高速公路安全设施设计优化方法研究

张亚峰

（河北交投智能交通技术有限责任公司，石家庄 050000）

1 引言

高速公路在经济发展中有不可代替的作用。高速公路在展现其快速高效等特点时，也不断暴露出安全问题。近年来，高速公路交通事故不断增加，对人民的生命财产造成了较大影响[1]。在高速公路建设中，交通安全问题越来越被人们所关注，对高速公路建设进行优化以遏制交通事故的出现势在必行。对于高速公路交通安全而言，安全设施是最基本的保障，其能够在车辆正常行驶的情况下，保障驾驶员的生命财产安全[2]。但随着不断提高的高速公路建设标准，安全设施存在的问题也不断暴露出来，为进一步确保交通安全，必须进一步优化高速公路安全设施。

2 高速公路护栏设计优化方法

2.1 存在的问题

当前，护栏设计时主要包括确定路侧需要防护的路段、类型及参数。若所设计的护栏有问题存在，那么就会从原先的安全设施转变为路障，对交通安全造成影响[3]。

1）定位不合理。将护栏设置到变坡点或与建筑物紧靠的位置，导致护栏较难形成防护作用，若护栏遭受撞击，反而导致翻车概率增加，因此，所设计的护栏位置应在护栏发挥功能时不影响交通秩序。

2）护栏长度无规范要求。当前有关设计规范中，并未对护栏长度的计算做出明确规定。在具体施工设计时，设计者多凭借自身经验进行设计，导致各地护栏在设计时有较大的长度差异。

3）缺乏过渡段。在设计护栏过渡段时的问题有：刚度配置较低、刚度不同时缺乏相应的连接方式。

4）护栏端部处理较差。护栏端部工艺粗糙，碰撞时可能会导致车厢被护栏穿透等情况出现。

2.2 设计原则

护栏线形可有效诱导驾驶员视线，确保驾驶员视野清晰，避免出现误操作导致车辆驶出车道外[4]。合理设置安全护栏能有效降低事故率，在设计护栏时需结合以下原则进行考虑：

1）护栏长度及安装位置要合理可靠。在护栏安装位置方面包括横向偏位、与路边石相对位置和斜展率；在护栏长度方面则包括结构长度和功能长度。

2）合理处理护栏过渡段和端部，目的在于使车辆碰撞程度得到降低，避免出现连带事故。

基于护栏的设计原则，具体的设计优化内容如图1所示。

图1 护栏优化设计内容

2.3 定位优化研究

2.3.1 横向偏位

护栏横向偏位指护栏与车道边线、障碍物和变坡点的距离。应该在避让线外设置路测护栏，不同车速下有不同的避让线距离L（见表1）。

表1 避让线距离推荐值

一般情况下是在保障护栏功能性基础上进行避让线最大距离的设计。在进行护栏形式的挑选时，除了需要对护栏被车辆碰撞时的变形进行考虑之外，还需避免车辆碰撞刚性障碍物。因此，避让线长度必须满足要求。

2.3.2 护栏形变量

设计时的护栏变形程度也是重点因素。若防护的是刚性物体，则要确保护栏变形量小于其到刚性物体的距离。刚性护栏的动态最大形变量应保持在100 mm，半刚性三波形梁护栏的动态最大形变量应保持在750 mm，半刚性三波形梁护栏和缆索护栏与所防护的刚性物体应该有1 000 mm的距离。

2.3.3 地形条件

路边石和边坡坡度是地形条件中最主要的影响因素。若车辆先碰撞路边石或边坡，将会导致车辆腾空等，增加事故严重程度。

设计速度较高的区段不应该设置路边石。若路边石有100 mm以下的最大高度，则可联合波形梁护栏共同使用；若其高度在100 mm以上时，则应对护栏刚度做出考虑。

若将护栏设置到1∶10以上坡度的边坡上时，则可能会导致车辆飞跃路侧护栏等情况。

2.3.4 护栏端部外展

若所设计的路侧护栏无法和行车道边线平行，则可采用设置外展的护栏端部进行过渡。但外展设计时需确定合适的斜展率：在110 km/h的设计速度时，刚性护栏的斜展率为1∶20、半刚性护栏的斜展率为1∶15；100 km/h的设计速度时，刚性为1∶18、柔性为1∶14；80 km/h设计速度时，刚性为1∶14、柔性为1∶11；60 km/h设计速度时，刚性为1∶10、半刚性为1∶8。

