新疆风雪地区交通标志适用性研究

蔡 强 刘小勇 刘 健

（1.新疆农业大学机械交通学院，新疆 乌鲁木齐830000；2.新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐831401；3.新疆交通科学研究院，新疆 乌鲁木齐830000）

1 研究的目的及意义

新疆维吾尔自治区位于中纬度欧亚大陆腹地，属于我国综合自然区划中的温带暖温带荒漠区。冬季寒冷漫长，约150天，年最低气温-51.5℃，受大西洋西风暖湿气流以及北冰洋冷湿气流影响，新疆降雪面积占全区面积80%以上，约有45%的区域形成冰雪灾害。北疆和高山区一般有5至7个月的降雪期，南疆至少有3至4个月，最大积雪厚度深度达162厘米。最大积雪带分布与天山降水分布特征一致，具有由西向东，由北向南逐渐减少的规律，并随海拔高度增加而增加的趋势。

由于冬季寒冷和降雪作用，公路冰雪灾害现象发生频率较高。每年冬季，都有强大的冰雪灾害出现，致使公路严重积雪、结冰、能见度降低，交通安全标志难以辨识，同时给公路交通运输安全带来较大的影响。因此，在满足国家现行规范的前提下，有必要重新研究冰雪地区交通安全标志的版面设计、位置和角度的设置、结构型式设计等内容，更好的引导车辆通行。

为了能对今后风吹雪地区公路安全设施设计、防护有所借鉴，通过调查研究新疆风雪地区的风雪雪害导致的交通标志被覆盖的情况，对现有交通标志的材质、版面设计、结构安装形式等内容进行改进、完善，研究开发适用于风雪灾害地区的交通标志，为安全通行提供保障。

本课题研究以塔城老风口-玛依塔斯风区区域为例。

2 新疆风雪区域风吹雪害分析

2.1 区域概况介绍

塔城老风口-玛依塔斯风区项目区域位于齐吾尔喀叶尔山和加依尔山之间一条东西长100km、南北宽不足20km、东高西低的狭长谷地，由于受地形的影响，整个谷地是大风带，常年盛行偏东、偏西风。玛依塔斯风区东面连通准噶尔盆地，西接塔城盆地，当蒙古高气压与准噶尔盆地冷空气气压堆积时，就会构成东高西低的气压场，气压梯度与狭管状地形方向一致，回流倒灌的冷空气沿谷地向西运行，在狭管效应和滑坡效应的双重作用下，气流得到加速，从而形成偏东大风。

2.2 风雪害调查与分析

持续风吹雪的形成必须具备三个条件：丰富的雪源且雪的上伏面结晶较低；一定的风速；适宜的沉积区。项目区域受西伯利亚寒流和蒙古高压的影响，该区域冬季盛行西北风和偏东风，降雪时往往是风雪交加，雪粒随风漂流，形成强烈的风雪流，能见度变差，视距变短，通行条件恶劣。当风雪流到达公路之前一定范围时，受地势、植被等因素影响，使风速降低到小于雪粒的起动风速时，雪粒就在公路一定范围内沉积，并且越积越厚，逐渐埋没公路，最终形成严重的雪阻，致使交通中断。

2.2.1 区域气温分析

项目区域内自1986年-2012年之间，从铁厂沟、额敏、玛依塔斯几测站所测大风期间出现的绝对最低气温为-35.9°，老风口风区三站点历年最低气温见图。极端最低气温-42.6℃，年平均气温5.5℃。雪粒不易结晶，雪密度约为0.15g/cm2，呈“干粉”状，极易随风运动。

2.2.2 自然降雪厚度分析

根据额敏、塔城、托里3个气象站近50年相关指标指数统计，克塔高速公路沿线最大积雪空间分布特征为：最大积雪厚度的高值区出现在额敏路段（为62cm），铁厂沟路段为40cm，玛依塔斯风区路段只有30cm左右。丰富的降雪为风吹雪灾害的发生提供了充足的物质条件。

2.2.3 风速风向分析

老风口－玛依塔斯风区位于齐吾尔喀叶尔山和加依尔山之间一条东西长百公里、南北宽不足20km、东高西低的狭长谷地。

受西伯利亚寒流影响，西方入侵冷空气时风区内刮西风；当蒙古高压建立后，准噶尔盆地为冷空气堆积时，利于东高西低气压场的建立，冷空气回流，自风区东部入口入侵时刮偏东风。

根据风电勘察部门在区域内布置的测风塔获悉全年平均风速6-8 m/s，最大风速41.0 m/s，主力风向为东北偏东风，频率为30.4%。

由于东、西双向风，导致区域内风吹雪呈级数增长，其发生频率、强度、持续时间为世界之最。

3 风雪灾害地区交通标志研究

3.1 风雪地区交通标志

天气对交通运输的影响国内外专家已经研究了很长时间，也提出过多种解决方案，路侧交通标志方案便是其中一种。

研究区域由于冬季低温结冰和降雪积雪作用，公路冰雪灾害现象发生频率较高。每年冬季，都有强大的冰雪灾害出现，致使公路严重积雪、结冰、能见度极低，交通安全标志难以辨识，给交通运输造成很大困难，同时给公路交通安全带来较大的影响。

