山區(qū)公路避險車道的設計要點分析

馬 勇

新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002

隨著交通網絡的不斷完善，公路工程作為拉動區(qū)域交流的關鍵項目，其建設步伐也在日益加快。其中，山區(qū)公路由于山區(qū)地勢起伏大、水文地質條件復雜、交通安全設施不完善等原因，導致安全事故頻發(fā)，甚至可能造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。鑒于此，應當建設山區(qū)公路避險車道來緩解交通擁堵或二次事故[1]。

1 山區(qū)公路避險車道類型及常見問題

1.1 避險車道類型

公路避險車道一般劃分為上坡式、平坡式、下坡式、砂堆式等[2]。其中，下坡式避險車道的效果較差，而上坡式避險車道能夠有效降低車輛行駛速度，確保車輛行駛安全性和經濟性，在山區(qū)公路中得到了廣泛應用。上坡式避險車道具體形式如圖1所示。

圖1 上坡式避險車道

1.2 避險車道設計存在的問題

（1）設置位置不合理。避險車道位置的選擇是影響公路上車輛行駛安全性的基礎條件。山區(qū)公路直線較短，以圓曲線和緩和曲線為主。如果山區(qū)公路避險車道設置在小半徑曲線上或之后，一旦車輛失控，行車速度迅速提高，駕駛人員難以及時駛入避險車道，從而對路側護欄或終點防撞墻產生猛烈的沖擊碰撞，導致交通事故發(fā)生。

（2）制動車道減速效果差。如果山區(qū)公路制動車道端部沒有設計減速消能設施，車輛駛到制動車道末仍保持一定的速度，可能發(fā)生車輛沖出避險車道或撞至山體現(xiàn)象，嚴重威脅駕駛人及乘客的人身安全。

（3）與主線夾角或引道設計不合理。當山區(qū)公路的避險車道和主線之間的交角大于某一臨界值時，難以確保制動失靈的車輛駛入避險車道，此時可通過設計引道來連接主線與避險車道，為駕駛人提供足夠反應時間，從而引導主線上的失控車輛成功駛入避險車道。但是，道路工程師對山區(qū)公路避險車道的引道重視程度不足，部分公路項目甚至不設計引道，造成了較大的安全隱患。

（4）制動車道材料選擇不合理。性能良好的材料能夠為車輛減速提供較大的滾動阻力，有效降低避險車道長度和縱坡。目前，山區(qū)公路避險車道材料存在兩個問題：①材料粒徑大，導致所鋪筑的制動車道滾動阻力系數(shù)小，車輪陷入深度不足，應盡可能地選擇粒徑級配良好的圓形或橢圓形顆粒；②不同性能或級配的材料在制動車道混合填筑，導致路面摩阻力橫向分布不均勻，大幅提高了車輛發(fā)生側翻事故的可能性。

2 山區(qū)公路避險車道設計方法

山區(qū)公路的避險車道應當綜合考慮坡長、坡度、平曲線半徑、平均日交通量、重載車輛百分比、與居民點距離、與收費站距離等因素[3]。

2.1 避險車道位置設計

山區(qū)公路交通事故較頻繁，避險車道位置設計的關鍵是找出車輛容易產生失靈、失控現(xiàn)象的位置，為車輛提供安全場所。避險車道的位置確定可采用工程實踐法、交通事故頻率法、車輛制動器性能分析法等。

（1）工程實踐法。工程實踐法指的是設計人員參考類似項目的設計經驗選擇避險車道的位置，一般可將其布置在連續(xù)長大下坡的下半部分。工程實踐法主要用于新建公路避險車道設計，受設計人員的主觀意識影響較大，對于同一路段，不同設計人員對車輛行駛安全性的認識可能存在較大差異。

（2）交通事故頻率法。交通事故頻率法用于山區(qū)公路避險車道設計的基礎資料是往年交通事故數(shù)據(jù)，在設計之前找出交通事故發(fā)生概率較大的位置。相對于工程經驗法而言，該方法屬于定量分析，設計成果更加準確。

