淺析高速公路長下坡路段自救匝道安全性評價(jià)方法

翟奕淇 孟祥昌 唐浩

摘要：云南某雙向四車道高速公路，左幅K44+535～K60+740為長下坡路段，存在很大的安全行車隱患。本項(xiàng)目共在該路段設(shè)置了2處自救匝道，在進(jìn)行交工階段安全性評價(jià)時(shí)，需對自救匝道的引道、平面線形、縱面線形、橫斷面寬度、長度和坡度、制動坡床材料、排水、端部處理以及交通安全設(shè)施和管理設(shè)施等進(jìn)行評價(jià)。采用何種評價(jià)方法，確保穩(wěn)妥有效的進(jìn)行評價(jià)，對保證高速公路通車后安全行車是十分必要的。

關(guān)鍵詞：自救匝道;安全性評價(jià);引道;剎車鼓;制動坡床

一、工程概況

本項(xiàng)目為云南某條雙向四車道高速公路，左幅K44+535～K60+740為長下坡路段，長度16.205km，縱坡情況見下表。

二、剎車鼓溫度計(jì)算

2.1 剎車鼓計(jì)算模型

本項(xiàng)目采用美國聯(lián)邦公路局（FHWA）的坡度嚴(yán)重程度評價(jià)體系GSRS（Grade Severity Rating System），建立了載重車剎車鼓溫度與縱坡坡長、坡度、載重車的總重和運(yùn)行速度之間的關(guān)系模型。GSRS剎車鼓溫度預(yù)測模型描述如下[1]：

T1= T0+ [T?T？T0+ K2HPB]（1-e-k1L/V）

HPB=（W*θ？Fdrag）v/375？ HPeng

式中：θ —圈數(shù);W —總重量，Ib;L—下坡距離，mile;v—車速，mile/h;T1—坡底溫度，F(xiàn);HP —制動功率，hp; T0—初始溫度，F(xiàn);HPeng——發(fā)動機(jī)功率，hp。

對模型參數(shù)進(jìn)行修正可得：K1 =1.23+0.0256 v;K2 =（0.100+0.00208 v） -1;Fdrag= 450+17.25v;HPdrag=73hp，T8= 90F，T0=150F。

基于上述模型，用于評價(jià)的剎車鼓溫度預(yù)測。

2.2剎車鼓熱衰退溫度

汽車在連續(xù)下坡路段行駛時(shí)，剎車鼓需要較長時(shí)間連續(xù)作較大強(qiáng)度的制動，剎車鼓溫度常在300℃以上，有時(shí)高達(dá)600～700℃。正常制動時(shí)，摩擦副的溫度在200℃左右，摩擦副的摩擦系數(shù)約為0.3～0.4。但在更高的溫度，摩擦系數(shù)會有很大降低，出現(xiàn)所謂的熱衰退現(xiàn)象。一般情況下，當(dāng)剎車鼓的溫度不超過260℃時(shí)，剎車鼓的制動效能不會發(fā)生明顯衰退。目前在剎車鼓中廣泛采用模壓材料、編織材料和粉末冶金摩擦材料作為剎車鼓剎車片摩擦材料，這些材料在260℃以上時(shí)不能承受較高的單位壓力，會加快磨損。因此，本報(bào)告以剎車鼓溫度260℃為臨界溫度，超過260℃就有可能發(fā)生事故，即為危險(xiǎn)狀態(tài)。

2.3下坡路段剎車鼓溫度計(jì)算

依據(jù)《關(guān)于統(tǒng)一治理超限超載車輛認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)避免重復(fù)處罰等有關(guān)問題的通知》（交通部公安部公路字[2004]128號）中的規(guī)定，利用以6軸鞍式列車最大載質(zhì)量為49噸在設(shè)計(jì)路段上對60km/h、70km/h、80km/h三種不同速度下的制動剎車溫度進(jìn)行測算[2-3]，同時(shí)考慮到我國貨車超載現(xiàn)象比較普遍，剎車鼓溫度測算時(shí)也同時(shí)測算了61.25噸（超載25%）、73噸（超載50%）、98噸（超載100%）幾種不同的超載情況。根據(jù)各路段的坡度及坡長、運(yùn)行速度的預(yù)測結(jié)果，對本項(xiàng)目連續(xù)下坡路段的制動器溫度變化進(jìn)行預(yù)測。

（1）49噸總重載貨車連續(xù)下坡路段以80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預(yù)測結(jié)果如表和圖所示。由下圖可知總重49t的載重車以低于（包括）80km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度為236.79℃，基本處于安全狀態(tài)。

