山区公路长大下坡路段避险车道设置的分析与评价研究

■赖世桂

(福建省龙岩市公路局，龙岩 364000)

山区公路交通事故主要集中在长大下坡路段，且事故后果严重，其安全问题引起了各方面的高度重视。为预防和减少长下坡路段交通事故，我国近年来借鉴国外经验和实践，在山区公路长下坡事故多发地点设置避险车道等工程措施来改善交通安全，取得了良好效果。然而，我国避险车道设置和设计还缺乏深入的理论和实践研究，设置原则模糊随意性大，一方面由于有的建成的避险车道利用率比较低，造成资金和土地资源的巨大浪费，另一方面由于该设的地方未设，交通安全隐患依然存在。

因此，本文针对龙岩山区的地形特点，以G319 线吊钟岩-中心坑长下坡路段避险车道工程为例，通过深入的理论和实践，展开了对山区公路避险车道和设计方法的研究，以期更好地指导山区避险车道的设置和设计，提高山区公路的安全服务水平。

1 山区公路安全分析

1.1 山区公路交通事故特征

山区公路往往弯多坡陡，由于地形限制和资金困难，一些路段采用了规范的极限值，技术标准较差，成了道路安全的“黑点路段”，加之未按规定让行、超速行驶、酒后驾驶、违法会车、违法超车等交通违法行为，容易酿成交通事故，如G319 线吊钟岩-中心坑路段，由于资金不足等原因，全路段坡长坡陡弯多弯急，局部路段达不到原设计的二级公路标准。该路段自建成通车以后就事故不断，其中7km 多的长下坡集中了事故的大部分，且多为重大或特大事故。据统计，龙岩山区公路长大下坡路段的事故具有如下特征：

(1)事故路段分布以长下坡和急弯陡坡路段为主，且集中在长下坡的后半段的弯道附近；

(2)有53%的事故与重型车有关，事故原因60%以上是刹车失灵，相当部分车辆存在超载现象，在发生的重大和特大事故中有71%为外地车辆，这与驾驶员对地形路况不熟有直接的关系；

(3)事故形态以自翻、追尾和冲出路外为主，事故车辆绝大多数表现为刹车失灵;

(4)白天和晚上事故频率基本上相同。

从国内其他山区公路如国道312 线咸水一级公路、云南玉元(玉溪至元江)高速公路长大下坡路段的事故特征看，也具有相似性[1][5][8]。

1.2 长下坡路段事故成因分析

山区公路交通事故多发是人、车、路和环境综合作用的结果。车辆在连续长大下坡路段上行驶中行车制动器连续作强制动，使得制动器温度急速提升，由美国联邦公路局开发的坡度严重度分级系统[2](Grade Severity Rating System—GSRS)显示，当刹车毂温度达到极限温度500F(260℃)以上时，制动器制动效能“热衰退”现象急剧增加[7]，最终酿成事故。具体来说，长下坡路段事故原因主要如下：

(1)人的因素

违章驾驶是道路交通事故的主要原因，其次是操作不当，如空档下坡、避让不当等。大型车辆在长下坡段应使用低挡位，采用发动机辅助制动来平衡于车辆自重带来的下坡力，以减轻其行车制动器的负荷强度，但驾驶员往往出于经济利益考虑，抱着侥幸心理，忽视了行车安全。

(2)车的因素

主要是指车况，特别是车辆的制动性能，其次是超载。公路最大纵坡和坡长限制以及在长距离下坡路段的平均纵坡限制，都是依据典型车辆运载标准重量货物的情况下得出的，但实际公路货运中，车辆货运超载的现象屡见不鲜，屡禁不止。

(3)路的因素

主要是指道路的服务性能的好坏。由于工程造价和客观因素的影响，一些山岭区公路采用了规范的极限值，造成一些先天不足的事故黑点路段。调查发现，即使道路的平均纵坡仅4%，但坡长6km，连续下坡事故也时有发生。因此深究规范中坡度、坡长规定指标的合理性是有必要的。

(4)环境因素

主要是路侧违章建筑或未及时修剪的植物、非路标志等遮挡视线造成视距不良，其次是洒漏污染影响了路面的正常使用。

2 G319 线上杭中心坑避险车道设置实例

2.1 工程概况

国道319 线吊钟岩-中心坑路段按二级公路标准设计，设计行车速度40km/h，路线全长25.79 km，其中下坡总长7317m，路段相对高差达340.05m，平均纵坡为4.33%，共有77 个平曲线，由于受山区地形条件的限制，路段平曲线多处采用了“S”型曲线，其它线形包括“C”型和卵型，路线呈折线形由龙岩往长汀方向逐渐降低，平面线形相对较差。路段的纵断面示意图见图1，长下坡路段坡长和平均坡度见表1。

