一[5]基于交通事件的響應(yīng)業(yè)務(wù)流程，建立了高速公路應(yīng)急救援決策體系框架。

目前，針對(duì)正常運(yùn)營期的高速公路應(yīng)急救援研究較多，但針對(duì)改擴(kuò)建施工期的相關(guān)研究則較少?，F(xiàn)有高速公路改擴(kuò)建時(shí)期的應(yīng)急救援方案也存在一些不足：一是由于施工區(qū)道路車道數(shù)的縮減，車流量較大，道路資源匱乏，缺乏對(duì)施工區(qū)應(yīng)急車道設(shè)置方案的系統(tǒng)研究；二是交通事故對(duì)高速公路施工區(qū)交通影響程度不同，現(xiàn)有研究缺乏依事故影響程度進(jìn)行不同應(yīng)急救援方案的制定。

1.2 研究內(nèi)容

在此背景下，本項(xiàng)目基于交通設(shè)計(jì)基本原理，綜合運(yùn)用交通流理論和交通仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)高速公路改擴(kuò)建工程不停車施工期間的應(yīng)急救援方案。項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容包括以下3個(gè)方面。

1）高速公路施工區(qū)應(yīng)急車道設(shè)置方案研究。根據(jù)施工區(qū)交通特性，制定中央應(yīng)急車道設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用車輛加減速特性和交通流理論，確定各方向應(yīng)急車道及導(dǎo)流標(biāo)線尺寸參數(shù)。

2）高速公路改擴(kuò)建工程不停車施工期間應(yīng)急救援方案設(shè)計(jì)。分析交通事故對(duì)施工區(qū)道路交通的影響特性，分別設(shè)計(jì)出滿足各種影響狀況下的應(yīng)急救援方案。

3）基于仿真分析的應(yīng)急救援分流方案制定。運(yùn)用VISSIM仿真技術(shù)解析不同方案下應(yīng)急救援時(shí)間與道路交通量之間的關(guān)系，進(jìn)一步根據(jù)事故傷亡程度確定應(yīng)急救援交通分流量的大小。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 施工區(qū)中央應(yīng)急車道設(shè)計(jì)

針對(duì)高速公路改擴(kuò)建施工期間的特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了一種新穎的應(yīng)急車道設(shè)置方式——中央應(yīng)急車 道，見圖1。

圖1 中央應(yīng)急車道圖

在封閉一側(cè)道路進(jìn)行施工時(shí)，將另一側(cè)原有兩條車道及應(yīng)急救援車道改為雙向兩車道，將應(yīng)急救援車道設(shè)置在道路中間。

這樣的設(shè)置方法可最大化利用路面寬度，兼顧兩側(cè)車道的應(yīng)急救援需求，大大降低了事故救援難度。同時(shí)也起到了一個(gè)中央隔離帶的作用，將雙向兩車道分割，留出較多的緩沖空間，減少一側(cè)道路發(fā)生事故時(shí)對(duì)另一個(gè)方向上行車安全的影響。在事故發(fā)生后，后續(xù)車輛可以在交警指揮下借道中央應(yīng)急車道，即時(shí)緩解擁堵，保證事故路段通行效率。

在中央應(yīng)急車道的地面標(biāo)線設(shè)計(jì)上，為了劃分兩側(cè)車道路權(quán)，以虛線標(biāo)注了該側(cè)車道可以進(jìn)入的區(qū)域，地面箭頭引導(dǎo)車流，淺色標(biāo)線區(qū)分兩側(cè)臨時(shí)通行區(qū)域。運(yùn)用車輛加減速特征，對(duì)通行區(qū)域長度進(jìn)行計(jì)算，見圖2。

圖2 中央應(yīng)急車道詳細(xì)設(shè)計(jì)圖

2.1.1 勻速行駛區(qū)域長度

式中：l1為藍(lán)牌車長度上限，6 m；為同一時(shí)間臨時(shí)通行區(qū)域行駛車數(shù)，取n=5；bsafe=2.5m。

2.1.2 加減速段長度

減速距離和加速距離分別為

式中：減速段加速度a1=-1.5 m/s2；加速段加速度a2=1 m/s2；v1和v2分別為駛?cè)搿Ⅰ偝雠R時(shí)通行區(qū)域的速率，取最大值60 km/h，即16.7 m/s。

