山区公路避险车道设计

田兆丰，刘英克

(山西省交通规划勘察设计院)

1 避险车道的定义和类型

避险车道最早起源于20世纪50年代的美国，为了使主线车流中失去控制的车辆能够减慢行驶速度并且停止下来，在主线道路旁设置的一种辅助车道形式。避险车道一般设置在公路长大下坡路段，设置避险车道的原理是把失控车辆的动能转化为重力势能和抵抗路面摩擦的能量，从而使车辆停下来，保障行车安全和驾驶员生命财产不受损害。

根据实际情况采用不同的纵断面线形，避险车道分为以下4种类型。

(1)沙堆型避险车道:其路床是由松散的干沙子组成，沙堆的坡度是靠沙子的重力自然形成，由于沙堆可以使车辆的行驶阻力大大增加，所以路床的长度可以相对减短，其长度一般不超过130m。但沙子的特性受天气的影响较大，所以该种紧急避险车道多用于地形受严格限制的地方。

(2)坡度降低型避险车道:通常情况是与主线平行而且非常接近主线，主要是利用车辆的行驶阻力使车辆速度降低，但由于其坡度是降低的，在减速过程中还会使车辆的一部分重力势能转化为动能，所以该种形式的避险车道不能较有效的降低车辆的速度。

(3)坡度增加型避险车道:可以利用车辆的行驶阻力和坡度阻力的共同作用来使车辆的速度降低，所以路床的长度可以相对的减小，但是该种车道的工程造价较高。

(4)水平型避险车道:其优缺点介于坡度降低型避险车道和坡度增加型避险车道之间。

4种形式的避险车道各有优缺点，形式的选择主要受地形、环境、气候、造价、养护维修等因素的影响，目前国内应用最多、最经济合理和有效的形式是坡度增加型避险车道。

2 避险车道设计

2.1 避险车道位置的选择

目前我国避险车道位置的确定依靠工程经验、事故频率两种方法。工程经验法一般用于规划或设计中道路避险车道位置的确定，事故频率法用于运营道路避险车道位置的确定。

采用工程经验法时避险车道一般设置在以下位置。

(1)连续下坡或陡坡路段小半径曲线前方:连续下坡路段或陡坡路段与小半径曲线相接处是事故多发点，在车辆驶入小半径曲线前，宜沿曲线切线设置避险车道。

(2)连续长下坡的下半部:从驾驶员行车心理角度，驾驶员更易接受长坡路段下半段使用避险车道。

运营道路避险车道的位置确定是以事故统计数据为依据，再结合地形地势条件确定。经实践证明，无论是工程经验法还是事故频率法都存在弊端。工程经验法只能通过感性认识指出某一路段为危险路段，是一种主观性较强的方法，缺少科学性。而事故频率法是在多起事故发生后，根据事故多发点来确定避险车道的位置，其位置的确定是以生命和财产为代价，是一种事后补救方法，该法不易推荐。

2.2 避险车道的线形

(1)根据避险车道的平面线形应是直线或大半径曲线的理论，避险车道从主线分离时平面线形设计有如下原则。

①从主线分离时的驶出角应尽可能小，使失控车辆更容易驶入避险车道。根据相关资料，驶出角应小于10°，一般以5°以下为宜;如果用地受限制，可以做成与主线平行，但在主线与避险车道间应设置防护设施，避免对主线车辆造成干扰。

②避险车道平面设计线为制动坡床的中线，从主线外侧行车道流出。

③当主线为直线或不设超高大半径曲线时，避险车道以5°左右驶出角从主线分离;当主线为左转曲线时，避险车道一般沿着主线曲线切线方向从主线分离;当主线为右转曲线时，避险车道应以小于10°的驶出角从主线分离。

④避险车道不宜设在大型构造物附近，如桥梁、隧道、分离式立交桥、服务区等。

(2)避险车道的纵面线形也应是直线，避险车道与主线变坡处用竖曲线连接。避险车道的纵面线形设计原则如下:

①驶出点一般设在连续下坡的缓坡段(小于3%)，不应设在连续下坡的陡坡段;

