低流量三级公路长大下坡路段安全保障系统研究——以S215公路工程为例

赵永强

（甘肃省嘉峪关公路事业发展中心，甘肃 嘉峪关 735100）

1 引言

在我国公路运输的发展过程中，由于三级公路受到了地貌、地形、地质条件等自然条件的影响，大多三级公路含有多个甚至连续的长大下坡坡段。这种连续下坡普遍分布在重丘，其边坡陡道狭长，路侧高边坡风险系数高，线性组合错综复杂，因此施工本身就具有较大的危险性，且易对公路交通运输造成安全隐患。

关于三级公路长下坡路段交通安全保障系统，国内还未形成完善的设计理念，虽然关乎公路交通安全性的理论研究成果偏多，但针对现阶段的连续长大下坡路段，在交通安全保障研究和系统性的设计理念方面仍缺乏创新。

本文在总结三级公路长下坡路段交通特征的前提下，探究三级公路长大下坡路段易发事故的总体特征和影响因素，并根据结果构建三级公路长大下坡区段的交通安全保障系统。为了确保研究的可行性，以省道215线的连续长大下坡安全通行能力研究为例，通过对实测交通量的时间分布特性和交通组成结果分析，对沿线三个坡段各个坡前上游、坡顶起始、坡中、坡底部分进一步实行交管安全方案设计与技术举措，以及通过采取人为的合理把控策略，将三级路面的交通工程融于自然环境，在保护路面使用性能的同时，增强公路交通安全通行能力，降低交通事故发生率，为道路使用者提供高效安全的出行环境。

2 三级公路长大下坡路段交通特征分析

2.1 三级公路交通特征

公路交通通常从交通量、交通组成、车辆等角度把握交通特征[1]。其中，交通组成是衡量交通特征的关键。在交通组成中，人是主导，车是辅助，路是前提，把握该体系中各组成部分间的作用机理，对提升公路交通的运营效率、改善低流量三级公路的交通安全具有重要的意义[2]。从人、车、道、环境四个层面进行分析，发现我国低流量三级公路具有如下交通特征：

①驾驶者驾龄过短、学习能力不足、安全意识淡薄，且自驾车旅游和载货运输的驾驶者占比较大。

②机动车大多以紧急制动性差、爬坡性能不足、行驶稳定性欠佳为主。

③大多三级公路路面窄小，线形设计复杂，邻近水崖、急转弯、陡坡的三级公路较多。

④公路交通环境分为天气环境和路侧自身环境两类，主要从驾驶员的视觉感知、机动车性能和路面摩擦阻力三个方面对公路交通安全造成影响。

2.2 长大下坡路段交通特征

在我国三级公路建设过程中，坡段线形和地貌对长大下坡路段交通特征的影响至关重要，若所在坡道较长或路段的线形设计过于复杂，不仅会给道路建设带来施工障碍，而且也容易为道路使用者在出行过程中留下安全隐患。

我国长大下坡路交通事故频发，事故评定等级颇高，在长大下坡的设计过程中安全设施的布设和改进是安全保障系统研究的核心[3]。因此，规划者需要考虑不同地域下公路建设环境和自身特点，确保道路在被充分利用的前提下，路段的通行安全可以得到保障。

3 三级公路长大下坡路段易发事故分析

3.1 事故总体特征

三级公路长大下坡路段事故发生的所有车种构成中，大货车位列第一，占比超过65%。由于大货车在长大下坡路段紧急制动时承担的负荷比其他车种大，刹车片因紧急制动而升温，使车辆制动距离变长甚至失控。低流量三级公路长大下坡路段事故有车辆正碰、追尾、侧面刮擦等，单车事故相对较少，事故发生地多出现在临水临崖、急弯、陡坡、桥梁、交叉口等位置。

3.2 事故发生原因

3.2.1 环境的影响

交通环境因素的影响包括三级公路长大下坡路段本身的环境（坡度、道路线形、路面安全设施等）和天气状况。

①道路自身环境。载重货车在不同道路环境的长大下坡路段的受力状况各异，长大下坡的坡度对路段通行车辆的影响也各不相同，不但影响驾驶员自身驾驶水平的发挥，也会影响车辆通过长大下坡路段时的动力性能。此外，道路安全防护设置工作对公路安全也非常重要，避险车道布设的地理环境和物理特征影响交通事故风险程度，据有关资料显示，在各种三级路交通事故中，超过百分之五十的失控机动车和严重事故机动车通过进入避难车道，有效避免了更严重的交通事故[4]。

