平均纵坡在公路长陡下坡路段的安全评价应用

林煌

（广州城市职业学院，广东 广州 510000）

0 引言

我国道路连续长陡下坡路段交通事故死伤率一直处于高发状态。究其原因，除了司机、行人的心态、素质、习惯，以及车况，路况等因数外，还与公路的管理、设计等因数相关。针对设计，相应的规范也在不断地更新和完善。《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中规定了长陡下坡路段最大纵坡、最大坡长等各项极限指标及其组合情况，但这些指标仅仅满足车辆行驶的最低安全要求，同时，关于公路整条路段（尤其连续长陡下坡路段）安全方面的控制和评价相对不够完善，尤其在对路段做出快速安全评价建议方面，目前还在改进完善过程之中。

1 公路安全性评价

目前，我国高速公路安全性评价主要采用定性（经验评价）和定量（参数评价）相结合评价方法，《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015）是目前开展公路安全性评价的主要技术标准依据。规范结合我国国情，通过分析整理国内外已有研究成果及实践总结，对工程可行性研究、初步设计、施工图设计、交工及后评价等各阶段提出了安全性评价的重点、流程和内容。但是评价规范中提供的运行速度计算方法及表格比较复杂，需要与相关的软件一起使用。比较之下，在完全执行评价规范的前提下，基于平均纵坡这一指标，能更简单、快捷地辅助评估公路路段的安全性是否严峻[1]。

2 平均纵坡对长陡下坡路段事故率的影响

纵坡和坡长是纵坡设计的主要参考因素，纵坡的坡度大小不仅影响路段设计长度，同时对路段行驶车辆行车安全，运输成本等产生影响。《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）就公路的最大、最小纵坡，平均纵坡均有规定，但标准为宽泛值，通过选取八达岭等4 段高速公路事故多发路段进行平均纵坡分析，单从技术标准来看，长陡下坡路段设计均符合标准要求，但可以发现这些长陡下坡路段纵坡设计指标均临近纵坡设计允许最大值，导致样本路段车辆行车安全不利，从而出现事故多发，样本高速公路事故多发路段纵坡指标如表1 所示。通过引入平均纵坡指标，在具体设计过程中，可以利用平均纵坡对连续长陡下坡路段进行宏观把控，从而在遵守《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）的要求前提下，进一步优化指导路段内各下坡段的纵坡和坡长[2-3]。

表1 样本高速公路事故多发路段纵坡指标

3 平均纵坡对道路行车安全的影响

3.1 上坡时平均纵坡对道路行车安全的影响

相关试验结果表明，载重汽车在3%以下的坡道上行驶时，速度只受到轻微的影响，而纵坡坡度一旦大于或等于3%时，其对载重汽车就开始产生一定影响，当纵坡大于4%时，当坡长为200～300m，汽车行驶速度降低幅度可达到20～30km/h，并且坡度越大速度折减越大。相比而言，小客车几乎都能爬上7%～8%的陡坡，在前500m 上坡路段平均减速15～20km/h；而后500m 平均减速为10km/h 左右，在运行800m 以后，速度逐新趋于平稳[4]。

由于重型货车与小汽车行驶速度的差异，在某些线形不良的路段车辆间极易发生相互追尾等交通事故。目前，我国纵坡指标的制定主要是依据汽车上坡行驶时爬坡的计算模型确定的。然而根据行车调查分析，与上坡相比，汽车下坡的行车安全更为严重。因此，从下坡安全行驶的角度进行纵坡限制更利于安全标准的制定。

3.2 下坡时平均纵坡对道路行车安全的影响

汽车制动失效通常为连续长陡下坡路段事故发生的主要原因，且多为重载和超载车辆。对某山区典型连续长下坡路段下坡开始和结束处进行观测，分析得到车辆的制动情况，通过货车在该路段下坡行驶的速度曲线得出车辆在下坡行驶过程中，由于坡度影响，该车制动较为频繁，有20 次减速制动，平均制动频次约2.8 次/km。制动的持续距离在100m 以上，相应的制动持续时间也多在10s 以上，属典型的持续制动方式，安全形势颇为严峻[5-6]。

为了减少连续长大下坡路段的事故伤亡率，国内外最常采用的是设置避险车道这一有效的工程措施。避险车道的设置要求，依据车辆下坡时制动器温度是否可控。通常，当制动毂温度达到260℃时，则认为制动器开始失控，为保障行车安全需要考虑设置紧急避险车道。目前制动器温度升温计算常用的有如下两种模型。