（2）61.25t（超載25%）總重載貨車連續(xù)下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預(yù)測結(jié)果下圖所示，當(dāng)貨車超載25%（61.25t）且以80km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度為280.77℃，超過危險(xiǎn)溫度260℃，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，而當(dāng)以60km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度為247.06℃?；咎幱诎踩珷顟B(tài)。

（3）73.5t（超載50%）總重載貨車連續(xù)下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預(yù)測結(jié)果下圖所示，當(dāng)貨車超載50%（73.5t）且以80km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度為302.66℃，超過危險(xiǎn)溫度260℃，處于危險(xiǎn)狀態(tài)，而當(dāng)以60km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度為259.73℃。基本處于安全狀態(tài)。

（4）98t（超載100%）總重載貨車連續(xù)下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預(yù)測結(jié)果如圖所示。

由上圖當(dāng)貨車超載100%（98t），以60km/h，70km/h，80km/h速度行駛時(shí)，剎車鼓最高溫度均大于260℃，均處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

本項(xiàng)目在樁號K68+000處設(shè)置有“連續(xù)下坡，進(jìn)站自檢”標(biāo)志，提示大車在進(jìn)入長下坡路段前進(jìn)入服務(wù)區(qū)加水、自檢。在K61+000處設(shè)置有連續(xù)下坡提示標(biāo)志并設(shè)置有連續(xù)下坡剩余長度預(yù)告標(biāo)志。在K52+000和K57+000處設(shè)置有自救匝道，基本滿足失控車道自救需要。

同時(shí)考慮到我國貨車超載現(xiàn)象比較普遍，結(jié)合對大型車運(yùn)行速度及大貨車制動器溫度的預(yù)測結(jié)果[4]，建議對長下坡K57+860～K51+240路段大貨車嚴(yán)格限速60km/h，且在連續(xù)下坡路段增設(shè)大車低檔低速行駛標(biāo)志;

三、自救匝道安全性評價(jià)

本項(xiàng)目自救匝道設(shè)置情況如下表所示：

3.1自救匝道引道安全性評價(jià)

自救匝道的引道與制動砂床的交線應(yīng)與進(jìn)入自救匝道車輛的行駛方向垂直，以保證車輛前輪可以同時(shí)進(jìn)入制動砂床，避免因兩側(cè)車輪摩擦力不均而導(dǎo)致車輛側(cè)翻，在自救匝道入口發(fā)生事故。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，自救匝道引道宜采用直接式減速車道的設(shè)計(jì)方法，以不小于3°～5°的流出角流出，盡量沿主線切線方向設(shè)置。本項(xiàng)目自救匝道設(shè)置情況如下表所示：

本項(xiàng)目K52+000自救匝道漸變段長度為105m，能夠滿足7°7'情況漸變段長度的要求。K57+000自救匝道漸變段長度為163.532m，小于6°30'情況下漸變段長度164.6m的要求，自救匝道的引道位置應(yīng)視線良好，保證緊急情況下駕駛員可以看清自救匝道的全部線形。

由于本項(xiàng)目自救匝道設(shè)置條件有限，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，①號自救匝道可能出現(xiàn)右側(cè)邊坡阻擋視線，導(dǎo)致駕駛員錯過自救匝道的情況。建議取駕駛員反應(yīng)時(shí)間3s路段長即于漸變段起點(diǎn)之前66.7m處路面設(shè)置“自救匝道”文字標(biāo)志提示駕駛員自救匝道位置，保證駕駛員能夠確定自救匝道的位置。②號自救匝道已經(jīng)設(shè)置有自救匝道提示標(biāo)志，建議清除自救匝道入口處綠化植被遮擋，并前移自救匝道提示標(biāo)志以保證駕駛員能看到自救匝道提示標(biāo)志。

3.2自救匝道平縱線形安全性評價(jià)

自救匝道平面應(yīng)盡量避免采用曲線線形。最好采用直線單坡。若地形條件或者工程量限制時(shí)需要采用多個(gè)坡度組合，應(yīng)避免設(shè)置小半徑的凸形豎曲線，并保證整條自救匝道線形均在駕駛員的視線之內(nèi)。

本項(xiàng)目自救匝道均采用直線線形，避免由于線形而降低自救匝道效能。由于山區(qū)地形限制，兩處自救匝道均采用凹形豎曲線，能夠保證整條自救匝道線形均在駕駛員的視線內(nèi)。

