高速公路避險車道設計

1、高速公路避險車道設計1概述    在山區(qū)高速公路長大下坡路段，經(jīng)常出現(xiàn)載重貨車因制動失效，發(fā)生嚴重安全事故的現(xiàn)象。對于長大縱坡帶來的道路交通安全問題，國內(nèi)外已進行了大量的專題研究。緊急避險車道作為道路的一個組成部分，在歐美廣泛應用了多年。其應用實踐證明對提高道路交通安全和減少交通事故經(jīng)濟損失具有重要的意義。避險車道的設置在我國尚處于起步階段，相關設計目前尚缺少專門規(guī)范。在東西高速公路設計中，中、西標段共設置了27處緊急避險車道。本文結合國內(nèi)外有關資料，擬對避險車道設置原則、類型、設計方法進行系統(tǒng)地總結。 2  山區(qū)高速公路長大下坡路段存在的安全

2、問題與分析21  規(guī)范要求    東西高速公路幾何設計采用歐洲(法國)標準，對于地形特別困難路段，ICTAALl985給出了最大縱坡及坡長指標，見表1。表1  縱坡坡長指標表（單位：% / m）設計標準L80L100L120上坡路段最大坡度/坡長7/6006/6005/600下坡路段最大坡度/坡長沒有特殊限制6/600    歐洲標準路線縱面設計和國內(nèi)存在較大理念差別，前者在規(guī)范規(guī)定的最大縱坡之內(nèi)，坡長一般不受限制。    歐洲標準規(guī)定長大縱坡路段坡度設計應盡量采用平均坡度，認為較長的

3、坡長對視距、行駛安全更為有利。如一個坡長為3000m，平均坡度為5.5的路段，這個坡段最好采用5.5一個坡度設置到底(這一結論與國內(nèi)規(guī)范截然相反)。歐洲規(guī)范要求在長大坡路段應堅決避免插入短的緩坡，研究結論認為，陡坡之間的緩坡會給司機造成陡坡結束的錯覺，容易引起更大的安全問題。22  長大縱坡風險的判定221  研究方法    法國高速公路和道路技術研究部門(SETRA)對長大縱坡進行了研究，通過兩種方法來確定長大縱坡路段風險判定條件，這兩種方法分別是：    (1)對重型車輛在長大縱坡上的運行性能進行分析；(2)對

4、長大縱坡路段車輛發(fā)生的事故進行統(tǒng)計分析。222  車輛的制動性能    研究者認為：長時間的制動或頻繁制動會使剎車片過熱從而導致危險，特別是在高速行駛狀態(tài)時，緊急制動需要更大的制動力，因此會產(chǎn)生更大的危險。研究結果顯示汽車在30kmh恒定速度下，經(jīng)過一個長6km，坡度為6的下坡后，其制動性能將下降到40以下，此時剎車片的溫度升高到350oC左右。制動效率的恢復研究結果見表2所列。表2  制動效率恢復表（單位：min）制動效率恢復程度制動力再生時間牽引車拖掛車70%3880%1018100%3060根據(jù)測試表明，當剎車片溫度超過250oC時，制動

5、效率就會出現(xiàn)損失，可將200oC作為風險判定條件。當剎車片超過這一溫度時，則認為汽車行駛會產(chǎn)生風險。當剎車片溫度超過200oC時d·p>150，其中： d為長大縱坡總的坡長，單位：m；p為長大縱坡平均坡度，單位：。223  長大縱坡事故原因分析    車輛發(fā)生事故與車輛的性能及道路幾何特性相關聯(lián)，在車輛性能一定的情況下，風險的發(fā)生則與道路幾何特性直接相關，當車輛性能無法適應超標的坡度時，這些坡道上發(fā)生事故的風險明顯有所增加。 法國SETRA針對長大縱坡段事故發(fā)生率與其他高速公路平均事故率進行比較情況見表3。表3