（1）合肥工业大学张建军[7]以无辅助制动条件下，东风载重8t 货车为代表，货车后轮制动器温度为依据，建立了制动器温度与坡度、速度和坡距的数学模型如式（1）至式（2）所示。

式中：T——制动毂温度，℃；G——下坡坡度，%；V——车辆下坡速度，km/h；L——车辆行驶距坡顶的距离，km。

（2）同济大学道路与交通实验室在不考虑辅助制动方式影响下，建立了制动毂温度预测模型修正如式（3）所示[8]。

式中：F坡底——制动毂在坡底时的温度，℃；H——长下坡路段总高差，m；L——长下坡路段总坡长，km。

通过对比分析计算制动器温升数学模型（1）和模型（2）可见，在长陡下坡路段车辆行驶安全过程中，平均纵坡的指标控制会对车辆行驶安全起到重要保障作用，且当平均纵坡在3%～3.5%时距坡顶6km 距离处为事故多发地的重要分水岭。除以上两种模型外，长安大学李都厚等选择东风载货汽车建立了制动效能热衰退预测模型，该模型坡度不采用平均纵坡，在进行温升计算时，把上一段坡道的计算结果设置为初始值代入下一段坡道温升计算[9]。

3.3 平均纵坡与道路行车安全统计分析

通过对八达岭高速公路、漳龙高速公路、运三高速公路、石太高速公路选取的事故样本路段实际运行状况及事故相关资料分析，平均纵坡与下坡坡长、事故多发黑点距坡顶距离等指标均能建立相关性[10]，由此可为长陡下坡路段平均纵坡安全评价控制指标确立提供依据，表2 为样本高速公路事故多发路段纵坡指标，表3为平均纵坡与事故多发区相关特征。

表2 平均纵坡与事故多发域距坡顶距离关系

从以上的事故相关影响性分析可以看出，平均纵坡这一指标在连续陡坡路段，表现出以下特征：长陡下坡路段易形成多个事故黑点，平均纵坡越大，首发事故黑点距坡顶的距离越近；长陡下坡路段事故多发段平均纵坡值一般大于3.5%且事故下坡段长度一般在3km左右；长陡下坡路段区段间间隔设立小坡度缓坡路段与连续多个无缓坡区段相比能延长一倍左右首发事故黑点的发生距离。因此，有必要通过平均纵坡这一简易指标对道路长陡下坡路段安全进行评价，得出相关事故特征，避免道路交通事故的发生。

4 平均纵坡安全评价建议控制值

根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）对道路纵坡设计的要求，同时结合上述分析以及我国公路安全评价多年来的实践经验，在遵守规范中的各项要求（如最大纵坡）的同时，得出平均纵坡的安全评价建议值，如表4 所示。

表4 长陡坡路段平均纵坡安全评价控制指标

5 实例分析应用

为进一步验证平均纵坡安全评价的实践应用，选取云南某高速公路中某段下坡路段进行安全评价分析，该高速公路设计速度为80km/h，路线总长63.86km，公路采用的设计标准规范为《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）和《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）。在K38+500—K42+580 路段，该下坡段路段长4.08km，平均纵坡4.1%，路段坡长坡度指标如表5所示。依据上述长陡坡路段平均纵坡安全评价控制指标，该路段长为3km≤L≤6km，任意3km 平均纵坡大于4%，可知该路段大概率会发生由车辆制动器性能衰退而引发的交通事故。

表5 选取的连续陡坡路段坡长坡度指标

6 结语

根据长陡下坡路段安全特性，通过对平均纵坡在道路设计中开展研究，依据平均纵坡这一指标，对公路下坡路段进行安全性评价分析，得到以下结论：①平均纵坡安全评价控制指标可在公路安全评估中，对工程初步设计、施工图设计、交工及后评价等各阶段提出安全性评价的重点和内容，在设计阶段，可以迅速找出方案设计中可能存在的不安全路段，从而进一步优化道路纵断面设计，提高道路线形设计安全水平。②平均纵坡安全评价控制指标可以进一步完善道路运营中的安全评价，改进道路交通标志、标线等附属设施修建，从而使附属设施设置更加合理有据，减少工程安全保障投入。③平均纵坡安全评价控制指标能优化避险车道位置选位方法，基于平均纵坡安全评价的简易判定，可初步估算车辆失控位置，从而为确定避险车道修建位置提供依据。