福银高速公路长下坡路段的避险车道设计研究

2016-08-10林大云福建省交通规划设计院福州350004

福建交通科技 2016年3期

■林大云（福建省交通规划设计院，福州350004）

■林大云
（福建省交通规划设计院，福州350004）

随着我国高速公路建设的快速发展，在山区高速公路建设过程中不可避免会存在连续长下坡路段。避险车道作为降低失控车辆伤亡率最为有效的工程措施，越来越受到重视。本文就以福银高速公路长下坡路段避险车道设计为依托，重点介绍下坡型避险车道设计的关键问题，阐述下坡型避险车道的适用条件，并针对性提出增加下坡型避险车道安全性相关措施的建议。

避险车道高速公路长下坡分析设计

0引言

山区高速公路建设过程中，由于山区地形条件的复杂多变，构造独特。同时也受自然条件以及环境制约出现长下坡路段。导致高速公路的很多路段技术指标很低，陡坡弯急，视距不足，防护设施缺乏等诸多因素产生极易造成车辆失控，而出现车祸事故。因此，在山区高速公路长下坡路段设计避险车道是一种有效的工程措施，但其设置原则模糊随意性大，设计也缺乏科学的理论指导。山区高速公路长下坡路段的避险车道设计时，要对车辆荷载数据以及选址设置进行分析和计算研究，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。本文以福银高速公路长下坡路段避险车道的设计及面临问题进行分析研究。

1高速公路长下坡路段避险车道设计针对的事故车辆分析

高速公路长下坡路段事故车辆原因主要有：（1）驾驶员不当操作；（2）车辆行驶过程中制动器失效；（3）天气或自然灾害。避险车道的设计的事故车辆主要针对行驶过程中制动器失效的车辆。

从制动原理来说，制动器在制动过程中是将车辆的动能转化为热能。根据相关试验：当制动器温度不超过200°C时，车辆的制动器不会发生明显衰减现象；当制动器温度达到400～600°C时，车辆的制动力只能达到正常制动的20%～25%；当制动器温度达到600°C以上时，车辆的制动力完全失效。由于大部分上路车辆均是合格产品，制动器的制动性能与车辆是配套的，很难会出现制动器失效状态，因此制动器失效车辆的应主要是超载重车（且司机操作不当）。经分析可得出结论，高速公路长下坡路段避险车道的设置主要针对超载重车（货车）而设置。

2长下坡路段交通事故概况及分析

福银高速公路长下坡路段情况为金鸡山隧道（K162+ 209.983，高程516.450m）至向阳隧道前1公里（K150+ 815，高程174.653m）段，路线长11.39km，平曲线最小半径400m/1处，最大纵坡5%，平均纵坡为3%。平面图如图1所示。

图1　福银高速公路K150～K160平面图

此段落高速公路技术标准：

（1）计算行车速度：主线为80km/h；

（2）路基宽度：主线整体式路基24.5m；

（3）路面：沥青混凝土路面。

此段落于2004年11月通车运营。根据福建高速三明管理分公司提供的交通事故数据，从2009年1月至2012年6月，该路段共发生231起交通事故，其中死亡事故5起，造成6人死亡，5起事故中有4起发生在雨天。其中，坡底K147～K148、K151～K153和K158-K159路段事故数较多，为事故多发路段。

从K150～K160B道路段事故里程分布图可以看出，事故主要集中在K158～K159、K151～K153和K147～K148路段。事故里程分布图如下图2所示。

图2　K150～K160B道事故里程分布图

（1）K158～K159段事故分析

该路段在坡顶位置，K158+826.70～K158+110.61为平曲线路段，平曲线半径为500m。该路段事故统计分析情况为，小客车事故占90%，雨天事故占61%。大货车事故不明显，该处不需要设置避险车道。

（2）K147～K148段事故分析

该路段为大排隧道群路段，根据调研了解2012年大排隧道群进行了路面改造，改造之后事故数大幅下降。

（3）K151～K153段事故分析

该路段之前下坡路段约8km，平均纵坡为3.2%，属于连续长下坡路段，K153～K151在坡底处，并且该段平面为连续S形曲线（平曲线半径分别为800m、900m和600m）。该路段货车事故仅占34%，货车事故中晴天事故占56%。

3避险车道位置选择

在K151～K153间经现场踏勘，适合设置避险车道有3处，分别为K151+200，K152+580，K152+980的B道右侧，根据事故分析图2可知，K152+500～K153+000是事故高发位置，从图可判断发生事故的车辆应在进入K153+000时候大部分已经进入失控状态，设置于K151+ 200已经过了事故高发点已无意义，设置于K152+580事故高发点的大部分车辆已经发生事故，故设置在大部分失控车辆刚失控发生事故位置K152+980能够尽可能地让失控车辆进入避险车道。另外从路线技术数据上看，K152+580、K152+980刚好处在路线半径900的圆曲线的前后缓和曲线上，对于圆曲线内大货车容易侧翻来说设置在已经出了圆曲线的K152+580比未进入圆曲线的K152+980更不利。故综合分析认为选择K152+980位置设置避险车道比较有利。

4避险车道入口速度分析计算

拟采用的能量计算式：

W（入口动能）=W（势能）+W（初始动能）-W（车轮滚动阻力）-W（空气阻力）-W（刹车摩擦阻力）-W（辅助制动装置的阻力）

W（入口动能）=mvj2/2，W（势能）=mgh，W（初始动能）=mv02/2，W（车轮滚动阻力）=mgFL

W（空气阻力）=CdAtv3/76.14，W（刹车摩擦阻力）=msc △t，W（辅助制动装置的阻力）=3.6Peng（Gti，v）/v

式中m为车辆质量，根据以上公式判断，m取值越大，Vj越大，故根据相关数据及车辆超载的情况m取值60吨；g=9.8m/s；L，B道金鸡山隧道（K162+209.983，高程516.450m）至避险车道入口（K152+980，高程248.083m）的距离，L=9230m；H，对应的高差，h=268.367m；v0，初始速度，取值80km/h=22.22m/s；F，沥青路面滚动摩阻系数，F=0.01～0.02；Cd，空气阻力系数，取值0.44；A，超载车辆的迎风面积，取值8m2；v，行驶速度，取值v=v0=22.22m/s；t，车量行驶时间，t=L/v=9230/22.22=415s；ms（刹车片质量）、c（刹车片比热容）采用不同的刹车片进行试算；△t，温差，取值580°C。Peng（Gti，v），发动机辅助制动装置的功率，通过实验数据获得。

根据有关部门提供的监控数据，并按上述能量平衡原理进行速度估算、分析及长下坡不同地段至K152+980的数据进行验算，认为避险车道入口处的设计速度采用120km/h可涵盖大部分失控车辆的失控速度。