6、0; 事故率對照表序號事故類型事故比率1設備事故研究段/所有路段=5.02人身事故研究段/所有路段=2.23受傷研究段/所有路段=2.04死亡研究段/所有路段=1.5    通過對事故的原因分析，可以明確以下幾點：(1)23的事故是重型車輛，或至少與重型車輛有關；(2)出口處事故率比例非常高，達到了55，其主要原因是出口處車輛數(shù)量增加過多；(3)潮濕路面事故率為37，而平均為20；(4)在下坡道平曲線半徑<1000m路段上，事故率為30(其中37為人身傷亡事故)；(5)車輛追尾事故為10，這遠高于平均值3，其原因是在坡道上重型車輛和輕型車輛之間的速度差遠大于

7、普通路段；(6)處于長下坡后半段的特殊位置，事故明顯增加，這些特殊位置是：小半徑彎道處；很長的彎道(指同一彎道)；出、人口處；隧道進、出口和高架橋兩端；收費站、服務設施附近。224  風險判定條件    研究單位在22條高速公路上，各選定有代表性的路段進行了研究統(tǒng)計，這些代表路段一般都是長大縱坡路段。研究結果表明，把坡長及平均坡度作為變量，來研究車輛的行駛風險是非常適宜的。因為該兩個變量與事故的嚴重性及發(fā)生頻率相關性最大。研究結論認為：當d·p<130時，坡道上不會發(fā)生過度風險，因此將d·p值作為風險指數(shù)。當d·p&g

8、t;130且P>3時，坡道上的事故率開始隨著d·p值的增加而增加，當戶<3時，無論d·p值是多少均不會產(chǎn)生風險。23  避險車道設置原則231  歐洲標準    根據(jù)研究成果中的風險判定條件及對交通事故分析結果，在路線坡度大于3時，當危險指標d·p(距離 坡度)超過130時，將會產(chǎn)生較大的安全隱患，應設置緊急避險車道。 長大縱坡范圍內(nèi)，在特殊點(高架橋、互通立交，收費站、服務區(qū)、隧道、半徑小于規(guī)范規(guī)定一般最小值)之前設置緊急避險車道，并且保證在特殊點和緊急避險車道之間有足夠的視距。232 &#

9、160;國內(nèi)研究成果    根據(jù)有關研究成果，連續(xù)長陡下坡路段各種平均縱坡的路線長度，應小于表4中的一般值；在特別困難地區(qū)，經(jīng)論證通過限制車輛下坡的速度，設置相應的安全防護措施，行車安全基本有保障時可考慮采用極限值。 因此，對于路線指標大于表4中一般值時，增設避險車道。表4  平均縱坡值與坡長建議值平均縱坡（%）2.02.53.03.54.04.55.0一般值159.54.03.53.02.52.5極限值12.04.54.03.53.03.024  避險車道設置的位置及間距 避險車道一般設置在長陡下坡右側的視距良好路段。&#

10、160;   根據(jù)研究成果，緊急避險車道最好設在長大下坡第二個13處的末端，即在下坡中部和尾部的中間部分。如果考慮車輛下坡前剎車系統(tǒng)容易發(fā)熱且性能變差，對重車造成隱患，此時緊急避險車道可設在該段起始部分，其他路段的緊急避險車道可按照2km左右間距加以設置。    避險車道人口應盡量布置在平面指標較高路段，并盡量以切線方式從主線切出，進入避險車道的駛入角不應過大，以避免引起側翻。 3  避險車道的避險原理及類型 31  避險車道的避險原理    緊急避險車道是專門設置在坡度較大

11、、存在危險的下坡道中，失控的重型車輛駛入一鋪滿卵礫石或碎石墊層，以沉陷的方式使處于危險狀態(tài)的大貨車停止下來的設施，從而避免車禍的發(fā)生。這是提高山區(qū)公路交通安全的一種預防性措施。32  避險車道的類型     根據(jù)避險，避險車道寬度可分為兩類：(1)    半幅式緊急避險車道    停車車道寬度僅能使右側(或左側)半個驅動軸進入，另半個驅動軸行駛在路肩上，被稱為半幅式緊急避險車道。    因為車輛剎車是不對稱的，因此需要在停車道的外側設置阻攔裝置，

