山区公路避险车道的设计应用

王举

【摘要】山区公路由于受到地形复杂及地区经济条件的限制，某些连续长下坡路段是不可避免的，所以为了改善这种交通地形状况，提升公路行车质量及安全，应该为山区公路设计应用避险车道。本文深入分析了山区公路避险车道的位置及技术设置，并通过实车试验案例证明了它之于山区公路安全运营的有效性。

【关键词】避险车道；山区公路；连续长下坡；技术参数设置

一、避险车道的相关理论研究

（一）基本原理

避险车道（TruckEscapeRamp）是指为公路的连续长下坡路段路测设置交通主线的车辆分离设施，它基于滚动阻力或重力减速度的方法为车辆降低能量，可以达到控制在长下坡路段失控车辆的目的。这种辅助车道实际上是一种被动型道路安全设施，它的主要形式是上坡车道，而且车道表面铺有大量的软砂砾作为制动层。如图1.

（二）避险车道的分类

避险车道一方面能将在公路中失控的汽车分流以至于不干扰主线车辆，也能够避免驾驶人员的伤亡和车辆受损现象。而在对避险车道设计之前，也要根据公路地形、地区气候、环境与公路造价养护方面来综合考虑对它的类型选择。按照过往经验，避险车道大体可以分为四类，如图2.

上述四种公路避险车道最为常见，其中被应用最多且最经济合理的就是纵坡坡度增加的避险车道，它最适合于连续长下坡路段，安全性最高，造价也较为低廉。国内所采用较多的还有砂堆式避险车道，它对于某些地形受限制的特殊公路路段应用效果很好[1]。

二、避险车道的设置原则及设置位置

（一）设置原则分析

我国山区公路规范中就明确指出在一些连续长陡下坡路段中，为了最大限度降低车辆及第三方由于车辆失控而造成的损失，应该在这些路段的右侧适当位置设置视距较好且易于进入的避险车道，设置宽度不可小于4.5m。这一规定也是基于我国某些山岭地区公路的连续长下坡地形而言的。所以在山岭地区设置避险车道的基本原则就为：如果平均纵坡≥4%且纵坡连续长度≥3km，公路车道车辆组成大，中型重车占到50%以上且重车在缺乏辅助制动装置的情况下，就应该考虑在其路段的右侧山坡适当位置设置避险车道。

（二）设置位置分析

在设计避险车道时，设置位置的合理性事关重大，它决定了能否在正确位置、正确时刻为需要得到紧急控制的车辆提供避险机会。通常讲，避险车道的位置要根据公路段的实际地形、下坡坡道的长度以及道路的几何特性来确定，如果希望在长下坡路段设置避险通道，要尽量选择在下坡的坡中段或坡底段，并且位置要相靠于山体一侧。在材料选择方面，也要尽量减少对于土石方的使用，进而降低工程造价。就目前的工程技术与实践经验看，国内避险车道的位置设置主要会采用两种方法。1.工程法。工程法所提供的就是过往避险车道的施工经验，它建议避险车道应该设置在连续长下坡路段中陡坡路段小半径曲线的下坡道路坡底部分，因为这一位置是失控车辆事故的多发区域，所以在小半径曲线的切线位置设置避险车道，就能极大缓解失控车辆的危险性，为他们创造安全进入避险车道的机会。再者从驾驶员的驾驶心理角度出发，在连续长下坡路段的下半段位置设置避险车道也是合理的。2.坡度严重率的系统分级法。上世纪90年代初，美国联邦公路局就研究了一套关于山区公路坡路的行车研究标准，叫做“坡度严重率分级系统”。该系统可以对公路危险路段的具体位置进行定量分析，同时计算载重车辆所对应的最大安全行驶速度。它的主要操作方法就是要首先选定一段山区公路长下坡路段，根据该段公路的长下坡数据来计算车辆每行驶1km时的刹车片温度，根据这一数据，系统软件就可以推导出车辆刹车片温度的增值。利用此增值与汽车动力学原理就能反算出车辆在该长下坡路段的行驶速度。另一方面，汽车在制动时它的制动鼓温度能否达到使制动器效能失效的程度也是设置避险车道的重要考量因素。为此，本文利用到了我国合肥工业大学所研究建立的连续长下坡路段车辆制动温度预测模型：T=-383.756+158.757·ln（G）+74.698·ln（V）+82.266·ln（L）

由上式可得距离坡顶的距离影响因素为：

在公式中，T表示制动鼓的温度，G表示连续长下坡坡度的影响因素，V表示车辆下坡时速度的影响因素。不同于工程法以及其它一些对事故频率的分析方法，坡度严重率系统分级法可以较为科学的利用汽车的动力学原理并结合公路的实际几何线形定量来分析路段中危险性最为突出的位置，是一种具有深刻理论预测性的避险车道设置方法，所以目前在我国，这种方法也是最为常用的。而工程法则会被运用于对一些公路紧急避险车道位置的确定工作中[2]。