2.1.3 漸變駛?cè)腭偝龆伍L度

式中：w為應(yīng)急車道寬度，3.5 m；v取16.7 m/s。

漸變駛?cè)腭偝龆伍L度為

2.2 高速公路施工期間不停車應(yīng)急救援方案設(shè)計(jì)

2.2.1 事故僅影響單側(cè)車道應(yīng)急救援方案

方案一：當(dāng)單側(cè)車道出現(xiàn)擁堵且中央應(yīng)急車道保持通暢的情況下，可以借用中央應(yīng)急車道臨時(shí)通行，此方案包括以下4個(gè)部分。

一是上游預(yù)警：事故點(diǎn)上游的智能誘導(dǎo)屏提示“前方事故，車道臨時(shí)封閉”。騎警沿路設(shè)置臨時(shí)警示牌，提醒后續(xù)車輛降低車速，防止二次事故的發(fā)生。二是事故點(diǎn)附近：事故發(fā)生后，騎警先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)維持秩序。救援人員乘汽車攜錐形警示桶、水馬等隔離裝置從對(duì)向車道經(jīng)由中央應(yīng)急車道駛到事故現(xiàn)場(chǎng)，在事故點(diǎn)上游30～40 m處擺放錐形警示桶封閉該側(cè)道路。事故點(diǎn)上游50～80 m處設(shè)置 “車道臨時(shí)封閉”警示牌，在警示牌后方擺放水馬，作為引導(dǎo)車輛借道中央應(yīng)急車道的隔離欄。事故點(diǎn)下游50～80 m處以同樣間隔擺放水馬，作為出口。上下游水馬擺放完成后，撤去 “車道臨時(shí)封閉”警示牌，擁堵車輛開始通行，臨時(shí)車道出入口可以分別設(shè)置一名交警引導(dǎo)車流。三是事故點(diǎn)下游限速：交警在下游5 km內(nèi)擺放臨時(shí)限速標(biāo)志。四是人員救援：救護(hù)車，清障車等車輛由對(duì)向車道經(jīng)中央應(yīng)急車道到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，駛?cè)敕忾]路段進(jìn)行人員救援及清障作業(yè)，完成后經(jīng)由中央應(yīng)急車道離開。車輛駛?cè)搿Ⅰ偝龇忾]路段前，由交警擺放錐形警示桶暫時(shí)封閉臨時(shí)車道，見第145頁圖3。

方案二：靠近施工區(qū)一側(cè)發(fā)生事故且施工區(qū)域物料堆積較少，可以考慮清理出一條臨時(shí)車道借道施工區(qū)域。

圖3 單側(cè)不靠施工區(qū)的救援示意圖

此方案大體與方案一相同，但首先需施工人員配合交警打斷施工區(qū)域隔離，清理出一條臨時(shí)車道，隨后交警擺放水馬及錐形警示桶，封閉事故路段，引導(dǎo)車流進(jìn)入臨時(shí)車道。

相較于方案一，方案二可應(yīng)用于中央應(yīng)急車道有因事故形成的難以迅速清除的障礙物，且應(yīng)用此方案后，救護(hù)車及清障車駛?cè)腭偝龇忾]路段時(shí)不會(huì)影響臨時(shí)車道通行效率，也減少了人員救援時(shí)間，提高了危重傷者的存活率。圖4為單側(cè)靠施工區(qū)的救援示意圖。