②天气影响。天气状况是影响交通安全的重要环境因素之一，恶劣的天气条件使司机对路况判断的准确性造成干扰，行驶过程中遇到大雾或暴雨等恶劣天气时，路面的能见度降低，驾驶员前方道路的视线被遮挡，很容易引起车辆正面碰撞。

3.2.2 车体本身性能问题

车体的三个性能（动力性能、行驶稳定性和制动性能）从根本上决定了驾驶员的行车安全，任何一个性能不符合标准都可能造成交通事故。

①动力性能。在对机动车动力性能设计过程中，对车体自身爬坡性能的技术要求是不容忽视的，若车辆动力性能不足，则通过坡度较大的三级公路长大坡段时十分费力，特别是在雨、雪、霜天气状况下，路面上车体很容易打滑，更需要足够的爬坡动力去克服车体重量。

②制动性能。车辆在长大下坡路段的行驶过程中出现雨、雪、霜天气后，坡段道路的附着力系数减小，附着力降低，车辆的最大制动距离增加。特别是载重货车，其惯性较大，制动时间与距离较长，在制动过程中刹车片的温度逐渐升高导致制动效果减弱[5]。

③行驶稳定性。一部分车辆重心较高，在弯道路段行驶或者变换车道过程中时常发生“发飘”“摆尾”等现象[6]，如果车速较快，行驶至急弯路段时车辆很容易发生侧翻，行驶稳定性欠佳。

3.2.3 驾驶员状态

汽车驾驶过程中，驾驶者眼球视野收集有关行驶环境数据，然后把收集到的数据传入脑部，并经由脑部的指令实现手与脚的配合操作。如果司机存在醉酒驾车、疲劳驾驶、超速行车等驾驶行为[7]，驾驶员的反应性、灵活性、协调性减弱，引发交通事故。此外，驾驶员基本素质、路况和交通管理力度也是交通事故的重要影响因素[8]。

3.2.4 长大下坡路段车辆行驶速度

通过从长大下坡路段各个速度观测站所测得的数据表明，小汽车在下坡路段行驶时，车速基本呈增长态势，最高车速达136km/h，大货车的速度为90km/h，而小汽车在下山5km～6km后速度就很快超过了120km/h，并且继续在一条相对较为稳定的高速区间内行驶。由表1可知，各种汽车间的车速差距由坡顶至坡底呈现出先增后降，继而继续增大的态势，不同种类车辆的速度差距较大，整个道路的行车条件不理想。

表1 三级公路在长下坡路段的不同车辆速度变化情况

4 三级公路长大下坡路段安全保障系统设计

4.1 三级公路长大下坡区段的交通安全保障系统构建思路

三级公路长大下坡的交通安全保障系统要在驾驶者驾驶特性[9]的基础上，从坡段的线形、安全设施设计及交管措施的角度考虑对下坡交通安全的影响，进而确保车辆在长大下坡路段的行驶安全，设计思路如图1所示。

图1 三级公路长大下坡安全保障体系设计流程

4.2 三级公路长大下坡路段安全保障系统具体设计方案

4.2.1 视线诱导设计

视觉引导系统通过图形标识的方式，从视觉上赋予驾驶者充足的环境和道路信息，可以增强司机辨别三级公路以上路面及长大下坡区段轮廓的意识，使其在符合规范的车道内保证安全行车。

视觉诱导工具的使用与事故率、路侧状况以及路面线形有关。对发生可能性较小、对路侧威胁范围不大、线形指标良好的三级公路坡段，可采用轮廓标、示警墩、示警点等视觉引导措施。而对线形指标不良的坡段，可采用线形诱导标[10]。

4.2.2 警示标设计

三级公路虽然安装了视线诱导设施，但事故发生率并没有显著下降，主要是诱导设施在信息指示上缺乏前瞻性，只限于在视线诱导设施所在的坡段才可发挥作用，对不熟悉路况的驾驶员来讲，需提前获取危险路段信息。在此基础上，在危险路段合理范围内设置交通警示标可有效解决主动诱导不足的问题。