②避险车道不宜设在坡底，一般设在坡长的2/3～3/4处，但在长下坡路段，在下坡3km附近开始设置避险车道，并可利用地形设置多处避险车道;

③避险车道的纵坡应与制动坡床相同，一般为10%～20%，竖曲线半径不受控制。

2.3 避险车道的长度

(1)驶入避险车道的速度。

驶入避险车道的车速是避险车道长度的主要影响因素。AASHTO的“绿皮书”指出:避险车道的设计车速最小值为128.7km/h或144.8km/h为宜。美国爱达荷州运输部根据结合能量积累的过程进行迭代计算，从而得到避险车道上任一点处车速。在进行避险车道设置地点选择时，可以用于驶入避险车道的车辆驶入车速。

式中:V为在距离为L处的速度，mile/h;V0为在起点处的速度，mile/h;H为相应于距离为L处的竖向距离，ft;L为依据里程桩计算的坡度长度，ft;K为路面磨擦系数;Vm为速度V和V0的平均值;F为车辆前身的面积，ft2;V2n为V2和V20的平均值;W为车重，lb(1mile=1.609344km，1ft=0.3048m，1lb=0.4536kg，下同)。

(2)避险车道的长度。

由于设置避险车道的原理是把失控车辆的动能转化为重力势能和抵抗路面摩擦的能量，所以根据能量守衡定律得:

由于I比较小，sinI=I，cosI=1，因此可将式简化为下式:

式中:L为避险车道的长度，m;v为进入避险车道时车辆的速度，km/h;R为滚动阻力系数，见表1;I为避险车道坡度值，%;g为重力加速度(9.8kg/s2);m为车辆的重量，kg。

当避险车道为非单一纵坡时，第一个坡度末端的车速vf即为下一坡度路段的初始速度，公式如下:

式中:L1为第一段下坡路段的长度，m;v为进入速度，km/h;

I1为第一段下坡路段的坡度，%。

2.4 避险车道的材料

避险车道坡度与材料的选用应满足减速率0.2～0.5g的要求，根据动力学理论，0.2≤R±I≤0.5。

式中:I为避险车道坡度，%;R为滚动阻力系数，见表1。

表1 不同材料的滚动阻力系数

目前避险车道大都采用滚动阻力系数较大的材料，优点是可有效地减小坡度、长度，节约造价。但缺点是会使失控车辆突然进入高阻力状态，过大的阻力导致车辆底盘迅速停止，车厢及内装货物在惯性的作用下前冲，对驾驶室挤压或剪切造成人员伤亡。因此，避险车道段落内材料的消能作用应从弱到强，使失控车辆对减速度有个适应的缓冲过程。

不同的消能材料如砾石和粗砂，宜进行筛分处理，粒径尽量等同，这样可使之长期处于松散状态，不致形成大小嵌锁，防止日久结成板块而起不到消能作用。根据美国资料研究，好的砂床材料应是圆形，在车轮的碾压下上下砂砾通过相互的滚动、置换，使车辆更容易陷入。最理想的砂砾粒径应在0.5 英寸(1.27cm)左右，最小在0.25 英寸(0.63cm)，最大在1.5英寸(3.81cm)。这样粒径的砂砾具有较高的滚动阻力系数。

制动砂床的深度是保证材料完全发挥其滚动阻力的必要条件。制动砂床的材料深度不应小于46cm，深度范围一般在46～76cm。为了使车辆更容易驶入，沿着避险车道入口至前方30m处，材料的深度应由浅至深过渡，由7cm过渡至正常深度(46～76cm)。

2.5 避险车道的宽度

避险车道的宽度应保证能使一辆以上的车辆进入。在短时间内有两辆或更多车进入避险车道的情况不常见，对于某些地区，避险车道的最小宽度应满足7.9m的要求。当然避险车道的宽度越宽越好，但在考虑安全要求的同时，应考虑其经济性及实用性。如果需要停放两辆或更多车辆时，避险车道的宽度为9.2～12.2m时可能会更好。但同时允许两辆或更多车辆在短时间内相继进入避险车道，如附属设施、引导设施设置不完备，而此时驶入车辆的司机往往又处于高度紧张慌乱之中，车辆在失控状态下极易造成二次事故。因此，建议只考虑按一辆货车驶入避险车道的情形来确定避险车道的宽度。假使存在需要停放两辆或更多车辆的情况，推荐在附近另设一处避险车道的方案。