2.4 长度优化

护栏长度优化可从结构和功能两方面进行探讨。结构长度是基于破坏机理，保证栏杆立柱不会全部失效的长度最小值；功能长度指基于障碍物位置以及车辆行驶线路进行考虑，使车辆撞击或驶出车道的长度最小值[5]。

在设计结构长度时，可从车辆撞击时立柱失效多少根的角度入手，保障两端立柱功能是设置临界值的目的所在，在该种情况下该长度下的护栏则为结构长度最小值。

功能长度的目的是为了阻止车辆与障碍物相撞，在进行设计时需确保其符合如下条件：一是车辆在该护栏长度下不会驶出车道，确保行人、车辆的安全；二是确保车辆有正确的行驶方向；三是确保撞击能量可以被有效吸收；四是对驾驶员视线起诱导作用。

2.5 过渡段优化

在桥梁和路基护栏中多设计有护栏过渡段，其组成部分主要包括渡梁以及连接装置。过渡段的优化要点在于：桥头连接位置不可以出现两种结构护栏的连接处；不能将排水设施设置在过渡护栏前方；需根据现场情况确定隧道进出口位置等。

2.6 护栏端部优化

当前，我国研究许多参考国外关于护栏端部的先进处理方式，如SRT-350端部（见图2）等，结合先进的设计经验对现状进行改变。

图2 护栏端部处理

3 防眩设施的优化

3.1 型式优化

在当前的防眩设施中，防眩网、防眩板和植树是最主要的类型，使用最为广泛的则是防眩网和防眩板，防眩网如图3所示。防眩板具有经济美观、较小风阻等优点。对于有着2 m及以上中央分隔带宽度，且松软土质的环境而言，防眩型式适合采用植树防护。其余路段防眩设施适合采用防眩板。此外，在进行防眩类型的选取时还需要结合景观因素对驾驶员心理的影响进行考虑。在区段较长的位置设置防眩设施时，基于驾驶员容易受到单调景观的影响而出现疲劳，应从反应速度降低的角度进行考虑，需注意防眩设施形式和颜色的有效配合，以使驾驶员的积极情绪得到提高，确保行驶安全。在确保遮光角以及高度最小值同时符合要求的情况，还需对比不同构造的防眩效果以确定方案[6]。

图3 防眩网

3.2 定位优化

停车视距是防眩设施设置的重要因素。对于有着较小弯道半径，并且较窄的分隔带的道路，外侧车道对防眩设施的设置有较大的影响。停车视距和曲线半径以及中央分隔带成正比例关系，因此，防眩设置在弯道如何进行设置就尤为重要。

式（1）和式（2）中，H为防眩设施高度，m；D为直线通视长度，m；h2为驾驶员视线高度，m；h为障碍物高，m；m为中间带宽，m；S为停车视距，m；R为曲线半径；γ为防眩设施遮光角。

若有着较高的防眩高度，可采取一定措施使其高度降低，以确保多数炫光得以被阻挡，且使驾驶人员能准确有效看到前方车辆顶部位置；对于有着较大曲线半径的位置，可在曲线内侧设置防眩设施，若两种方式都不符合要求，则可通过加宽中央分隔带的方式来保障停车视距。

4 结语

安全设施是确保高速公路正常运营的关键所在，安全设施的基本要求在于安全和畅通，但这仅是关于高速公路使用功能最基本的要求。随着不断发展的经济社会，人们关于高速公路设施的要求也不断增加。路侧事故在高速公路事故中占比较高，路侧的处理是尽可能降低其事故严重程度的关键所在。通过设置护栏等设施可较大程度上保护驾驶者，护栏的设计应结合其设置地点、长度等多方面因素进行优化，防眩设施也应结合其型式和长度进行优化，进一步确保安全。