（3）車輛制動器性能分析法。車輛在連續(xù)下坡路段會連續(xù)剎車，導致行車制動器的溫度不斷升高。車輛制動器性能分析法即利用車輛制動器的溫度來擬定避險車道設置。相關調查成果表明，行車制動器溫度＞200℃后，制動效果會產生明顯降低；行車制動器溫度達到260℃后，制動效果基本完全喪失。此時，可通過預測模型來確定避險車道距離坡頂?shù)拈L度L，即避險車道位置。計算公式如下[4]：

式中：T為車輛制動器的溫度，℃；i為避險車道的坡度，°；v為行車速度，km/h。

2.2 避險車道幾何參數(shù)設計

（1）避險車道線形。避險車道線形需與其連接的主線線形相互協(xié)調，保證車輛安全駛入避險車道。避險車道的線形首先應能保證駕駛人的視野，應以直線為主，盡量不在圓曲線路段設計避險車道。原因是車輛行駛在曲線路段會產生較大的離心力，可能導致發(fā)生車輛側翻事故。

（2）避險車道長度。避險車道長度計算應綜合考慮車輛極限速度、車道材料、車道坡度、受力情況等參數(shù)。由《公路安全保障工程實施技術指南》可知，山區(qū)公路避險車道S計算公式如下：

式中：μ為車輛輪胎和避險車道的摩擦因數(shù)，與車道材料類型密切相關。

μ取值時可參考避險車道摩擦因數(shù)推薦值，如表1所示。

表1 避險車道摩擦因數(shù)推薦值

（3）避險車道橫斷面。山區(qū)公路避險車道橫斷面要素有制動車道、救援車道、安全帶及防撞設施等，如圖2所示。

圖2 避險車道橫斷面要素（單位：m）

制動車道：制動車道寬度應最少能停放一輛車，寬度≥4.5m；如果制動車道設置為停放車輛≥2，避險車道寬度宜為 8～ 12m。

救援車道：救援車道是為了確保救援車輛的正常通行，以快速修復失控車輛，避免其他車輛駛進避險車道導致二次事故。救援車道通常設計為單車道，寬度≥3.5m。

安全帶：安全帶寬度等于制動車道左側邊緣與防撞設施的距離，這是為了避險車輛駛入避險車道后，在各種外力作用下產生偏移或側滑而撞擊路側安全設施，甚至沖突避險車道，安全帶寬度≥1m。

防撞設施：主要設置在避險車道兩側或終點，起到誘導視線或防撞作用。用于避險車道兩側的防撞設施可選擇波形梁護欄或混凝土護欄，防撞等級不低于SB級；用于避險車道終點的防撞設施可采用混凝土防撞墻。

3 山區(qū)公路避險車道安全性評價

山區(qū)公路避險車道安全性評價的關鍵是選取合適的評價指標和評價方法。由上文可知，影響避險車道安全性的因素較多，沒有必要全部作為評價指標考慮進來，應分清主次，否則會大幅增加評價工作量和評價成本。

評價方法可采用價值分析法。該方法計算簡單，適用性強，先根據(jù)指標的重要性程度來賦予單項指標相應的權重，再加權計算出公路避險車道的總價值。其中，單項評價指標權重可邀請相關領域的專家進行打分得到，具體可根據(jù)式（3）計算：

式中：V為避險車道總價值；w1為避險車道單項評價指標價值；v1為避險車道單項評價指標權重。

4 結論

通過分析山區(qū)公路避險車道類型、設計要點及安全性評價方法，主要得出以下結論：

（1）山區(qū)公路避險車道包括上坡式、平坡式、下坡式、砂堆式等，其中避險效果最好的是上坡式，下坡式相對較差；

（2）公路避險車道的位置確定可采用工程實踐法、交通事故頻率法或車輛制動器性能分析法；

（3）山區(qū)公路避險車道線形應與主線相協(xié)調，且設計其長度和寬度時應綜合考慮車輛極限速度、車道坡度、受力情況、車道功能等因素；

（4）山區(qū)公路避險車道安全性評價可采用價值分析法。