圖4 單側(cè)靠施工區(qū)的救援示意圖

2.2.2 事故影響兩側(cè)車道應(yīng)急救援方案

采用上游分流方式：交警于兩側(cè)車道上游預(yù)設(shè)分流點(diǎn)前3 km處擺放警示牌及限速標(biāo)志，于分流點(diǎn)前100～120 m處放置 “車道臨時(shí)封閉”警示牌，在分流點(diǎn)處擺放水馬作為分流點(diǎn)臨時(shí)隔離帶。完成后撤去 “車道臨時(shí)封閉”警示牌，恢復(fù)通行。后續(xù)車輛均于分流點(diǎn)下高速，通過次一級(jí)公路繞開事故路段；而在事故點(diǎn)附近，當(dāng)事故發(fā)生后，騎警先到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)維持秩序。救援人員乘汽車攜錐形警示桶、水馬等隔離裝置直接由中央應(yīng)急車道駛到事故現(xiàn)場(chǎng)，隨后在事故點(diǎn)上游及下游30～40 m處擺放錐形警示桶封閉道路，事故點(diǎn)上下游50～80 m處設(shè)置“車道臨時(shí)封閉”警示牌，在警示牌后方擺放水馬，作為引導(dǎo)車輛掉頭的隔離帶。水馬擺放完成后，撤去 “車道臨時(shí)封閉”警示牌，擁堵車輛開始通行。事故點(diǎn)兩側(cè)可以分別設(shè)置一名交警引導(dǎo)車流。車輛由對(duì)向車道到達(dá)分流點(diǎn)后，通過次一級(jí)公路繞開事故路段；進(jìn)行人員救援時(shí)，救護(hù)車、清障車等車輛經(jīng)中央應(yīng)急車道到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，駛?cè)敕忾]路段進(jìn)行人員救援及清障作業(yè)，完成后經(jīng)由中央應(yīng)急車道離開。車輛駛?cè)?、駛出封閉路段前，由交警擺放錐形警示桶暫時(shí)封閉臨時(shí)掉頭車道，詳見圖5、第146頁圖6。

圖5 救援過程中的分流點(diǎn)的設(shè)計(jì)圖

圖6 兩側(cè)完全堵死的救援示意圖

3 仿真及交通分流分析

3.1 VISSIM仿真實(shí)驗(yàn)具體參數(shù)

VISSIM仿真實(shí)驗(yàn)的仿真時(shí)間為1 h，流量范圍為0～2 000輛/h，車輛組成有小汽車、貨車及客車。比例為6∶2∶2，其中小汽車根據(jù)駕駛員熟練程度設(shè)有兩種不同配速，見第146頁表1；兩種配速比例為1∶1，仿真情況見圖 7。

表1 仿真環(huán)境中的期望速率取值表 （km/h）

圖7 VISSIM仿真示意圖

3.2 根據(jù)事故嚴(yán)重程度進(jìn)行車輛分流

首先，通過VISSIM仿真軟件添加一條路段，改變?cè)撀范紊系妮斎肓髁?，測(cè)試正常情況下的平均速率，借此可以獲取平均速率與車流量的關(guān)系。其次，考慮到應(yīng)急車道是在兩車道中間，所以應(yīng)將應(yīng)急車道的合流與分流設(shè)計(jì)進(jìn)去。最后，在再次進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，車的流量、車輛組成、車輛比例以及車輛期望平均速率不變，可以再次得到一組數(shù)據(jù)，將兩組數(shù)據(jù)結(jié)合起來可以得到平均速率與車流量的關(guān)系圖，見圖8。以此來確定當(dāng)有交通事故發(fā)生時(shí)具體的分流量，以提高救援效率。

圖8 平均速度與車流量的關(guān)系圖

由圖8中關(guān)系可知，當(dāng)車流量越大時(shí)，各種車輛的平均速率將會(huì)呈現(xiàn)大幅度下降，當(dāng)事故較為嚴(yán)重時(shí)，流量應(yīng)該分出的更多，使其平均速率盡可能提高，車流量盡量控制在300～1 100輛/h。