12、以便阻止車輛沖出側翻。該種避險車道對地形條件要求低，僅加寬部分路基，工程規(guī)模小。但容易造成車輛受損，一般不建議采用。 (2)整體式緊急避險車道    制動車道的寬度大于重型車輛寬度的，稱整體式緊急避險車道。根據(jù)避險車道相對于行車道位置，又可分其為以下兩種。    分離式：避險車道軸線偏離原有道路行駛軌跡，失控車輛需從正面進入制動車道。國內(nèi)現(xiàn)有避險車道基本采用這種型式。    平行式：避險車道和行車道是平行的，車輛可以從正面或側面進入緊急避險車道。側面進入緊急停車道需在外側設置阻攔裝置，避免重型車

13、沖出停車道，也可作為剎車墻使用。    東西高速公路設計中，由于中、西標段外部監(jiān)督設計理念存在差異，在中標段10處緊急避險車道設計均采用了分離式設計；而西標段更多的考慮了工程造價和便于施工，8處避險車道均采用了平行式設計。經(jīng)論證后，業(yè)主專家顧問團對于上述兩種型式均表示認可。 4 避險車道的設計方法 41  避險車道構成    避險車道一般由引道、制動坡道、強制減弱裝置、服務道路等組成，見圖1。圖1  避險車道設置示意圖    在東西高速公路避險車道設計過程中，經(jīng)和中

14、、西標段外部監(jiān)督以及業(yè)主顧問團專家多次探討后，均認為服務車道的設置容易造成失控車輛的誤入，而導致避險車道不能發(fā)揮其應有的作用。為使制動車道完全發(fā)揮作用，同時考慮減少工程規(guī)模，取消設置服務車道。同時，在引道上設置救險地錨，便于救援車輛救援見圖2，圖3。圖2  救險地錨  圖3  吊車救援示意圖  圖4  分離式緊急避險車道平面示意圖42  避險車道平面設計    避險車道是為失控車輛設計的，因此它的平面線形應是直線。平面布設上，應盡可能布設在曲線外側，以曲線的切線方向切出。   

15、; 引道起著連接主線與避險車道的作用，可以給失控車輛駕駛員提供充分的反應時間和足夠的空間沿引道車輛可安全地駛入避險車道，減少因車輛失控給駕駛員帶來的恐懼心理，而不致失去正常的判斷能力。受地形限制，尋求恰當位置設置避險車道在山區(qū)往往非常困難。無法保證避險車道設置在路線平面曲線切線方向時，引道設計應避免流出角過大，同時引道上應設置較大的曲線半徑予以過渡。    車輛進入避險車道之前，應保證準備使用避險車道的駕駛員，在引道的起點清晰地看到避險車道的全部線形，時隱時現(xiàn)的避險車道會給駕駛員不安全的感覺，往往會使駕駛員避開避險車道，而遺憾地錯過一次救生的機會。因此，在避險車道

16、前保障足夠的視距是非常必要的，除根據(jù)規(guī)范要求設置必要的標志、標線外，至引道起點的行車視距至少應滿足停車視距要求。圖五  平行式緊急避險車道平面示意圖43  避險車道縱坡及長度設計    設置避險車道的目的是為了使失控車輛安全停止。但各種失控車輛的情況大不相同，有的是因為車速過快，有的剎車嚴重失靈，在國內(nèi)更多的是嚴重超載導致失控。因此，經(jīng)驗、公式都無法準確確定避險車道的長度。為保證避而不險，將避險車道做長、做大又會受地形、工程規(guī)模等諸多條件的限制。431  國內(nèi)研究成果    避險車道長度和失控車輛車速、縱

