浅析高速公路长下坡路段自救匝道安全性评价方法

2021-03-07翟奕淇孟祥昌唐浩

科技研究·理论版 2021年16期

翟奕淇孟祥昌唐浩

摘要：云南某双向四车道高速公路，左幅K44+535～K60+740为长下坡路段，存在很大的安全行车隐患。本项目共在该路段设置了2处自救匝道，在进行交工阶段安全性评价时，需对自救匝道的引道、平面线形、纵面线形、横断面宽度、长度和坡度、制动坡床材料、排水、端部处理以及交通安全设施和管理设施等进行评价。采用何种评价方法，确保稳妥有效的进行评价，对保证高速公路通车后安全行车是十分必要的。

关键词：自救匝道;安全性评价;引道;刹车鼓;制动坡床

一、工程概况

本项目为云南某条双向四车道高速公路，左幅K44+535～K60+740为长下坡路段，长度16.205km，纵坡情况见下表。

二、刹车鼓温度计算

2.1 刹车鼓计算模型

本项目采用美国联邦公路局（FHWA）的坡度严重程度评价体系GSRS（Grade Severity Rating System），建立了载重车刹车鼓温度与纵坡坡长、坡度、载重车的总重和运行速度之间的关系模型。GSRS刹车鼓温度预测模型描述如下[1]：

T1= T0+ [T¡Þ？T0+ K2HPB]（1-e-k1L/V）

HPB=（W*θ？Fdrag）v/375？ HPeng

式中：θ —圈数;W —总重量，Ib;L—下坡距离，mile;v—车速，mile/h;T1—坡底温度，F;HP —制动功率，hp; T0—初始温度，F;HPeng——发动机功率，hp。

对模型参数进行修正可得：K1 =1.23+0.0256 v;K2 =（0.100+0.00208 v） -1;Fdrag= 450+17.25v;HPdrag=73hp，T8= 90F，T0=150F。

基于上述模型，用于评价的刹车鼓温度预测。

2.2刹车鼓热衰退温度

汽车在连续下坡路段行驶时，刹车鼓需要较长时间连续作较大强度的制动，刹车鼓温度常在300℃以上，有时高达600～700℃。正常制动时，摩擦副的温度在200℃左右，摩擦副的摩擦系数约为0.3～0.4。但在更高的温度，摩擦系数会有很大降低，出现所谓的热衰退现象。一般情况下，当刹车鼓的温度不超过260℃时，刹车鼓的制动效能不会发生明显衰退。目前在刹车鼓中广泛采用模压材料、编织材料和粉末冶金摩擦材料作为刹车鼓刹车片摩擦材料，这些材料在260℃以上时不能承受较高的单位压力，会加快磨损。因此，本报告以刹车鼓温度260℃为临界温度，超过260℃就有可能发生事故，即为危险状态。

2.3下坡路段刹车鼓温度计算

依据《关于统一治理超限超载车辆认定标准避免重复处罚等有关问题的通知》（交通部公安部公路字[2004]128号）中的规定，利用以6轴鞍式列车最大载质量为49吨在设计路段上对60km/h、70km/h、80km/h三种不同速度下的制动刹车温度进行测算[2-3]，同时考虑到我国货车超载现象比较普遍，刹车鼓温度测算时也同时测算了61.25吨（超载25%）、73吨（超载50%）、98吨（超载100%）几种不同的超载情况。根据各路段的坡度及坡长、运行速度的预测结果，对本项目连续下坡路段的制动器温度变化进行预测。

（1）49吨总重载货车连续下坡路段以80km/h速度行驶，刹车鼓温度预测结果如表和图所示。由下图可知总重49t的载重车以低于（包括）80km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度为236.79℃，基本处于安全状态。

（2）61.25t（超载25%）总重载货车连续下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行驶，刹车鼓温度预测结果下图所示，当货车超载25%（61.25t）且以80km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度为280.77℃，超过危险温度260℃，处于危险状态，而当以60km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度为247.06℃。基本处于安全状态。

（3）73.5t（超载50%）总重载货车连续下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行驶，刹车鼓温度预测结果下图所示，当货车超载50%（73.5t）且以80km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度为302.66℃，超过危险温度260℃，处于危险状态，而当以60km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度为259.73℃。基本处于安全状态。

（4）98t（超载100%）总重载货车连续下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行驶，刹车鼓温度预测结果如图所示。

由上图当货车超载100%（98t），以60km/h，70km/h，80km/h速度行驶时，刹车鼓最高温度均大于260℃，均处于危险状态。

本项目在桩号K68+000处设置有“连续下坡，进站自检”标志，提示大车在进入长下坡路段前进入服务区加水、自检。在K61+000处设置有连续下坡提示标志并设置有连续下坡剩余长度预告标志。在K52+000和K57+000处设置有自救匝道，基本满足失控车道自救需要。

同时考虑到我国货车超载现象比较普遍，结合对大型车运行速度及大货车制动器温度的预测结果[4]，建议对长下坡K57+860～K51+240路段大货车严格限速60km/h，且在連续下坡路段增设大车低档低速行驶标志;

