平均縱坡在公路長陡下坡路段的安全評(píng)價(jià)應(yīng)用

林煌

（廣州城市職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國道路連續(xù)長陡下坡路段交通事故死傷率一直處于高發(fā)狀態(tài)。究其原因，除了司機(jī)、行人的心態(tài)、素質(zhì)、習(xí)慣，以及車況，路況等因數(shù)外，還與公路的管理、設(shè)計(jì)等因數(shù)相關(guān)。針對(duì)設(shè)計(jì)，相應(yīng)的規(guī)范也在不斷地更新和完善。《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中規(guī)定了長陡下坡路段最大縱坡、最大坡長等各項(xiàng)極限指標(biāo)及其組合情況，但這些指標(biāo)僅僅滿足車輛行駛的最低安全要求，同時(shí)，關(guān)于公路整條路段（尤其連續(xù)長陡下坡路段）安全方面的控制和評(píng)價(jià)相對(duì)不夠完善，尤其在對(duì)路段做出快速安全評(píng)價(jià)建議方面，目前還在改進(jìn)完善過程之中。

1 公路安全性評(píng)價(jià)

目前，我國高速公路安全性評(píng)價(jià)主要采用定性（經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)）和定量（參數(shù)評(píng)價(jià)）相結(jié)合評(píng)價(jià)方法，《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)規(guī)范》（JTG B05—2015）是目前開展公路安全性評(píng)價(jià)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。規(guī)范結(jié)合我國國情，通過分析整理國內(nèi)外已有研究成果及實(shí)踐總結(jié)，對(duì)工程可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、交工及后評(píng)價(jià)等各階段提出了安全性評(píng)價(jià)的重點(diǎn)、流程和內(nèi)容。但是評(píng)價(jià)規(guī)范中提供的運(yùn)行速度計(jì)算方法及表格比較復(fù)雜，需要與相關(guān)的軟件一起使用。比較之下，在完全執(zhí)行評(píng)價(jià)規(guī)范的前提下，基于平均縱坡這一指標(biāo)，能更簡(jiǎn)單、快捷地輔助評(píng)估公路路段的安全性是否嚴(yán)峻[1]。

2 平均縱坡對(duì)長陡下坡路段事故率的影響

縱坡和坡長是縱坡設(shè)計(jì)的主要參考因素，縱坡的坡度大小不僅影響路段設(shè)計(jì)長度，同時(shí)對(duì)路段行駛車輛行車安全，運(yùn)輸成本等產(chǎn)生影響?！豆饭こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）就公路的最大、最小縱坡，平均縱坡均有規(guī)定，但標(biāo)準(zhǔn)為寬泛值，通過選取八達(dá)嶺等4 段高速公路事故多發(fā)路段進(jìn)行平均縱坡分析，單從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來看，長陡下坡路段設(shè)計(jì)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但可以發(fā)現(xiàn)這些長陡下坡路段縱坡設(shè)計(jì)指標(biāo)均臨近縱坡設(shè)計(jì)允許最大值，導(dǎo)致樣本路段車輛行車安全不利，從而出現(xiàn)事故多發(fā)，樣本高速公路事故多發(fā)路段縱坡指標(biāo)如表1 所示。通過引入平均縱坡指標(biāo)，在具體設(shè)計(jì)過程中，可以利用平均縱坡對(duì)連續(xù)長陡下坡路段進(jìn)行宏觀把控，從而在遵守《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）的要求前提下，進(jìn)一步優(yōu)化指導(dǎo)路段內(nèi)各下坡段的縱坡和坡長[2-3]。

表1 樣本高速公路事故多發(fā)路段縱坡指標(biāo)

3 平均縱坡對(duì)道路行車安全的影響

3.1 上坡時(shí)平均縱坡對(duì)道路行車安全的影響

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，載重汽車在3%以下的坡道上行駛時(shí)，速度只受到輕微的影響，而縱坡坡度一旦大于或等于3%時(shí)，其對(duì)載重汽車就開始產(chǎn)生一定影響，當(dāng)縱坡大于4%時(shí)，當(dāng)坡長為200～300m，汽車行駛速度降低幅度可達(dá)到20～30km/h，并且坡度越大速度折減越大。相比而言，小客車幾乎都能爬上7%～8%的陡坡，在前500m 上坡路段平均減速15～20km/h；而后500m 平均減速為10km/h 左右，在運(yùn)行800m 以后，速度逐新趨于平穩(wěn)[4]。