3.3 不同情況的救援時(shí)間

通過VISSIM仿真模擬軟件，共模擬了3種情況事故發(fā)生時(shí)的救援所需要的時(shí)間與流量的關(guān)系。3種交通事故地點(diǎn)在距離起點(diǎn)960 m的地方，并且駕駛速率也會(huì)由于車流量上升，考慮到駕駛因素，給3種情況的救護(hù)車同樣的減速度，便于對(duì)比。但是在到達(dá)事故地點(diǎn)時(shí)，因救護(hù)車到達(dá)地點(diǎn)的方式不同，結(jié)果會(huì)有一些差別。當(dāng)出現(xiàn)情況1時(shí)，車輛需要借助應(yīng)急車道，所以救護(hù)車會(huì)與其余行駛車輛會(huì)車。當(dāng)出現(xiàn)情況2時(shí)，其余車輛是借助于施工區(qū)清理出的道路行車，救護(hù)車不會(huì)在此會(huì)車。當(dāng)出現(xiàn)情況3時(shí)，其余車輛在掉頭時(shí)與救援車輛會(huì)車，詳見圖9。

圖9 救援時(shí)間與車流量的關(guān)系圖

根據(jù)圖9可得出當(dāng)車流量越大時(shí)，無論是哪種情況都會(huì)隨流量增大而增大，且斜率也在增加。從圖中分析當(dāng)出現(xiàn)情況1時(shí)，流量應(yīng)控制在300輛/h，當(dāng)出現(xiàn)情況2或情況3時(shí)，流量應(yīng)控制在850輛/h。

4 項(xiàng)目特色與成果

4.1 特色與創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目的特色是綜合運(yùn)用交通設(shè)計(jì)理論和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來制定高速公路改擴(kuò)建工程不停車施工期間應(yīng)急救援方案，以優(yōu)化高速公路施工區(qū)的行車組織，并為項(xiàng)目的實(shí)施提供安全保障。創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

一是在交通設(shè)施方面，設(shè)計(jì)了施工區(qū)中央應(yīng)急車道形式。由于施工區(qū)道路條件受限且交通量較大，而應(yīng)急車道為高速公路安全通行的根本保障，在這些限制條件下，設(shè)計(jì)了兩側(cè)交通可以共同使用的中央應(yīng)急車道，通過標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)來區(qū)分兩側(cè)交通對(duì)應(yīng)急車道的行使路權(quán)，且根據(jù)車輛加減速特征確定各方向應(yīng)急車道及導(dǎo)流標(biāo)線尺寸參數(shù)。

二是在交通組織方面，根據(jù)事故對(duì)施工區(qū)交通的影響程度的不同，分別設(shè)計(jì)不同的應(yīng)急救援方案；根據(jù)事故的嚴(yán)重程度，分別確定不同的交通分流大小。施工區(qū)事故具有不同的特性，從對(duì)施工區(qū)交通的影響程度方面可分為：僅影響臨近施工區(qū)側(cè)道路、僅影響遠(yuǎn)離施工區(qū)側(cè)道路和影響整個(gè)道路斷面，因此設(shè)計(jì)了不同的應(yīng)急救援方案以滿足快速、有效的救援。從事故的嚴(yán)重程度方面可分為：有人員傷亡和無人員傷亡，根據(jù)不同的救援時(shí)間，需要確定不同的交通分流大小。

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一套適用于高速公路改擴(kuò)建工程不停車施工期間應(yīng)急救援的詳細(xì)流程，主要包括中央應(yīng)急車道標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)、事故不同交通影響程度下的應(yīng)急救援流程、施工區(qū)交通分流量確定3個(gè)部分。本方案操作簡單、易于實(shí)施，救援部門和交警隊(duì)根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)本方案。同時(shí)，方案在VISSIM中進(jìn)行了仿真測(cè)試，這也便于管理部門在施工前就能對(duì)救援方案進(jìn)行預(yù)判，同時(shí)根據(jù)各參數(shù)的調(diào)整，為施工區(qū)交通組織方案提供參考。高速公路施工區(qū)交通流量大、道路環(huán)境復(fù)雜，交通應(yīng)急管理一直是施工期間的難點(diǎn)，本方案能夠?qū)崿F(xiàn)安全、快速的交通救援，為高速公路改擴(kuò)建工程項(xiàng)目的順利實(shí)施提供安全保障。