高速公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)

1、高速公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)1概述    在山區(qū)高速公路長(zhǎng)大下坡路段，經(jīng)常出現(xiàn)載重貨車因制動(dòng)失效，發(fā)生嚴(yán)重安全事故的現(xiàn)象。對(duì)于長(zhǎng)大縱坡帶來的道路交通安全問題，國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量的專題研究。緊急避險(xiǎn)車道作為道路的一個(gè)組成部分，在歐美廣泛應(yīng)用了多年。其應(yīng)用實(shí)踐證明對(duì)提高道路交通安全和減少交通事故經(jīng)濟(jì)損失具有重要的意義。避險(xiǎn)車道的設(shè)置在我國(guó)尚處于起步階段，相關(guān)設(shè)計(jì)目前尚缺少專門規(guī)范。在東西高速公路設(shè)計(jì)中，中、西標(biāo)段共設(shè)置了27處緊急避險(xiǎn)車道。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，擬對(duì)避險(xiǎn)車道設(shè)置原則、類型、設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)地總結(jié)。 2  山區(qū)高速公路長(zhǎng)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(shè)計(jì)采用歐洲(法國(guó))標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于地形特別困難路段，ICTAALl985給出了最大縱坡及坡長(zhǎng)指標(biāo)，見表1。表1  縱坡坡長(zhǎng)指標(biāo)表（單位：% / m）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)L80L100L120上坡路段最大坡度/坡長(zhǎng)7/6006/6005/600下坡路段最大坡度/坡長(zhǎng)沒有特殊限制6/600    歐洲標(biāo)準(zhǔn)路線縱面設(shè)計(jì)和國(guó)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(zhǎng)一般不受限制。    歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定長(zhǎng)大縱坡路段坡度設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用平均坡度，認(rèn)為較長(zhǎng)的

3、坡長(zhǎng)對(duì)視距、行駛安全更為有利。如一個(gè)坡長(zhǎng)為3000m，平均坡度為5.5的路段，這個(gè)坡段最好采用5.5一個(gè)坡度設(shè)置到底(這一結(jié)論與國(guó)內(nèi)規(guī)范截然相反)。歐洲規(guī)范要求在長(zhǎng)大坡路段應(yīng)堅(jiān)決避免插入短的緩坡，研究結(jié)論認(rèn)為，陡坡之間的緩坡會(huì)給司機(jī)造成陡坡結(jié)束的錯(cuò)覺，容易引起更大的安全問題。22  長(zhǎng)大縱坡風(fēng)險(xiǎn)的判定221  研究方法    法國(guó)高速公路和道路技術(shù)研究部門(SETRA)對(duì)長(zhǎng)大縱坡進(jìn)行了研究，通過兩種方法來確定長(zhǎng)大縱坡路段風(fēng)險(xiǎn)判定條件，這兩種方法分別是：    (1)對(duì)重型車輛在長(zhǎng)大縱坡上的運(yùn)行性能進(jìn)行分析；(2)對(duì)

4、長(zhǎng)大縱坡路段車輛發(fā)生的事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。222  車輛的制動(dòng)性能    研究者認(rèn)為：長(zhǎng)時(shí)間的制動(dòng)或頻繁制動(dòng)會(huì)使剎車片過熱從而導(dǎo)致危險(xiǎn)，特別是在高速行駛狀態(tài)時(shí)，緊急制動(dòng)需要更大的制動(dòng)力，因此會(huì)產(chǎn)生更大的危險(xiǎn)。研究結(jié)果顯示汽車在30kmh恒定速度下，經(jīng)過一個(gè)長(zhǎng)6km，坡度為6的下坡后，其制動(dòng)性能將下降到40以下，此時(shí)剎車片的溫度升高到350oC左右。制動(dòng)效率的恢復(fù)研究結(jié)果見表2所列。表2  制動(dòng)效率恢復(fù)表（單位：min）制動(dòng)效率恢復(fù)程度制動(dòng)力再生時(shí)間牽引車拖掛車70%3880%1018100%3060根據(jù)測(cè)試表明，當(dāng)剎車片溫度超過250oC時(shí)，制動(dòng)