为了能对今后新疆风吹雪地区公路交通安全标志设计有所借鉴，我们结合国内外经验和我所多年来的试验研究成果及经验总结，探讨研究开发适用于新疆冰雪灾害地区的交通安全标志。

3.2 项目研究对比试验设计

为了保证标志设置上符合相关规定要求，本项目设计了以下对比试验，具体试验方案如下：

3.2.1 用已知的材料和新型交通材料进行对比试验观察，观测新型交通材料在风雪地区的测试结果与传统材料的比对，选取合适的新型材料

交通标志是非常重要的交通安全设施，一般由标志底板、立柱、连接件等部件组成。材料选用铁素体不锈钢，和传统铝合金材料进行比对试验。铁素体不锈钢是指铬含量在11%-30%，具有体心立方晶体结构，在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。这类材料是否适用于交通标志，需从材料的理化性能指标、经济性、加工成型方式等因素加以考虑。

另外，考虑到镍资源紧缺与镍价格上涨等因素，如何少用镍甚至不用镍，是国内工业发展中亟待解决的问题。生产铁素体不锈钢不需要使用镍或少用镍，这样具有明显的经济效益与社会效益。传统的铁素体不锈钢由于韧性有限，脆性转变温度较高及加工性能不足等因素，严重影响了其在工业上的应用。

在强风下考虑标志板的刚度和连接强度，用铁素体不锈钢制作标志板时，其厚度分别为1.2mm或0.8mm，以替代3.0mm或2.0mm的铝合金板。若铁素体不锈钢板材刚度不够，会导致标志板在使用过程中产生晃动，影响实际使用效果。另外，传统的铝合金标志板其板面拼接方式多采用铆钉连接形式，而铁素体不锈钢标志板的板面只需采用焊接方式进行拼接。

标志标牌材料还有考虑防腐蚀特性。目前交通标志板铁构件的耐腐蚀评价主要通过盐雾试验来考察。盐雾腐蚀是一种常见和最具破坏性的大气腐蚀。这里所述的盐雾是指氯化物的大气，它的主要腐蚀成份是海洋中的氯化物盐，即氯化钠，它主要来源于海洋和内地盐碱地区。交通标志板的盐雾试验采用的是中性盐雾试验。

3.2.2 用新型结构设计的交通标志和现在存在的交通标志进行对比试验，找出恰当结构的交通标志结构道路交通标志是由标志底板、支柱、基础紧固件和标志面组成。由于道路交通标志设置于道路上暴露在自然环境中,其材料、结构均需应对自然环境的侵蚀。

标志底板在同一块标志板上,标志底板和标志面所采用的各种材料应具有相容性,防止因电化作用、不同的热膨胀系数或其他化学反应等造成标志板的锈蚀或损坏。标志底板可用铝合金板薄钢板、合成树脂类板材(如塑料、硬质聚氯乙烯板材或玻璃钢等)材料制作。标志底板的各钟材料应符合相应的规定。

3.2.3 用新型交通反光膜和目前的交通反光膜进行试验对比找出最佳的交通反光膜

根据《交通标志汉字识认性的研究》的结论，我国高速公路交通标志的汉字高度为60cm，如果驾驶员的视力为1.5，那么他可以看见201.3m处的物体，在这段距离内，驾驶员的观察角变化范围为0.37°-1.55°。在现有的标准里，只有一级和二级反光膜可以应用在高等级公路上，但是，一级膜对逆反射性能的标定在0.2°观察角和0.33°观察角下，而二级反光膜下虽然有规定了0.2°、0.33°和1°，但对于1°观察角下的逆反射性能要求太低。显然，这样的要求是无法满足高速公路上车辆对标志牌的视认要求的。因此，在进行标志牌设计时，反光材料的选择要适度提高二级反光膜在大观察角度下的逆反射性能要求，同时也要增加一级反光膜在大观察角度下的逆反射性能要求。

统计表明，使用反光膜的交通标志牌能有效的降低交通事故率。所以，交通标志的设计对反光材料的选择有特殊的要求。

第一，要求质量达标，必须符合交通标志反光产品的标准要求。第二，综合考虑预算的情况下，可以考虑技术先进、性能更好的全棱镜结构的反光材料。第三，除了反光膜本身外，标志牌的版面质量也是影响反光牌反光度的重要因素之一。第四，在制作过程中，控制好板面粘贴质量。

3.2.4 在雪害地段分段，进入雪害区域一段开头采用彩色沥青混凝土路面，另一段采取传统方法不做任何标记看效果

彩色沥青路面用于雪害地区主要起到交通诱导和警示安全功能。不同颜色的沥青路面,能起到比交通标志更佳的警示效果，可以有效提高驾驶员的识别效果，有效吸引驾驶员注意力，使其保持头脑清醒，缓解驾驶疲劳，起到积极的诱导车流、安全行车、减少交通事故的作用。彩色沥青混凝土铺筑的大孔隙低噪音透水性路面(彩色OGFC路面)，摩擦系数显著提高，行车安全性能大为提高。

通过上述试验方案有效制定出符合新疆地区的雪害地区交通标志标牌设计方案，早日投入生产，确保交通安全和畅通，同时在信息反馈上也按实际情况提出限速要求。