17、坡、路床材料性質密切相關。新理念公路設計指南對避險車道長度計算，提出以下計算公式：L=     式中：V1為車輛駛出速度，貨車按l00kmh、110kmh計；V2為通過坡道減速后由強制裝置消止的速度，kmh；R為滾動阻力，以當量坡度百分數(shù)表示；G為坡道縱坡，以代數(shù)值表示。    避險車道長度與失控車輛的駛出速度、避險車道縱坡、坡道材料的對應關系，見表5所列。表五  避險車道長度表（單位：m）由主線駛出車速(km/h)避險車道縱坡(%)坡道材料長度L強制減弱裝置堆砌高度10010碎礫石2391.5礫石1791.5砂1431.5

18、豆礫石1021.510015碎礫石1791.2礫石1431.2砂1191.2豆礫石901.211015碎礫石2201.5礫石1761.5砂1471.5豆礫石1101.511020碎礫石1761.2礫石1471.2砂1261.2豆礫石981.2432  法國研究成果    根據(jù)有關研究成果，提出以下方法計算失控車輛在制動坡道中行駛的最大長度(XMAX，m)Xmax=  其中：V0=車輛進入速度，ms。    對于整體式避險車道，采用36t半牽引負載進行試驗，得出重量對行車距離的影響，將規(guī)定值作為引起最大長度的最小減速

19、度值，并依此確定避險車道長度。為避險車道上車輛的減速度，單位：ms。=     其中：g=重力加速度(98ms2)；p=縱坡()； 為車輛的平均減速度(ms2)，平均減加速度取決于停車路道所使用的礫石類型和工程斷面； 并非常數(shù)，ONSER試驗表明它是隨失控車輛駛入的速度及停車道材料變化的，取值見圖6( 、V、坡道材料關系圖)。圖6  、V、坡道材料關系圖    經(jīng)計算，對于整體式避險車道，制動坡道的最大長度見表6表6  緊急避險車道長度表（單位：m）進口速度60km/h80km/h100km/h縱坡（0%）4065

20、90縱坡（-6%）5075100120433  設計采用情況    經(jīng)對上述兩個研究成果分析后，發(fā)現(xiàn)其結果差異相當大。指南的計算方法中，對于失控車輛的滾動阻力作為定值考慮和實際情況差異較大。當失控車輛陷入制動坡道深度變化時，阻力也應發(fā)生變化。但考慮到國內(nèi)車輛超載嚴重、駕駛人員素質等綜合情況，對于避險車道長度按保守計算也是非常必要的。同時，由于地形的原因，避險車道往往不能達到要求的長度。為此可以在端部設置減振設施，如將集料堆在避險車道的端部或設置防撞砂桶等。    在東西高速公路避險車道縱面設計中，綜合考慮了安全和工程規(guī)模。&

21、#160;   中標段設計中，引道采用和主線相同的縱坡，制動坡道采用平坡，長度采用120m。同時考慮一定安全性，在制動坡道盡頭均設置了1m高的集料堆和15m的高土堆。    西標段設計中，引道和制動坡道均采用和主線相同的縱坡，制動坡道長度采用140m，在制動坡道盡頭設置了1m高的集料堆。    制動坡道人口處鋪筑厚度為01m，采用25m過渡至0.5m坡道厚度，至避險車道末端鋪筑厚度漸變至0.7m.。圖7  避險車道縱向剖面圖44  避險車道斷面設計    避險車道寬

22、度考慮足以容納一輛以上失控車輛，制動車道按照5m寬度進行設計。車道外側設置LBA混凝土護欄。在東西高速中段設計中，考慮護欄可能會對失控車輛造成損害，沿避險車道外側設置了15m高土堆進行補充防護。    歐洲標準下的公路設計，對于環(huán)保非常的重視。為使避險車道在建成以后正常運轉，采用的工程措施要保證排水暢通，預防填料的污染和堵塞。在避險車道周圍及底部設置完善的排水系統(tǒng)，對制動車道的地表水和外溢的燃料，可通過直徑為15cm的PVC盲溝排人特殊的污水處理池進行處理。圖8  分離式避險車道起點標準橫斷面圖圖9  分離式避險車道端部標準橫斷面圖45  避險車道附屬設計&#