5、效率就會(huì)出現(xiàn)損失，可將200oC作為風(fēng)險(xiǎn)判定條件。當(dāng)剎車片超過這一溫度時(shí)，則認(rèn)為汽車行駛會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)剎車片溫度超過200oC時(shí)d·p>150，其中： d為長(zhǎng)大縱坡總的坡長(zhǎng)，單位：m；p為長(zhǎng)大縱坡平均坡度，單位：。223  長(zhǎng)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(guān)聯(lián)，在車輛性能一定的情況下，風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生則與道路幾何特性直接相關(guān)，當(dāng)車輛性能無法適應(yīng)超標(biāo)的坡度時(shí)，這些坡道上發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)明顯有所增加。 法國(guó)SETRA針對(duì)長(zhǎng)大縱坡段事故發(fā)生率與其他高速公路平均事故率進(jìn)行比較情況見表3。表3

6、0; 事故率對(duì)照表序號(hào)事故類型事故比率1設(shè)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(duì)事故的原因分析，可以明確以下幾點(diǎn)：(1)23的事故是重型車輛，或至少與重型車輛有關(guān)；(2)出口處事故率比例非常高，達(dá)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(yuǎn)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(yuǎn)大于

7、普通路段；(6)處于長(zhǎng)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(zhǎng)的彎道(指同一彎道)；出、人口處；隧道進(jìn)、出口和高架橋兩端；收費(fèi)站、服務(wù)設(shè)施附近。224  風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)行了研究統(tǒng)計(jì)，這些代表路段一般都是長(zhǎng)大縱坡路段。研究結(jié)果表明，把坡長(zhǎng)及平均坡度作為變量，來研究車輛的行駛風(fēng)險(xiǎn)是非常適宜的。因?yàn)樵搩蓚€(gè)變量與事故的嚴(yán)重性及發(fā)生頻率相關(guān)性最大。研究結(jié)論認(rèn)為：當(dāng)d·p<130時(shí)，坡道上不會(huì)發(fā)生過度風(fēng)險(xiǎn)，因此將d·p值作為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。當(dāng)d·p&g

8、t;130且P>3時(shí)，坡道上的事故率開始隨著d·p值的增加而增加，當(dāng)戶<3時(shí)，無論d·p值是多少均不會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。23  避險(xiǎn)車道設(shè)置原則231  歐洲標(biāo)準(zhǔn)    根據(jù)研究成果中的風(fēng)險(xiǎn)判定條件及對(duì)交通事故分析結(jié)果，在路線坡度大于3時(shí)，當(dāng)危險(xiǎn)指標(biāo)d·p(距離 坡度)超過130時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的安全隱患，應(yīng)設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道。 長(zhǎng)大縱坡范圍內(nèi)，在特殊點(diǎn)(高架橋、互通立交，收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、隧道、半徑小于規(guī)范規(guī)定一般最小值)之前設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道，并且保證在特殊點(diǎn)和緊急避險(xiǎn)車道之間有足夠的視距。232 &#

9、160;國(guó)內(nèi)研究成果    根據(jù)有關(guān)研究成果，連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段各種平均縱坡的路線長(zhǎng)度，應(yīng)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(shè)置相應(yīng)的安全防護(hù)措施，行車安全基本有保障時(shí)可考慮采用極限值。 因此，對(duì)于路線指標(biāo)大于表4中一般值時(shí)，增設(shè)避險(xiǎn)車道。表4  平均縱坡值與坡長(zhǎng)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(xiǎn)車道設(shè)置的位置及間距 避險(xiǎn)車道一般設(shè)置在長(zhǎng)陡下坡右側(cè)的視距良好路段。&#

10、160;   根據(jù)研究成果，緊急避險(xiǎn)車道最好設(shè)在長(zhǎng)大下坡第二個(gè)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(duì)重車造成隱患，此時(shí)緊急避險(xiǎn)車道可設(shè)在該段起始部分，其他路段的緊急避險(xiǎn)車道可按照2km左右間距加以設(shè)置。    避險(xiǎn)車道人口應(yīng)盡量布置在平面指標(biāo)較高路段，并盡量以切線方式從主線切出，進(jìn)入避險(xiǎn)車道的駛?cè)虢遣粦?yīng)過大，以避免引起側(cè)翻。 3  避險(xiǎn)車道的避險(xiǎn)原理及類型 31  避險(xiǎn)車道的避險(xiǎn)原理    緊急避險(xiǎn)車道是專門設(shè)置在坡度較大