由于重型貨車與小汽車行駛速度的差異，在某些線形不良的路段車輛間極易發(fā)生相互追尾等交通事故。目前，我國縱坡指標(biāo)的制定主要是依據(jù)汽車上坡行駛時(shí)爬坡的計(jì)算模型確定的。然而根據(jù)行車調(diào)查分析，與上坡相比，汽車下坡的行車安全更為嚴(yán)重。因此，從下坡安全行駛的角度進(jìn)行縱坡限制更利于安全標(biāo)準(zhǔn)的制定。

3.2 下坡時(shí)平均縱坡對(duì)道路行車安全的影響

汽車制動(dòng)失效通常為連續(xù)長陡下坡路段事故發(fā)生的主要原因，且多為重載和超載車輛。對(duì)某山區(qū)典型連續(xù)長下坡路段下坡開始和結(jié)束處進(jìn)行觀測(cè)，分析得到車輛的制動(dòng)情況，通過貨車在該路段下坡行駛的速度曲線得出車輛在下坡行駛過程中，由于坡度影響，該車制動(dòng)較為頻繁，有20 次減速制動(dòng)，平均制動(dòng)頻次約2.8 次/km。制動(dòng)的持續(xù)距離在100m 以上，相應(yīng)的制動(dòng)持續(xù)時(shí)間也多在10s 以上，屬典型的持續(xù)制動(dòng)方式，安全形勢(shì)頗為嚴(yán)峻[5-6]。

為了減少連續(xù)長大下坡路段的事故傷亡率，國內(nèi)外最常采用的是設(shè)置避險(xiǎn)車道這一有效的工程措施。避險(xiǎn)車道的設(shè)置要求，依據(jù)車輛下坡時(shí)制動(dòng)器溫度是否可控。通常，當(dāng)制動(dòng)轂溫度達(dá)到260℃時(shí)，則認(rèn)為制動(dòng)器開始失控，為保障行車安全需要考慮設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道。目前制動(dòng)器溫度升溫計(jì)算常用的有如下兩種模型。

（1）合肥工業(yè)大學(xué)張建軍[7]以無輔助制動(dòng)條件下，東風(fēng)載重8t 貨車為代表，貨車后輪制動(dòng)器溫度為依據(jù)，建立了制動(dòng)器溫度與坡度、速度和坡距的數(shù)學(xué)模型如式（1）至式（2）所示。

式中：T——制動(dòng)轂溫度，℃；G——下坡坡度，%；V——車輛下坡速度，km/h；L——車輛行駛距坡頂?shù)木嚯x，km。

（2）同濟(jì)大學(xué)道路與交通實(shí)驗(yàn)室在不考慮輔助制動(dòng)方式影響下，建立了制動(dòng)轂溫度預(yù)測(cè)模型修正如式（3）所示[8]。

式中：F坡底——制動(dòng)轂在坡底時(shí)的溫度，℃；H——長下坡路段總高差，m；L——長下坡路段總坡長，km。

通過對(duì)比分析計(jì)算制動(dòng)器溫升數(shù)學(xué)模型（1）和模型（2）可見，在長陡下坡路段車輛行駛安全過程中，平均縱坡的指標(biāo)控制會(huì)對(duì)車輛行駛安全起到重要保障作用，且當(dāng)平均縱坡在3%～3.5%時(shí)距坡頂6km 距離處為事故多發(fā)地的重要分水嶺。除以上兩種模型外，長安大學(xué)李都厚等選擇東風(fēng)載貨汽車建立了制動(dòng)效能熱衰退預(yù)測(cè)模型，該模型坡度不采用平均縱坡，在進(jìn)行溫升計(jì)算時(shí)，把上一段坡道的計(jì)算結(jié)果設(shè)置為初始值代入下一段坡道溫升計(jì)算[9]。

