山区公路避险车道设计探究

2022-04-01彭峰

工程建设与设计 2022年4期

彭峰

（韶关市翔宏公路勘察设计有限公司，广东韶关 512000）

1 引言

我国地域广袤、幅员辽阔，其中，山区面积占全国面积的69%，与平原地区相比，无论是水文、地质还是地形都较为复杂，因此，进行山区公路工程建设时往往限制条件与影响因素较多。车辆在连续长大下坡路段行驶会因为长时间制动而出现“热衰退”现象，严重情况下会导致车辆刹车失灵，进而造成严重后果。避险车道的设置能够供速度失控车辆驶入，利用制动坡床的滚动阻力和坡度阻力迫使汽车减速停车，减轻事故影响。避险车道主要由引道、制动车道、服务车道及辅助设施组成。

2 工程设计实例简介

2.1 项目概述

项目名称为省道S258 线乳源县鸭麻湖至大布段公路改建工程，起点为乳源县鸭麻湖道班，桩号为K51+900，与国道G323线相接，经白埂、胡椒塘至终点大布，桩号为K72+615.727，全长20.716 km。

项目地处韶关市乳源县大峡谷，地势险峻，山高路陡，全路段最大高差超过520 m。大型货车连续下坡容易出现刹车失灵，造成交通事故，为减少交通事故发生，本项目在K58+940处左侧增设1 条避险车道。本文结合对本项目避险车道的分析，从山区公路引道与线形、纵坡与长度、宽度与厚度、减速设施入手，探究山区公路避险车道设计。

2.2 项目实例避险车道设计

2.2.1 避险车道设置

本项目在K58+940 处左侧增设1 处避险车道，平面处于直线内，避险车道引道流出角度为5°；纵面处于K58+100～K61+000 段长下坡后段，长下坡长度为2 900 m，高差为174.1 m，平均纵坡为6.0%。

2.2.2 避险车道纵坡与长度设计避险车道全长150 m，起点桩号BK0+000 位于主线K58+940 左侧。BK0+000～BK0+065 段为避险车道引道，长65 m，纵坡与主路一致为-6.923%；BK0+065～BK0+150 段为避险车道制动坡床，长85 m，纵坡为16%。避险车道纵面由主路逐渐过渡到制动坡床，纵面竖曲线半径为250 m，路基横坡由主路基横坡2%逐渐过渡至水平。

2.2.3 避险车道路面设计

避险车道横断面路基宽度为9.75 m，由0.5 m 防撞墙+5 m 制动坡床+3.75 m 服务车道+0.5 m 防撞墙组成。避险车道BK0+065～BK0+150 段为避险车道制动坡床，采用砂砾石集料，BK0+065～BK0+095 段30 m 过渡段砂砾石深度由7.5 cm过渡至110 cm；BK0+095～BK0+150 段砂砾石深度采用110 cm，砂砾石底采用30 cm 厚水泥稳定碎石硬化。服务车道路面结构同主线路面结构。

2.2.4 避险车道制动坡床集料级配要求及厚度设计

避险车道制动坡床集料采用砂砾石，集料规格及级配要求见表1。

表1 避险车道制动坡床集料级配要求

2.2.5 避险车道交通安全设施

在K59+960 右设置“避险车道，前方1 km”预告标志牌；在K59+460 右设置“避险车道，前方500 m”预告标志牌；在K58+960 右设置“避险车道”标志牌。

在避险车道防撞墙上每隔15 m 设置轮廓标，轮廓标的反光漆颜色为红色，以区别主线。在避险车道与旧路分开处设置大示警桩，起警示及引导作用[1]。

2.2.6 避险车道施救平台及配套设施

在制动坡床右侧设置服务车道，以便拖车和维护车辆使用，在服务道路旁设置救险锚栓。制动坡道的末端设置消能桶。

2.2.7 避险车道的运行及养护

避险车道需定期养护，在避险车道每次被使用、失控车辆被拖出避险车道制动坡床之后，宜尽快铺平制动坡床，定期清除车辆冲压产生的细小、尖锐碎集料。即使没有车辆驶入避险车道，也宜定期翻松集料，每次至少深60 cm。

3 山区公路避险车道设计

3.1 明确设计位置

山区公路避险车道位置设计应满足其识别视距，并且确保用地面积足够。由于山区公路地形条件差，主路平纵指标较差，在选址过程中，受到平、纵、横3 方面约束，结合与交通运输部门的沟通情况，探究公路事故高发路段，以此为基础判断避险车道设计位置。避险车道设置于长大下坡下半段或者小半径曲线相接处，因为连续下坡路段与小半径曲线相接处多为事故多发点。此外，避险车道位置要避开集镇、村寨等人口较为密集区域，也不能在右转弯平曲线上设置避险车道。避险车道的识别视距参见表2。