三、自救匝道安全性评价

本项目自救匝道设置情况如下表所示：

3.1自救匝道引道安全性评价

自救匝道的引道与制动砂床的交线应与进入自救匝道车辆的行驶方向垂直，以保证车辆前轮可以同时进入制动砂床，避免因两侧车轮摩擦力不均而导致车辆侧翻，在自救匝道入口发生事故。根据工程经验，自救匝道引道宜采用直接式减速车道的设计方法，以不小于3°～5°的流出角流出，尽量沿主线切线方向设置。本项目自救匝道设置情况如下表所示：

本项目K52+000自救匝道渐变段长度为105m，能够满足7°7'情况渐变段长度的要求。K57+000自救匝道渐变段长度为163.532m，小于6°30'情况下渐变段长度164.6m的要求，自救匝道的引道位置应视线良好，保证紧急情况下驾驶员可以看清自救匝道的全部線形。

由于本项目自救匝道设置条件有限，经现场调查发现，①号自救匝道可能出现右侧边坡阻挡视线，导致驾驶员错过自救匝道的情况。建议取驾驶员反应时间3s路段长即于渐变段起点之前66.7m处路面设置“自救匝道”文字标志提示驾驶员自救匝道位置，保证驾驶员能够确定自救匝道的位置。②号自救匝道已经设置有自救匝道提示标志，建议清除自救匝道入口处绿化植被遮挡，并前移自救匝道提示标志以保证驾驶员能看到自救匝道提示标志。

3.2自救匝道平纵线形安全性评价

自救匝道平面应尽量避免采用曲线线形。最好采用直线单坡。若地形条件或者工程量限制时需要采用多个坡度组合，应避免设置小半径的凸形竖曲线，并保证整条自救匝道线形均在驾驶员的视线之内。

本项目自救匝道均采用直线线形，避免由于线形而降低自救匝道效能。由于山区地形限制，两处自救匝道均采用凹形竖曲线，能够保证整条自救匝道线形均在驾驶员的视线内。

3.3自救匝道长度和坡度安全性评价

自救匝道的长度和坡度由地形条件、工程量、失控车辆驶出速度以及自救匝道坡床材料决定。一般上坡制动坡床型自救匝道坡度宜为8%左右，过陡的坡度会使驾驶员产生畏惧感，不敢驶入自救匝道。自救匝道的长度包括分流段长度，纵坡竖曲线长度及制动坡床长度，其中制动坡床长度起到实际的减速作用。

3.4自救匝道端部处理安全性评价

自救匝道应该提供足够长度的制动距离为优先考虑因素。为保证车辆和驾驶员的安全，自救匝道端部应设置防撞墙和缓冲设施。一般在自救匝道的端部墙前设置集料堆、防撞沙桶或废弃轮胎等。防撞墙和缓冲设施不能代替自救匝道的有效制动长度，在车辆撞到防撞墙或缓冲设施时，车速必须降到20km/h或者更低，才能保证驾驶员和车辆安全。

3.5自救匝道制动坡床材料及排水安全性评价

本项目自救匝道制动坡床填料在离坡床起点端30cm内过渡到全深，满足要求。制动坡床宽8.0m，坡床内的填料为豆砾石等松散材料，厚度95cm。制动车道制动坡床低凹处斜向设置100mmPVC横向滤水管，管道接通左侧路基排出积水，设置长度为低凹点前后各30m，全长共60m，间距10m;设置于填料基底面中部，且最小埋置深度不小于5cm，排水及防护形式同主线，排水设施较为完善。

3.6自救匝道安全设施安全性评价

在自救匝道处应设置标志，标线、防撞护栏等安全设置，使驾驶员能够正确识别自救匝道。此外在自救匝道附近应布设监控设施，以便监控人员在第一时间得到救助信息，及时采取救援措施。同时救护车道路面结构同主线，紧急制动车道填方一侧设置防撞护墙保护。

本项目紧急制动车道外侧地段设置座椅式防撞护栏保护，止点根据实际情况设置，与主线交叉部位采用圆弧相连，并采用波型护栏径向连接。强制减弱装置采用中粗砂料填充砂袋或废旧轮胎捆绑堆置，高度1.2m。

本项目两处自救匝道前均设置提示标志，设置合理满足要求;建议在自救匝道处布设监控及照明设施，以便第一时间收到救援信息。

四、结论

（1）本项目已在K52+000、K57+000处设置有自救匝道，并设置自救匝道位置的提示标志以及设置了加水站等处置措施。基本达到了长大纵坡驾驶员行车安全的目。

（2）根据长大下坡刹车鼓温度计算分析，考虑普遍存在的大车超载现象，大车在长大下坡路段按照限速80km/h行驶可能出现刹车鼓温度过高而导致刹车失灵的问题，故建议长大下坡危险路段（K57+860～K51+240）大车限速60km/h。

（3）建议取驾驶员反应时间3s路段长即于渐变段起点之前66.7m处路面设置“自救匝道”文字标志提示驾驶员自救匝道位置，保证驾驶员能够确定自救匝道的位置。

（4）②号自救匝道已经设置有自救匝道提示标志，建议清除自救匝道入口处绿化植被遮挡，并前移自救匝道提示标志以保证驾驶员能看到自救匝道提示标志。

（5）建议在自救匝道处布设监控及照明设施，以便第一时间收到救援信息。

参考文献：

[1]王华孙绿松.浅议失控车辆自救匝道设置方法[J].公路交通科技（应用技术版）.2015年05期.