3.3自救匝道長度和坡度安全性評價(jià)

自救匝道的長度和坡度由地形條件、工程量、失控車輛駛出速度以及自救匝道坡床材料決定。一般上坡制動坡床型自救匝道坡度宜為8%左右，過陡的坡度會使駕駛員產(chǎn)生畏懼感，不敢駛?cè)胱跃仍训?。自救匝道的長度包括分流段長度，縱坡豎曲線長度及制動坡床長度，其中制動坡床長度起到實(shí)際的減速作用。

3.4自救匝道端部處理安全性評價(jià)

自救匝道應(yīng)該提供足夠長度的制動距離為優(yōu)先考慮因素。為保證車輛和駕駛員 的安全，自救匝道端部應(yīng)設(shè)置防撞墻和緩沖設(shè)施。一般在自救匝道的端部墻前設(shè)置集料堆、防撞沙桶或廢棄輪胎等。防撞墻和緩沖設(shè)施不能代替自救匝道的有效制動長度，在車輛撞到防撞墻或緩沖設(shè)施時(shí)，車速必須降到20km/h或者更低，才能保證駕駛員和車輛安全。

3.5自救匝道制動坡床材料及排水安全性評價(jià)

本項(xiàng)目自救匝道制動坡床填料在離坡床起點(diǎn)端30cm內(nèi)過渡到全深，滿足要求。制動坡床寬8.0m，坡床內(nèi)的填料為豆礫石等松散材料，厚度95cm。制動車道制動坡床低凹處斜向設(shè)置100mmPVC橫向?yàn)V水管，管道接通左側(cè)路基排出積水，設(shè)置長度為低凹點(diǎn)前后各30m，全長共60m，間距10m;設(shè)置于填料基底面中部，且最小埋置深度不小于5cm，排水及防護(hù)形式同主線，排水設(shè)施較為完善。

3.6自救匝道安全設(shè)施安全性評價(jià)

在自救匝道處應(yīng)設(shè)置標(biāo)志，標(biāo)線、防撞護(hù)欄等安全設(shè)置，使駕駛員能夠正確識別自救匝道。此外在自救匝道附近應(yīng)布設(shè)監(jiān)控設(shè)施，以便監(jiān)控人員在第一時(shí)間得到救助信息，及時(shí)采取救援措施。同時(shí)救護(hù)車道路面結(jié)構(gòu)同主線，緊急制動車道填方一側(cè)設(shè)置防撞護(hù)墻保護(hù)。

本項(xiàng)目緊急制動車道外側(cè)地段設(shè)置座椅式防撞護(hù)欄保護(hù)，止點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，與主線交叉部位采用圓弧相連，并采用波型護(hù)欄徑向連接。強(qiáng)制減弱裝置采用中粗砂料填充砂袋或廢舊輪胎捆綁堆置，高度1.2m。

本項(xiàng)目兩處自救匝道前均設(shè)置提示標(biāo)志，設(shè)置合理滿足要求;建議在自救匝道處布設(shè)監(jiān)控及照明設(shè)施，以便第一時(shí)間收到救援信息。

四、結(jié)論

（1）本項(xiàng)目已在K52+000、K57+000處設(shè)置有自救匝道，并設(shè)置自救匝道位置的提示標(biāo)志以及設(shè)置了加水站等處置措施?；具_(dá)到了長大縱坡駕駛員行車安全的目。

（2）根據(jù)長大下坡剎車鼓溫度計(jì)算分析，考慮普遍存在的大車超載現(xiàn)象，大車在長大下坡路段按照限速80km/h行駛可能出現(xiàn)剎車鼓溫度過高而導(dǎo)致剎車失靈的問題，故建議長大下坡危險(xiǎn)路段（K57+860～K51+240）大車限速60km/h。

（3）建議取駕駛員反應(yīng)時(shí)間3s路段長即于漸變段起點(diǎn)之前66.7m處路面設(shè)置“自救匝道”文字標(biāo)志提示駕駛員自救匝道位置，保證駕駛員能夠確定自救匝道的位置。

（4）②號自救匝道已經(jīng)設(shè)置有自救匝道提示標(biāo)志，建議清除自救匝道入口處綠化植被遮擋，并前移自救匝道提示標(biāo)志以保證駕駛員能看到自救匝道提示標(biāo)志。

（5）建議在自救匝道處布設(shè)監(jiān)控及照明設(shè)施，以便第一時(shí)間收到救援信息。

參考文獻(xiàn)：

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