图1 G319 线上杭中心坑段纵断面示意图

表1 连续长下坡路段平均纵坡和坡长

2.2 评价与设置分析方法

根据交通运输部《公路安全保障工程实施技术指南》[3]和《公路项目安全性评价指南》[4]提出的评价方法评价路段的线形设计、运行速度协调性，根据可能速度的计算及评价指标评价可能速度的协调性，并以现场实车试验得到的典型货车在该下坡路段行驶时，其主制动器的温度变化曲线提出制动器温升评价等多种评价方法进行分析，为避险车道的选址设置提供依据。

2.3 设计符合性评价

根据《公路项目安全性评价指南》[4]提出的评价方法对路段的设计符合性进行计算分析，见表2。

表2 中心坑路段的坡度超限表

从表2 和表3 可知，线形设计较差的路段主要为K250+006 ～K250+990、K247+393 ～K247+730、K248+042～K248+545，这些路段设计标准均超过了规范的相应要求，特别是K250+006～K250+990 作为长下坡段的一部分，路段安全性明显比其他路段低，需要进行完善交通安全保障工程。

2.4 基于运行速度的协调性评价

根据《公路项目安全性评价指南》[4]提供运行速度预测模型，计算各分析单元的运行速度值，并以此为纵坐标，路线里程桩号为横坐标，绘制出沿线运行速度变化断面图(仅仅示出K247～K252 段)，如图2 所示：

根据《公路项目安全性评价指南》[4]提供的评价标准，结合实测的运行速度，如计算结果相临路段的运行速度差△V85基本上均小于10km/h，说明这些路段的运行协调性是良好的；如相临路段的运行速度差△V85基本上大于10km/h，说明这些路段的运行协调性较差,条件允许的话可对这些路段的平纵断面作适当调整。

图2 中心坑路段运行速度断面图

2.5 行车视距检验

基于前节计算得到的路段运行速度值，根据《公路项目安全性评价指南》[4]中提供的货车停车视距要求计算公式，计算得该路线有四处视距检验不足，如图3。

图3 中心坑路段视距检验位置图

由图3 可见现有避险车道设置在K250+950 之前的K250+350 附近行车时就已经发生停车视距不足的现象，避险车道的设置也应予以考虑。

2.6 基于可能速度的危险位置评价

根据所给定的设计条件计算得到的可能速度如图4。根据可能速度的定义——在良好的气候条件和交通条件下，技术熟练的驾驶员驾驶汽车沿某条公路行驶时可能达到的最高速度。超出该速度，意味着车辆可能失事。由图可知，该路段有两处危险地段，第一个地段在桩号为K248+042 的平曲线附近(该平曲线半径R＝90m，允许速度为68.41km/h)；第二个危险地段在桩号为K250+911 的平曲线附近(位于原设计避险车道附近)，该平曲线半径R＝90m，允许速度为68.41km/h。而两个危险位置相比较，K250+911 的平曲线附近危险位置显得不利许多，是事故的黑点地段。

图4 中心坑路段可能速度图

2.7 可能速度、实际营运速度和预测营运速度的对比分析

根据调查得到中心坑路段大货车车速分布，如图5和表3。

图5 中心坑避险车道路段大型货车累积车速频率分布图

表3 中心坑避险车道路段车辆车速汇总表(K251)

由表3 可知，V85位的实际运行速度值为48 km/h。

另外，将计算所得的运行速度和可能速度绘于同一图中如图6。

图6 中心坑路段计算营运速度与计算可能速度对比图

由图6 可知，在全路段范围内，计算行车速度曲线均小于所计算的可能速度值(除K251+000 附近)，后者是前者的上限值，这也说明了可能速度计算方面具有相当的准确性。从实际观测到的运行速度看，其V85等于48km/h，与该处的营运速度计算值71.65km/h 相差23.65 km/h，差值较大，可见《指南》所采用的计算公式在局部路段有较大的误差。从实测到该路段的最大营运速度看其最大值为60km/h，与该处的最大可能速度计算值68.41km/h(相差6.41km/h)较为接近，考虑到所观测路段内交通流的车速与最大车速峰值的误差后，该数值是较合理的。另外，图中运行速度曲线在K251+000 附近接近甚至高于可能速度曲线。因此从图中就可准确得出在路线的K251+000 附近是该路段的黑点。

以上这些分析可见，可能速度计算理论结果具有一定的准确性，可作为道路路线设计评价的有力工具之一。

2.8 制动器温升评价

首先确定设计条件，根据对中心坑路段重型车辆的调查，确定本段路失控车辆的代表车型为东风载重货车EQ1420W，装备质量12005kg，载荷质量29800kg，满载总质量41805kg，该车总高2.97m，总宽2.47m。