三、避险车道的设计研究

（一）引道的设计

如今，引道设计已经成为了避险车道设计的首要环节，一般要求它与公路行车道的连接距离要≥305m，而它的宽度应该在3.5～5.5m左右。在设计引道时，最首要考虑的就是它的引导长度，具体分为渐变段长度与引导度长度。1.渐变段长度。这里将渐变度的长度设置为L，避险车道从主车道分离而出的偏角则用渐变率来表示。因为汽车在制动失效后其速度会很快导致驾驶员无法操纵，所以为了让已失控汽车能顺利进入避险车道，就应该着重考虑对避险车道渐变率的设计。对于渐变率来说，应该考虑失控车辆的速度和行驶轨迹摆动变化，确保渐变率处于较小状态，而此时汽车从主线道、引道最后到避险车道过渡段长度也应该有所增加。

2.引导段长度。因为避险车道均为上坡设计，所以引道中的引导段应该设计为凹形竖曲线模式，而其长度也应该满足于凹形竖曲线的基本长度要求。再者，在设计引导段长度时也应该考虑所设置最小长度时可能受到的来自于失控车辆的冲击和行程时间，所以应该考虑如何缓和失控车辆的冲击力并控制车辆失控行程时间。2.1对失控车辆的冲击力缓和。当车辆失控并行驶在凹形竖曲线上时一定会产生向心力，这种向心力会在凹形竖曲线上形成增重趋势，当增重达到一定程度时，驾驶员就会无法承受。所以要根据驾驶员对于车辆失控后加速度及增重的极限反映来测算车辆的冲击力缓和对策。首先计算车辆的离心加速度为0.3g，公式为：

如此可以求得最小凹形竖曲线的长度应该为：

2.2行程时间的控制。首先不能让失控车辆在凹形竖曲线上的行程时间太短，因为这样会让驾驶员产生急速变破的错觉，从而加大事故的发生可能性。所以应该严格控制车辆失控时的行程时间，为其设置最小的引导竖曲线，如果取失控车辆最短行程时间为3s，就有：

所以根据以上计算出的两个凹形竖曲线的最小长度，就可以为避险车道的引道确定引导段的最终长度为：

因此避险车道的最小引道长度就应该为渐变段长度L和引导段长度L引导段之和。

（二）避险车道的线形设计

避险车道的线形设计主要分为两个方面，平面设计与纵面设计。1.平面设计。在我国，避险车道的一般平面夹角角度都会设置在3～5°的范围内，同时为了降低用地量，也将避险车道的线形设计的尽量与主线平行。如果公路较宽，也可以设置两排道或三排道，这对于一些由于汽车失控而难以把握时机进入避险车道的驾驶者更为有利，多车道的设计让他们有了更多的进入机会。另外，避险车道的宽度设计应该大于3辆车的宽度，这样能保证多辆车在进入避险车道时不会出现二次事故。2.纵面设计。纵面设计的基本原则是设置上坡，且坡度要设置成从小到大的形式，这样能够尽量避免失控车辆由于进入避险车道而受到高阻力，保证车辆的安全缓冲。对于纵面设计而言，应该通过加大坡度来消减失控车辆的能量，所以可以考虑利用回旋曲线曲率的变化规律来进行多段落的折线纵面设计，它所要达到的效果就是尽量降低避险车道的初始坡坡度，同时降低阻力，让驾驶者能够更好的控制方向，起到引导汽车入道的作用。

四、避险车道实车试验案例分析

（一）试验方法

在避险车道进行了12次实车试验，前6组为平坡面试验，后6组为上坡面试验，所以它的避险车道形式应该是平坡面配合过渡段，两组避险车道的路面材料均采用了厚为60cm的碎石。如图3.

（二）试验结果及分析

1.车重与避险车道路面平均阻尼系数的关系分析。由于碎石与避险车道路面会对失控车辆产生较大的滚动摩擦阻力，所以当车辆进入避险车道路面时碎石会对车辆产生较大的反作用力，从而形成对车辆的摩擦阻力。当车轮陷入较深的碎石层时，车轮的拖滑程度就会越深，而其受到的阻尼效果也就越明显。这一段主要是针对上坡路面情况进行分析，所以当车辆重量不同时，它的平均阻尼系数也是不同的。如图4.

2.车速与避险车道路面平均阻尼系数的关系分析

当车辆在高速状态下驶入避险车道时，其速度还是会急速增加的，此时它与避险车道的路面平均阻尼系数也会呈现上升趋势，如此一来车速就会在达到某个程度时随着阻力的不断增大而减小，最终达到车速减缓的效果[3]。

总结

避险车道是解决山区公路连续长下坡路段车辆制动失控的最好方法，但也要明确这种防护措施的被动性。所以在未来的研究中也要从车辆的行驶特征与公路的地形及设计来研究某些主动预防车辆失控的措施，比如设置连续长下坡路段的临时停车点，加强路段的警示标志设置等等，从根本上影响驾驶员的驾驶行为，进而帮助他们实现安全行车。

参考文献

[1]张建军.连续长大下坡路段避险车道设置原则研究[D].合肥工业大学，2005.44-46.

[2]吴京梅.山区公路避险车道的设置[J].公路，2006，（7）：105-109.

[3]李学峰.山区高速公路避险车道设置技术研究[D].重庆交通大学，2009.15-36.