4.2.3 强制减速设施设计

目前国内对强制减速装置的研发正在逐渐完善，交通部门也针对交通事故多发地段配备了各种减速设施。通过利用凹凸不平的道路结构，把减慢缓行的指令信息及时反馈给驾驶员，从而获得合理的减速作用。目前常见的强制减速装置有减速丘、减速垄、人行车道减速标线、路肩振动带等。

4.2.4 救援设施设计

在三级公路长大下坡区段，由于长期使用刹车器而造成的刹车失灵问题，是发生交通事故最主要的原因。前述三个思路并不能彻底防止此类事故，故需对个别遇险汽车加以抢救，最合理的救助方法是使其在外力作用下稳定驻车。

避险车道是中国近年来最广泛使用的应急救助方法，通过避险车道制动路床可有效使失控汽车迅速驻停[11]，遇险汽车自身也不会遭受强烈外力影响，在没有碰到障碍物的前提下车体变形较小，驾乘人员逃生的可能性大大增加。避险车道的长度应当能够承载一台以上失控汽车或者一台服务汽车，制动坡床与服务车道的长度不得少于8m。制动坡床铺砌厚一般为0.3m～0.9m，入口处垫筑厚约10cm，并通过30 m 渐变段逐步过渡至正常厚度，避险车道的设置方法如图2所示。

图2 避险车道设置方法

5 案例分析

5.1 项目概况

S215 线是甘肃省与青海省相连接的一条通道（图3），同时也是酒钢集团公司镜铁山矿一条重要的公路运输通道，途径玉门市，位于祁连山北麓，地形起伏较大，路网功能突出，交通安全工作重要。

图3 S215线地理位置

根据S215 线现有路况，拟定K160+777～K194+527段、K220+777～K227+037 段及K227+037～K237+777 段为研究路段。

①K160+777～K194+527段。线路起点为K160+970（最低点），终点为K193+900（最高点），区段长33km，起点高程1.534km，终点高程3.424km，高差为1.890km，一般纵坡为5.6%，最大纵坡为6.9%。

②K220+777～K227+037 段。纵坡起点为K225+660，终点为K214+650，区段长11.01km，起点高程3707m，终点高程4057m，高差为350m，平均纵坡为5.6%，最大纵坡为6.9%。

③K227+037～K237+777段。路段起点为K225+700（最高点），终点为K236+730（长大纵坡结束点），区段长11.03km，起点高程4057m，终点高程3402.2m，高差为-654.8m，平均纵坡为5.77%，最大纵坡为6.95%。

5.2 交通特征分析

从交通量的时间分布特性和交通组成两个方面分析S215各路段的交通特征，采用S215线玉门东收费站连续统计的2020 年10 月～2021 年8 月断面交通量观测数据为实验数据。

①交通量。由S215 公路2021 年1 月到8 月的月平均日交通量（图4）可知，受春节假期和S215线功能定位的影响，春节前后三个月S215 线主要承载的酒泉钢铁集团公司矿石运输货车的通行需求减少，导致S215 线交通流量较少。此后几个月随着经济社会活动的逐渐复苏，交通流量呈现明显的增长趋势。

图4 2021年S215公路在1月到8月的月平均日交通量

②交通组成。通过对2021 年1 月至8 月各类型车辆交通量占比（图5）的研究表明，S215公路交通流构成中以中小客车居多，比重达60.49%，其次是特大货车，比重达17.74%。

图5 各类型车辆交通量占比

5.3 长大下坡路段类别判定

拟评价三段长大下坡路段设计标准为省道三级公路，K160+970～K193+900段，连续纵坡长度33km，平均纵坡为5.6%。K214+650～K225+660 段，连续纵坡长度11.01km，平均纵坡为5.6%。K225+700～K236+730 段，连续纵坡长度11.03km，平均纵坡为5.77%。