11、、存在危險(xiǎn)的下坡道中，失控的重型車輛駛?cè)胍讳仢M卵礫石或碎石墊層，以沉陷的方式使處于危險(xiǎn)狀態(tài)的大貨車停止下來的設(shè)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(yù)防性措施。32  避險(xiǎn)車道的類型     根據(jù)避險(xiǎn)，避險(xiǎn)車道寬度可分為兩類：(1)    半幅式緊急避險(xiǎn)車道    停車車道寬度僅能使右側(cè)(或左側(cè))半個(gè)驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)入，另半個(gè)驅(qū)動(dòng)軸行駛在路肩上，被稱為半幅式緊急避險(xiǎn)車道。    因?yàn)檐囕v剎車是不對(duì)稱的，因此需要在停車道的外側(cè)設(shè)置阻攔裝置，

12、以便阻止車輛沖出側(cè)翻。該種避險(xiǎn)車道對(duì)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(xiǎn)車道    制動(dòng)車道的寬度大于重型車輛寬度的，稱整體式緊急避險(xiǎn)車道。根據(jù)避險(xiǎn)車道相對(duì)于行車道位置，又可分其為以下兩種。    分離式：避險(xiǎn)車道軸線偏離原有道路行駛軌跡，失控車輛需從正面進(jìn)入制動(dòng)車道。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有避險(xiǎn)車道基本采用這種型式。    平行式：避險(xiǎn)車道和行車道是平行的，車輛可以從正面或側(cè)面進(jìn)入緊急避險(xiǎn)車道。側(cè)面進(jìn)入緊急停車道需在外側(cè)設(shè)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(shè)計(jì)中，由于中、西標(biāo)段外部監(jiān)督設(shè)計(jì)理念存在差異，在中標(biāo)段10處緊急避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)均采用了分離式設(shè)計(jì)；而西標(biāo)段更多的考慮了工程造價(jià)和便于施工，8處避險(xiǎn)車道均采用了平行式設(shè)計(jì)。經(jīng)論證后，業(yè)主專家顧問團(tuán)對(duì)于上述兩種型式均表示認(rèn)可。 4 避險(xiǎn)車道的設(shè)計(jì)方法 41  避險(xiǎn)車道構(gòu)成    避險(xiǎn)車道一般由引道、制動(dòng)坡道、強(qiáng)制減弱裝置、服務(wù)道路等組成，見圖1。圖1  避險(xiǎn)車道設(shè)置示意圖    在東西高速公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)和中

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

15、; 引道起著連接主線與避險(xiǎn)車道的作用，可以給失控車輛駕駛員提供充分的反應(yīng)時(shí)間和足夠的空間沿引道車輛可安全地駛?cè)氡茈U(xiǎn)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(dāng)位置設(shè)置避險(xiǎn)車道在山區(qū)往往非常困難。無法保證避險(xiǎn)車道設(shè)置在路線平面曲線切線方向時(shí)，引道設(shè)計(jì)應(yīng)避免流出角過大，同時(shí)引道上應(yīng)設(shè)置較大的曲線半徑予以過渡。    車輛進(jìn)入避險(xiǎn)車道之前，應(yīng)保證準(zhǔn)備使用避險(xiǎn)車道的駕駛員，在引道的起點(diǎn)清晰地看到避險(xiǎn)車道的全部線形，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的避險(xiǎn)車道會(huì)給駕駛員不安全的感覺，往往會(huì)使駕駛員避開避險(xiǎn)車道，而遺憾地錯(cuò)過一次救生的機(jī)會(huì)。因此，在避險(xiǎn)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(shè)置必要的標(biāo)志、標(biāo)線外，至引道起點(diǎn)的行車視距至少應(yīng)滿足停車視距要求。圖五  平行式緊急避險(xiǎn)車道平面示意圖43  避險(xiǎn)車道縱坡及長(zhǎng)度設(shè)計(jì)    設(shè)置避險(xiǎn)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?yàn)檐囁龠^快，有的剎車嚴(yán)重失靈，在國(guó)內(nèi)更多的是嚴(yán)重超載導(dǎo)致失控。因此，經(jīng)驗(yàn)、公式都無法準(zhǔn)確確定避險(xiǎn)車道的長(zhǎng)度。為保證避而不險(xiǎn)，將避險(xiǎn)車道做長(zhǎng)、做大又會(huì)受地形、工程規(guī)模等諸多條件的限制。431  國(guó)內(nèi)研究成果    避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度和失控車輛車速、縱