在已经确定设计车辆等条件下，假定车辆有基本制动装置和辅助制动装置，坡顶未设置制动检查站，假定驾驶员采用了合适的档位，通过实车试验检测制动器的温度，并参照美国联邦公路局开发的坡度严重度分级系统[2]，以刹车毂温度达到极限温度500F(260℃)作为检验制动器制动效能“热衰退”的依据。据此计算典型货车在该下坡路段行驶时，其主制动器的温度变化曲线(考虑工程实际各路段坡度的严重程度这里只计算到K251+500 处)，如图7。

图7 中心坑路段典型货车制动器温升计算曲线图

从温度上升曲线图可知，车辆下坡后刹车片温度持续升高，在桩号K250+584 位置制动器温度开始超过260℃。由于本文是假定车辆匀速下坡并持续制动，造成其主制动器温升曲线缺少波动。考虑实际车辆的制动方式后，其计算曲线应在现有曲线附近上下波动前进。从曲线中线形看斜率较大，说明货车在制动后的温升速度较快，这是由于该路段纵坡较大 (平均纵坡5.5%)，造成制动的温升较快。在桩号K250+584 位置制动器温度超过260℃(刹车片热衰退的经验性的临界值)，并在该位置之后，由于坡度继续延伸4 公里多，刹车的温度继续升高，大大超出临界值直至坡底K255+000 附近。

2.9 避险车道设置必要性和位置的确定

综合以上，进行中心坑路段避险车道设置必要性及选址分析：

(1)从计算运行速度图及可能速度断面图的速度差值可判知协调性和连续性，协调性和连续性差的路段可能存在安全隐患；

(2)从运行速度断面图可判知行车平顺性，行车平顺性较差的路段可能存在安全隐患；

(3)从刹车片温度的上升曲线图看，在桩号K250+584 位置制动器温度即已开始超过260℃；再根据可能速度分析及事故历史调查记录，得出K250+500 是该路段的事故黑点，多起事故在该处因为车辆制动器过热引发制动失灵而失事。

基于以上可以得知该路段设置避险车道的必要性，并得到该路段需要设置避险车道的可能位置，然后进行优先权分析，本路段中桩号(K250+950)附近优先权等级最高，因此为设置避险车道的最佳位置，桩号K250+600 附近车辆刹车温度已超出临界衰退温度值，其行车视距又不足且又位于事故黑点附近，因此可作为该路段避险车道设置位置选择的次佳方案。

2.10 实践应用

根据本文提出的避险车道的设置研究理论，G319线吊钟岩-中心坑长下坡路段实施了避险车道依托工程。经过跟踪观察与分析，结果表明，与实施前相比，该路段交通事故发生率和伤亡程度大幅减少，如实施后第一年中交通事故减少150 余起，直接经济损失减少782.3 万元，经济、社会效益显著。

3 结论

综合以上研究和实践，可以得到如下结论：

(1)运用制动器温升评价方法，既能分析该路段设置避险车道的必要性，还能得到该路段需要设置避险车道的位置，是避险车道设置选址中较可靠的方法。综合考虑多种路况因素进行避险车道设置必要性分析判断的避险车道设置选址系统化方法，可以快速地确定各个路段设置避险车道的必要性，确定各个危险位置设置避险车道优先顺序。

(2)在工程设计阶段，若同一路段相邻的曲线半径较小，运行速度协调性较差，应适当调整其平纵断面。可参照南非的《道路几何设计手册》的部分规定，如果下坡坡度(%)的平方乘以距坡顶的距离(km)超过60，且平均纵坡度超过4%的路段，应考虑设置避险车道。

(3)为保障山区长下坡公路公路交通安全，在工程实践中应综合采取交通工程措施、管理措施和工程措施，如通过标志、标线等主动引导设施和护栏等被动安全设施的交通工程措施，在坡顶强制车辆停车检查和冷却制动器，在下坡段设置停车休息区或在连续长大下坡路段禁止货车通行等管理措施以及避险车道 (Truck Escape Ramps 简称TER)等工程措施。

[1]施青团.云南山区长下坡道路安全评价和工程措施研究[D].昆明理工大学，2005.

[2]Block.H，Theoretical studies of temperature rise at surfaces of actual contact under oilness lubricating conditions.Proceedings of General Discussion of Lubrication and Lubricants，The Institute of Mechanical Engineers 1937，2:225-235.

[3]交通部公路安全保障工程技术组.15114.1034.公路安全保障工程实施技术指南.北京：人民交通出版社.2006.

[4]中华人民共和国交通部.TJG/T B05-2004，中华人民共和国推荐性行业标准——公路项目安全性评价指南.北京：人民交通出版社.2004-11-01.

[5]刘小明.八达岭高速公路事故多发路段的成因分析与对策研究[D].北京工业大学.2004.

[6]孙智勇，刘会学，杨峰.高速公路避险车道的安全性评价[C].交通物流：第六届(2006)交通运输领域国际学术会议论文集.大连，大连理工大学出版社，2006:658-661.

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