江苏省干线公路除冰雪应急预案研究

2018-06-29张冰清尤广华

筑路机械与施工机械化 2018年5期

张冰清，尤广华

(1.云南省交通投资建设集团有限公司，云南昆明 650228； 2.江苏东交工程设计顾问有限公司，江苏南京 210008)

0 引言

干线公路承担着连接大中城市、区域性经济中心、交通枢纽的重要功能，路面积雪、覆冰对干线公路的通行能力和交通安全的影响很大，轻则封路，重则引发严重的交通事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。

目前，在清除道路表面积雪与结冰时采用的技术可以分为路面内部技术和路面外部技术，具体包括：机械除冰雪、撒布融雪剂、修筑抗冰冻路面铺装和热力融冰雪技术等。朱文天介绍了国外冬季除冰雪技术及设备概况[1]；齐晓杰等对高等级公路与城市道路冬季快速、高效清除路面积雪的重要设备，以及专用的除雪机与汽车、拖拉机、工程机械配套使用的除雪机具等，做了深入的研究[2]；谢立扬等基于除雪机理、除雪方法，对原理、结构不尽相同的各种除雪机械进行分析，说明了除雪机械的基本构造[3-4]。

本文结合江苏省干线公路的实际情况，对沥青路面除冰雪技术进行研究，对常用除冰雪材料及设备进行评估，制定除冰雪应急预案。

1 沥青路面除冰雪技术和设备现状

1.1 沥青路面除冰雪技术

目前抗冰冻路面铺装技术种类较多，不同技术均具有各自的特点[5-10]。化学方法是通过添加抗冰冻材料以替代部分矿粉，通过车辆荷载作用逐渐析出，但是随着时间的延长该方法除冰雪效果会出现衰减，同时路面沥青混合料的耐久性需进一步跟踪观测。物理方法是通过路面变形或粗糙型路面达到破碎冰冻的目的，但其对路面材料的耐久性破坏大，例如橡胶块嵌入路表面的铺装形式。防冰涂层类铺装通过在路表面喷洒特定材料，降低冰雪与路面的黏结程度，使冰雪易于清除，但是涂层材料会随着车辆的碾压而逐渐散失，除冰雪效果下降。热力融冰雪技术使用效果较好，但是造价及后期使用维护成本高，推广应用困难。

1.2 沥青路面除雪设备

利用专用机械清除积雪是路面除冰雪的主要方式，经过多年的研究和发展，形成了适应不同环境的除冰雪机械设备[11-14]。根据除冰雪方式的不同，除冰雪机械可分为铲刮式、刷扫式、螺旋集雪式、旋切及冲击旋切式、铲剁冲击式、高速气流吹扫式以及热熔式等类型。通过对除冰雪设备的除雪能力、工作效率、除净率以及适用性等方面开展调研评估，可为制定合理的除冰雪方案奠定基础。

在对各种除冰雪设备的性能及适用条件调研的基础上进行对比评价，结果如表1所示。可以看出，推雪铲虽然设备简单，但是除冰雪速度最快、能耗最低，目前应用也最广泛。

表1 除冰雪设备评价

国内的除雪机械经过几十年的发展已经取得了较大的进步，但与国外相比，还存在一些问题，主要包括以下几点。

(1)作业速度低。目前，国外犁式除雪机最大除雪速度可达50 km·h-1，旋切式除雪机最大速度达70 km·h-1；而国内犁式除雪机最大除雪速度仅为20 km·h-1，旋切式除雪机最大速度为30 km·h-1。

(2)整机利用效率低、成本高。尽管中国的北方地区冬季降雪期可达3～4个月，可是资料表明冬季降雪次数并不多，最多十几次而已。除雪机只有单一的除雪功能，一年里大部分时间处于闲置状态，提高了除雪作业的成本，增加了公路养护部门的负担。