2.6 避险车道的引道设计

引道是避险车道的重要组成部分，起着连接主线和避险车道的作用，可以使失控车辆驾驶员以充分的反应时间和空间沿引道安全地驶入避险车道，据美国的研究:避险车道引道的长度不应小于310m。引道的起点应处于良好的视觉通视区，保证驾驶员在起点处能清晰地看到避险车道的全部线形;引道的终点宜设置在避险车道入口的后面，使避险车道与主线分隔开并保持一定距离，保证失控车辆进入避险车道后不会有石子蹦到车道外部，特别是主线车道上，而干扰正常行驶的车辆。另外，引道的终点应设计成方形，见图2。其原因是保证失控车辆前轴两轮同时进入避险车道，保持同样的减速度，否则会造成车辆前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻，在避险车道入口即发生事故。

图1 避险车道平面

2.7 避险车道的服务车道和地锚

流动阻力的特性对于载重汽车来讲是安全的，但对于车辆驶离避险车道来说又成了障碍。因此，设计紧急避险车道时，要考虑到救援车辆拖车时的服务需求，需进行服务车道和地锚的设计。辅助车道是供救援车辆牵引货车时使用的，地锚是货车离开避险车道的辅助设施。美国“运输工程师协会”指出:如果在紧急避险车道设计辅助车道，设计者还需要其相应的交通组织设计，即通过相应的交通标识设计，确保使用紧急避险车道的驾驶员能够区分避险车道与服务车道，尤其要注意夜间使用紧急避险车道时的安全保障设计。

2.8 避险车道的末端设计

受地形影响避险车道达不到要求的长度时，可以在端部设置减振(防撞、消能)设施，如在避险车道的端部设置集料堆或防撞砂桶。需注意的是，防撞消能设施的设置存在着两方面的危险:首先是产生严重的水平减速度和突然的垂直加速度，容易造成驾驶员、车辆、财产受损;第二是车辆的前轴受力并不能将减速度等效的传递到车辆的后轴，容易引起车辆的受力不平衡，导致货物散落、后轮分离和挂车向前倾覆。因此，为了减少避险车道的长度以节省造价而在避险车道末端设置防撞消能设施的做法不宜提倡。

2.9 避险车道其他设施

(1)经调查，砂床集料被污染的主要原因是缺乏适当的排水系统，为了保证避险车道的耐久性，保证砂床的干燥，避免砂床集料被污染，需要设置完备的排水系统。如在避险车道两侧设置排水沟，在砂床底部设置横向排水管防止砂床集料积水，通过这些措施保证避险车道正常地发挥作用。

(2)为了使下坡车辆驾驶员能及时、清楚地看到避险车道的位置，应分别在坡顶、避险车道前方1000m、500m、100m处，设置醒目的交通标志，以使驾驶员能做出正确的判断。有条件的情况下可在避险车道末端装置高杆照明灯，在避险车道的两侧装置示宽灯，以使驾驶员在夜间也能准确的判断避险车道的位置和宽度。

3结语

目前，国内货运交通超速、超载严重，山区公路存在长、陡下坡路段等不利安全运营因素较多，由此引起的交通事故率居高不下，不论是在建公路还是已建运营公路，合理设置必要的避险车道，对减少载重汽车的失控事故率，减少人员伤亡和财产损失有着尤为重要的现实意义，更充分体现了公路建设中“以人为本”、“以车为本”和宽容性的设计理念。

［1］公路路线设计规范(JTGD20－2006)［S］.

［2］交通部公路司.公路设计指南(2005)版新理念［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］贺玉龙，孙小端.紧急避险车道在美国山区公路上的应用［J］.交通运输工程与信息学报，2005，(9).

［4］吴京梅.山区高速公路避险车道的设置［J］.中国公路，2006，(8).