17、坡、路床材料性質(zhì)密切相關(guān)。新理念公路設(shè)計(jì)指南對(duì)避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度計(jì)算，提出以下計(jì)算公式：L=     式中：V1為車輛駛出速度，貨車按l00kmh、110kmh計(jì)；V2為通過坡道減速后由強(qiáng)制裝置消止的速度，kmh；R為滾動(dòng)阻力，以當(dāng)量坡度百分?jǐn)?shù)表示；G為坡道縱坡，以代數(shù)值表示。    避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度與失控車輛的駛出速度、避險(xiǎn)車道縱坡、坡道材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表5所列。表五  避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度表（單位：m）由主線駛出車速(km/h)避險(xiǎn)車道縱坡(%)坡道材料長(zhǎng)度L強(qiáng)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(guó)研究成果    根據(jù)有關(guān)研究成果，提出以下方法計(jì)算失控車輛在制動(dòng)坡道中行駛的最大長(zhǎng)度(XMAX，m)Xmax=  其中：V0=車輛進(jìn)入速度，ms。    對(duì)于整體式避險(xiǎn)車道，采用36t半牽引負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，得出重量對(duì)行車距離的影響，將規(guī)定值作為引起最大長(zhǎng)度的最小減速

19、度值，并依此確定避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度。為避險(xiǎn)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(yàn)表明它是隨失控車輛駛?cè)氲乃俣燃巴＼嚨啦牧献兓?，取值見圖6( 、V、坡道材料關(guān)系圖)。圖6  、V、坡道材料關(guān)系圖    經(jīng)計(jì)算，對(duì)于整體式避險(xiǎn)車道，制動(dòng)坡道的最大長(zhǎng)度見表6表6  緊急避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度表（單位：m）進(jìn)口速度60km/h80km/h100km/h縱坡（0%）4065

20、90縱坡（-6%）5075100120433  設(shè)計(jì)采用情況    經(jīng)對(duì)上述兩個(gè)研究成果分析后，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果差異相當(dāng)大。指南的計(jì)算方法中，對(duì)于失控車輛的滾動(dòng)阻力作為定值考慮和實(shí)際情況差異較大。當(dāng)失控車輛陷入制動(dòng)坡道深度變化時(shí)，阻力也應(yīng)發(fā)生變化。但考慮到國(guó)內(nèi)車輛超載嚴(yán)重、駕駛?cè)藛T素質(zhì)等綜合情況，對(duì)于避險(xiǎn)車道長(zhǎng)度按保守計(jì)算也是非常必要的。同時(shí)，由于地形的原因，避險(xiǎn)車道往往不能達(dá)到要求的長(zhǎng)度。為此可以在端部設(shè)置減振設(shè)施，如將集料堆在避險(xiǎn)車道的端部或設(shè)置防撞砂桶等。    在東西高速公路避險(xiǎn)車道縱面設(shè)計(jì)中，綜合考慮了安全和工程規(guī)模。&

21、#160;   中標(biāo)段設(shè)計(jì)中，引道采用和主線相同的縱坡，制動(dòng)坡道采用平坡，長(zhǎng)度采用120m。同時(shí)考慮一定安全性，在制動(dòng)坡道盡頭均設(shè)置了1m高的集料堆和15m的高土堆。    西標(biāo)段設(shè)計(jì)中，引道和制動(dòng)坡道均采用和主線相同的縱坡，制動(dòng)坡道長(zhǎng)度采用140m，在制動(dòng)坡道盡頭設(shè)置了1m高的集料堆。    制動(dòng)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(xiǎn)車道末端鋪筑厚度漸變至0.7m.。圖7  避險(xiǎn)車道縱向剖面圖44  避險(xiǎn)車道斷面設(shè)計(jì)    避險(xiǎn)車道寬

22、度考慮足以容納一輛以上失控車輛，制動(dòng)車道按照5m寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)。車道外側(cè)設(shè)置LBA混凝土護(hù)欄。在東西高速中段設(shè)計(jì)中，考慮護(hù)欄可能會(huì)對(duì)失控車輛造成損害，沿避險(xiǎn)車道外側(cè)設(shè)置了15m高土堆進(jìn)行補(bǔ)充防護(hù)。    歐洲標(biāo)準(zhǔn)下的公路設(shè)計(jì)，對(duì)于環(huán)保非常的重視。為使避險(xiǎn)車道在建成以后正常運(yùn)轉(zhuǎn)，采用的工程措施要保證排水暢通，預(yù)防填料的污染和堵塞。在避險(xiǎn)車道周圍及底部設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，對(duì)制動(dòng)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(jìn)行處理。圖8  分離式避險(xiǎn)車道起點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖圖9  分離式避險(xiǎn)車道端部標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖45  避險(xiǎn)車道附屬設(shè)計(jì)&#