表2 避险车道的识别视距

3.2 引道与线形

山区公路引道作为避险车道与公路主线的连接部位，需要满足以下要求：（1）为刹车失控的驾驶人员提供足够的反应空间与时间，以便驾驶人员能够及时做出判断，引导其驶入安全避险车道。（2）确保失控车辆前轮能够同时驶入制动坡床，否则将会导致车辆2 只前轮受力不均，引起侧翻事故。（3）引道终端要与公路主线保持一定距离，避免对主线上的行车安全造成干扰。在设计山区避险车道过程中，入口尽量位于平面指标较高路段，车辆驶入避险车道的角度不宜超过5°。因为山区道路转弯路段较多，公路主线若处于左转路段，引道要设置于主线切线方向。若位于右转路段，引道要在小于10°的情况下从主线流出。

失控车辆驶入制动床后转向困难，因此，较难适应弯曲线形，避险车道平面线形应采用直线。

3.3 纵坡及长度

避险车道设计的重要因素，纵坡直接决定了避险车道的应用效果，首先，需要根据山区公路地形条件明确避险车道位置后确定纵坡及长度。纵坡小则需要较长的制动坡床，由于山区道路地形条件复杂，往往出现长度无法满足避险车道设计要求的现象。若纵坡过大，则制动坡床长度设置较短，容易导致驾驶人员产生无法安全停车的错觉。因此，避险车道的长度需要以纵坡、失控车辆驶入速度、制动坡床材料等为基础进行计算[2]。单一纵坡长度计算公式为：

式中，L 为避险车道制动坡床的最小计算长度，m，制动坡床的设置长度宜在最小计算长度的基础上增加10 m；v 为失控车辆驶入避险车道的速度，km/h，高速公路、一级公路宜按100～120 km/h 计算，二级及以下等级公路宜按60～100 km/h计算；R 为避险车道制动坡床材料的滚动阻力系数，见表3；α为避险车道制动坡床纵坡。

表3 常见的避险车道制动坡床材料滚动阻力系数

避险车道制动坡床由不同坡度构成，则将失控车辆前一个坡道末端速度作为当前坡度初速度进行计算，以此类推，直到失控车辆速度消减为零，计算出制动坡道的长度。计算公式为：

式中，Vi为失控车辆当前坡道末端速度，km/h；Vi-1为失控车辆当前坡道起点速度，km/h；Li为制动车道的长度，km。

3.4 宽度与厚度

避险车道由制动车道与服务车道构成，服务车道设置于制动车道右侧，宽度一般不小于3.5 m。制动车道考虑汽车制动失效时驾驶员心理高度紧张，其宽度应适当增大，有条件时可考虑多辆车辆驶入，同时，需要考虑山区用地困难等因素，山区公路制动车道宽度宜为4～6 m。

制动坡床材料宜采用具有较高滚动阻力系数、陷落度较好、不易板结和被雨水冲刷的卵、砾石材料。在铺筑制动车床时，铺筑厚度是保障制动坡床功能得以充分发挥的基础，制动坡床集料的厚度不宜小于1.0 m，制动坡床入口处集料厚度宜为7.5 cm，应在30～60 m 范围内过渡至正常段厚度。

3.5 减速设施

除了坡床材料这一减速设施之外，可在制动坡道末端设置强制减速设施。常见的强制减速设施有消能桶、集料堆以及废旧轮胎等。消能桶中的材料以及集料堆材料要与制动坡床材料保持一致，避免污染制动坡床，导致坡床阻力系数降低。

3.6 配套交通与安全设施

3.6.1 道路标线

在避险车道引道路面施画“失控车辆专用”路面标记及导向箭头，在服务车道上应标明，以区分避险车道。所有字体都要严格按照GB 5768—2017《道路交通标准和标线》的要求进行设计，不得擅自更改字体格式及大小。

3.6.2 道路标志

在坡顶宜提供连续长大下坡路段的坡度、坡长、平面线形和避险车道位置等的信息提示。在避险车道前1 km、500 m 处设置预告标志，在避险车道引道入口处设置避险车道标志。为了保障失控车辆及驾驶人员能够及时得到救助，还需要在服务车道上设置救援信息，以便驾驶人员能够及时报警通知，减少等待救援时间。

3.6.3 救险锚栓

在服务道路旁设置救险锚栓，各救险锚栓间距离不能大于90 m，通常情况下每隔50 m 设置1 处。首个救险锚栓设置部位为制动坡床入口前的30 m 处，以便后期救险人员将失控车辆拖出时固定拖车[3]。

3.6.4 照明

如有条件，可提供照明，并且可布设一定的监控设备及信号指示灯。为了保障失控车辆驾驶人员能够准确判断避险车道入口位置，及时将失控车辆开入避险车道，也可方便后期救援人员施救。

4 山区公路避险车道的安全性评价

完成山区公路避险车道设计后，需要对其安全性进行评价，评价结果的准确性在一定程度上受到评价指标与评价方法影响。由上文所述内容可知，影响避险车道安全性的因素众多，在评价过程中需要适当取舍，分清主次，否则将会导致评价工作量及成本有所增加。本文对于山区公路避险车道安全性的评价选择价值分析法，根据不同指标的重要性程度赋予对应的权重，再加权计算公路避险车道总价值。有关单项评价指标权重可以根据相关领域专家进行打分，具体根据式（3）进行计算：