(3)避让功能不理想。国内已有的犁式除雪机械大部分回避路障的功能较差，在除雪过程中常常因遇路障而使主机或除雪装置损坏。

(4)对路面保护能力差。当路面凸凹不平时，除雪作业会对路面造成破坏，国内的除雪机械在路面仿形能力及对路面保护等方面，与国外机型相比还存在一定差距。

(5)机械组合配备有待优化。现有的除雪机械类型较多，各种机械的除雪方式和使用效率不同。如何将不同除冰雪机械进行合理配备和有效组合，以达到最高的除冰雪效率和最大的除净率，有待进一步研究。

2 江苏省干线公路除冰雪技术状况

江苏地处温带向亚热带的过渡段，最冷月是1月份，平均气温为-1.0 ℃～3.3 ℃。总体冬季寒冷干燥，降雪量不大，但是每年都会出现大范围、短时间的大雪天气，给道路交通带来了不便。目前，江苏省干线公路除冰雪采用融雪剂和机械铲雪相结合的方式，而融雪剂、除雪机械的种类很多，因此需要对各种常见的融雪剂和除雪机械的应用进行总结分析，以形成标准化除冰雪预案。

2.1 融雪剂使用状况

融雪剂使用较多的是纯氯盐，具有较强的腐蚀性。从环保角度考虑，采用尿素作为融雪化冰材料，一方面能够对冰雪起到溶蚀效果，另一方面对道路构筑物和植物的影响较小，缺点是价格较高，大规模使用受到限制[15-18]。就江苏省干线公路除冰雪现状而言，使用价格低廉的氯盐类融雪剂可有效抑制冰雪，性价比较高，但对路面、桥梁、植物、沿线水体的破坏会越来越突出。

2.2 除冰雪机械使用状况

根据江苏省历年来除冰雪的经验，采用推雪板、平地机及装载机能够有效地清除路面积雪。

目前，江苏省各市公路管理处均配备了推雪板，可以通过销轴安装在卡车的前部，5 min内即可安装完毕。推雪板与支架之间有液压操纵系统，能够调节推雪板的横坡度及角度，通过调节推雪板的角度，使得铲板前的雪被推到路边缘，同时具有避障功能。当铲刃任一点遇到障碍物时，避障弹簧能够收缩，铲刃下缘自动翻转，避开障碍物后自动复位，有效保护推雪板及车辆。

当路幅较宽、降雪量较大时，为了尽快清除路面积雪，缩短影响交通的时间，可采用联合除雪作业的方法，即通过2～4台推雪车或平地机一次性将雪运移至路肩。除雪时，除雪车辆按照超车道在前、行车道在后的顺序递次排开，前后2台车辆需保持300～500 m的距离，同时前后2台除雪车辆铲雪宽度应搭接30～80 cm，使后1台车辆对准前1台车辆留下的雪堤，如图1所示。

图1 推雪机械联合除雪

由于平地机铲刀不具备自动避障功能，因此当采用平地机进行除雪作业时，应谨慎驾驶，遇到障碍物及时避让，以减少对桥梁伸缩缝及标线的损害。

装载机自重较大，铲斗能够铲除路面冰雪，主要用于清除由推雪板及平地机推到路肩上的积雪，也可清除路面上较大的压实雪及冰冻。装载机在铲雪过程中容易对路面造成划伤，所以操作时铲斗与路面之间距离不宜过小。

除了推雪、扫雪的设备外，各地公路管理处还配备了融雪剂撒布机。融雪剂撒布装置能够精确控制撒布量，并且撒布均匀，融雪剂的撒布密度可以根据气候及降雪情况进行调节，一般在5～60 g·m-2，撒布的宽度在6～20 m，融雪剂撒布车的容积一般为5 m3，撒布作业速度能够达到50 km·h-1。

江苏省历年出现冰雪灾害的时间较短，而专用除冰雪设备的投入大、维修保养费用高、使用率低，因此在进行这些设备的配置时要考虑地区气候特点，按需求配备。

3 江苏省干线公路除冰雪预案

为减少各类事故的发生，保障干线公路的畅通，必须建立行之有效的处置预案，采取人工、机械除雪及撒布融雪剂等措施，力争做到冰雪天气不封路，实现“路桥畅通、人员平安”的目标。