以上三段超出《提升公路连续长陡下坡路段安全通行能力专项行动技术指南》界定的“任意连续3km 路段的平均纵坡不宜大于5.5%”的连续长陡下坡阈值规定。据可靠数据显示，三段路段近3年内共计发生1起涉及货车制动失效事故，无人员伤亡，货车“自然数”车型比例为37.08%，大于20%。综合考虑事故等级、事故指标、线性指标与货车比例，根据《提升公路连续长陡下坡路段安全通行能力专项行动技术指南》，拟评价的公路连续长陡下坡安全通行能力提升路段为Ⅰ类提升路段，路段分类见表2。

表2 公路连续性长陡下坡畅行能力提升区段划分

表3 高速公路、一级公路连续长陡下坡的平均坡度与连续坡长

5.4 交管与工程技术措施

为了降低事故规模，减轻事故的危害及影响，增强驾驶安全，根据要求结合实际情况对S215的下坡制定交通方案并实施技术保护措施，做好坡头、坡顶、坡中、坡底等低限指标区域的危险警示，同时加强路段的控制。

5.4.1 K160+970～K193+900段措施

①坡前上游路段（坡顶前2km 范围内，即K193+900～K195+900段）设置长陡下坡预告标志。

②坡顶起始路段（坡顶至下游3km 处，即K193+900～K190+900段），均设有长陡下坡预告标志。

③坡中路段（坡顶下游3km处至坡底上游2km位置的路段，即K190+900～K162+970 段），安装坡中余长标牌、结构物或低限指标路段的警示标志和公路减速设施，或实施防护改造。

④坡底路段（坡底上游2km 处至坡底范围内的路段，即K160+970～K162+970 段），设置了结构物最高或最低下限值路面警示标志以及公路减速设施、长陡下坡结束标志，并实施了围栏改造。

5.4.2 K214+650～K225+660段

①坡前上游路段（坡顶前2km 范围内，即K225+660～K227+660段范围内），设置长陡下坡预告标志。

②坡顶起始路段（坡顶至下游3km 处，即K225+660～K222+660 段），设有高陡的下坡开始标志，货车使用低挡、检查刹车、货车检查站（图6）等告示标志。

图6 货车检查站

③坡中路段（坡顶下游3km 至坡底上游2km 位置，即K216+650～K222+660 段），设置坡长余长标志、结构物及底线标准路段的警示标志和路面减速措施，并实施围栏改造。

④坡底路段（坡底上游2km 处至坡底范围内的路段，即K214+650～K216+650段）安装了结构物或较小限值段的警示标志以及路面减速装置、高陡下坡结束标志，并完成了围栏改造。

5.4.3 K225+700～K236+730段

①坡前上游路段（坡顶前2km 范围内，即K225+700～K223+700段），设置长陡下坡预告标志。

②坡顶起始路段（坡顶至下游3km 处，即K225+700～K228+700 段），设有高陡下坡的开始标志，货车使用低挡、检查刹车等告示标志。

③坡中路段（坡顶下游3km 至坡底上游2km 位置，即K228+700～K234+730 段），安装坡中余长标志、结构物及底限标准路段的警示标志和公路减速设施，同时实施围栏改造（图7）。

图7 连续下坡剩余坡长提示标志

④坡底路段（坡底上游2km 处至坡底范围内的路段，即K236+730～K234+730段）安装了结构物最高或最小限值路段的警示标志以及路面减速装置、高陡下坡结束标志，并完成了围栏改造。

6 结语

三级公路的下坡区段为当前我国道路上重大安全事故高发区域，实施合理的道路保护措施既可以保证公路的正常交通通行能力，又能降低重大安全事故的发生率。通过分析得出如下结论：

①低流量下的长大下坡路段事故发生的影响因素主要是人员、车辆、天气和环境几个方面，事故发生的所有车种构成中，大货车位列第一。

②通过对信息传递阶段中不同阶段特征的综合分析，并考虑了常用的公路安全防护设施，给出了通过视觉引导、视觉警告、触觉强制减速和应急救助四大阶段特征的道路安全保障体系设计思路。

③以S215线的连续长大下坡安全通行能力研究为例，通过参考其交通量的时间分布特性和交通组成，实现了S215 线三个坡段各个坡前上游、坡顶起始、坡中、坡底部分的主要交通管理对策与技术举措，以及通过采取人为合理的把控策略，提升三级公路长大下坡路段交通安全，从而降低道路事故发生率。