3.3 平均縱坡與道路行車安全統(tǒng)計(jì)分析

通過對(duì)八達(dá)嶺高速公路、漳龍高速公路、運(yùn)三高速公路、石太高速公路選取的事故樣本路段實(shí)際運(yùn)行狀況及事故相關(guān)資料分析，平均縱坡與下坡坡長、事故多發(fā)黑點(diǎn)距坡頂距離等指標(biāo)均能建立相關(guān)性[10]，由此可為長陡下坡路段平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)確立提供依據(jù)，表2 為樣本高速公路事故多發(fā)路段縱坡指標(biāo)，表3為平均縱坡與事故多發(fā)區(qū)相關(guān)特征。

表2 平均縱坡與事故多發(fā)域距坡頂距離關(guān)系

從以上的事故相關(guān)影響性分析可以看出，平均縱坡這一指標(biāo)在連續(xù)陡坡路段，表現(xiàn)出以下特征：長陡下坡路段易形成多個(gè)事故黑點(diǎn)，平均縱坡越大，首發(fā)事故黑點(diǎn)距坡頂?shù)木嚯x越近；長陡下坡路段事故多發(fā)段平均縱坡值一般大于3.5%且事故下坡段長度一般在3km左右；長陡下坡路段區(qū)段間間隔設(shè)立小坡度緩坡路段與連續(xù)多個(gè)無緩坡區(qū)段相比能延長一倍左右首發(fā)事故黑點(diǎn)的發(fā)生距離。因此，有必要通過平均縱坡這一簡(jiǎn)易指標(biāo)對(duì)道路長陡下坡路段安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出相關(guān)事故特征，避免道路交通事故的發(fā)生。

4 平均縱坡安全評(píng)價(jià)建議控制值

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006）對(duì)道路縱坡設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)結(jié)合上述分析以及我國公路安全評(píng)價(jià)多年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在遵守規(guī)范中的各項(xiàng)要求（如最大縱坡）的同時(shí)，得出平均縱坡的安全評(píng)價(jià)建議值，如表4 所示。

表4 長陡坡路段平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)

5 實(shí)例分析應(yīng)用

為進(jìn)一步驗(yàn)證平均縱坡安全評(píng)價(jià)的實(shí)踐應(yīng)用，選取云南某高速公路中某段下坡路段進(jìn)行安全評(píng)價(jià)分析，該高速公路設(shè)計(jì)速度為80km/h，路線總長63.86km，公路采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006）。在K38+500—K42+580 路段，該下坡段路段長4.08km，平均縱坡4.1%，路段坡長坡度指標(biāo)如表5所示。依據(jù)上述長陡坡路段平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)，該路段長為3km≤L≤6km，任意3km 平均縱坡大于4%，可知該路段大概率會(huì)發(fā)生由車輛制動(dòng)器性能衰退而引發(fā)的交通事故。

表5 選取的連續(xù)陡坡路段坡長坡度指標(biāo)

6 結(jié)語

根據(jù)長陡下坡路段安全特性，通過對(duì)平均縱坡在道路設(shè)計(jì)中開展研究，依據(jù)平均縱坡這一指標(biāo)，對(duì)公路下坡路段進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)分析，得到以下結(jié)論：①平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)可在公路安全評(píng)估中，對(duì)工程初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、交工及后評(píng)價(jià)等各階段提出安全性評(píng)價(jià)的重點(diǎn)和內(nèi)容，在設(shè)計(jì)階段，可以迅速找出方案設(shè)計(jì)中可能存在的不安全路段，從而進(jìn)一步優(yōu)化道路縱斷面設(shè)計(jì)，提高道路線形設(shè)計(jì)安全水平。②平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)可以進(jìn)一步完善道路運(yùn)營中的安全評(píng)價(jià)，改進(jìn)道路交通標(biāo)志、標(biāo)線等附屬設(shè)施修建，從而使附屬設(shè)施設(shè)置更加合理有據(jù)，減少工程安全保障投入。③平均縱坡安全評(píng)價(jià)控制指標(biāo)能優(yōu)化避險(xiǎn)車道位置選位方法，基于平均縱坡安全評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)易判定，可初步估算車輛失控位置，從而為確定避險(xiǎn)車道修建位置提供依據(jù)。