为使除冰雪预案具有针对性，根据降雪量划分不同的降雪等级。具体划分标准如表2。

表2 降雪等级划分标准

除冰雪作业时，机械化除雪、除冰与撒融雪剂相结合，大范围机械作业与局部人工处理相结合，专业队伍除冰保通与社会力量积极参与相结合，全面清理与重点突击相结合。准确把握撒融雪剂和除雪的时机，合理配置和使用现有的除雪机械，及时清除路面积雪、积冰[19-20]。

江苏省干线公路总里程长，分布广，冬季最低气温在-10 ℃左右；因此，在选择融雪剂时可以选择氯盐掺加缓蚀剂的环保型融雪剂以及尿素作为融雪化冰材料储备。融雪剂撒布前，必须结合路面状况、交通状况以及气候条件综合确定融雪剂使用量。通常融雪剂使用量为20～50 g·m-2。根据已有研究成果并结合江苏省气候特点，给出融雪剂建议撒布量，如表3所示。

融雪剂在使用时需要注意以下几个方面。

(1)使用高精度的撒布设备。融雪时需要根据降雪量的大小、气温和融雪剂种类，准确掌握融雪剂剂量；为了保证剂量的准确，必须使用高精度的撒布设备。

表3 融雪剂建议撒布量

(2)预先湿处理。为了保证撒布到路面上的融雪剂快速有效地发挥效果，采用预湿撒布方式。在撒布设备上集成其他设备，使撒布到路面上的融雪剂是初步溶化后的糊状融雪剂。

(3)雪前喷洒。为防止降雪后路面结冰，可以在降雪前或降雪之初撒布一定剂量的融雪剂，这样雪降落到地面会立刻融化。

(4)雪后使用。该方法是比较常用的方法，为了避免浪费和减轻对环境的危害，可以先用除雪车初步除雪，然后撒布融雪剂，这样能够减少融雪剂的使用量。

(5)实时清雪。在积雪尚未被压实前，用推雪铲或扫雪刷清扫路面，在清理后的薄层积雪上再及时撒布融雪剂。

根据本文分析的降雪等级和实际路面状况，制定适合于江苏省干线公路的沥青路面除冰雪预案如下。

(1)当天气预报为小雪时，可以安排撒融雪剂车在全线进行一次大范围、小剂量的彻底撒布工作，融雪剂撒布量依据推荐值确定。依靠车轮滚动与路面摩擦产生的热量、汽车尾气排放的热量和融雪剂的联合作用，可实现雪降即融，并形成具有一定浓度的盐水，在降雪与路面间形成隔离层，起到防冻作用。

(2)当天气预报为中雪时，在降雪前根据实际情况预先撒布融雪剂，撒布剂量根据推荐值选取。当积雪厚度达到2 cm时，出动机械设备开始清除路面积雪，可采用推雪铲梯队行进。桥面及路面背阳处除雪力度应加倍，必要时铺设麻袋、砂石等防滑材料。如果气温较高，可采用自然融化的除雪方法。

(3)当天气预报为大雪时，在降雪前根据实际情况预先撒布融雪剂，撒布剂量根据推荐值选取。当积雪厚度达到2 cm时，出动机械设备开始清除路面积雪，除雪抢险工作可采用多台机械流水作业，及时清除桥面的积冰雪，并采取安全防范措施。在陡坡、急弯路段加撒防滑材料(煤渣、炉渣)或融雪剂等，并采取相应的交通安全控制措施，在公路一侧设置导流、导向标志，对行驶车速进行限制，以保障交通安全。

(4)当天气预报为暴雪时，应24 h连续进行除雪作业。以推雪板为主，积雪严重路段可使用装载机，除雪抢险工作可采用多台机械流水作业。及时清除桥面的积冰，并采取安全防范措施。

(5)当路面大面积结冰时，根据融雪剂撒布量推荐值进行撒布，在撒布2 h左右(与气温有关)即可使用平地机和装载机除冰。局部结冰较严重时，加撒融雪剂30～40 g·m-2。一般采用平地机和装载机除冰较理想。

为保证除冰雪工作的开展，应根据天气预报充分做好机械设备、材料、油料等物资的储备工作，准备充足的融雪剂、砂石、麻袋等防冻抗滑材料。