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        福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段的避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)研究

        2016-08-10 09:08:51林大云福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院福州350004
        福建交通科技 2016年3期
        關(guān)鍵詞:下坡路失控制動(dòng)器

        ■林大云(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州350004)

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        福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段的避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)研究

        ■林大云
        (福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院,福州350004)

        隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展,在山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中不可避免會(huì)存在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段。避險(xiǎn)車(chē)道作為降低失控車(chē)輛傷亡率最為有效的工程措施,越來(lái)越受到重視。本文就以福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)為依托,重點(diǎn)介紹下坡型避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,闡述下坡型避險(xiǎn)車(chē)道的適用條件,并針對(duì)性提出增加下坡型避險(xiǎn)車(chē)道安全性相關(guān)措施的建議。

        避險(xiǎn)車(chē)道高速公路長(zhǎng)下坡分析設(shè)計(jì)

        0引言

        山區(qū)高速公路建設(shè)過(guò)程中,由于山區(qū)地形條件的復(fù)雜多變,構(gòu)造獨(dú)特。同時(shí)也受自然條件以及環(huán)境制約出現(xiàn)長(zhǎng)下坡路段。導(dǎo)致高速公路的很多路段技術(shù)指標(biāo)很低,陡坡彎急,視距不足,防護(hù)設(shè)施缺乏等諸多因素產(chǎn)生極易造成車(chē)輛失控,而出現(xiàn)車(chē)禍?zhǔn)鹿省R虼?,在山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車(chē)道是一種有效的工程措施,但其設(shè)置原則模糊隨意性大,設(shè)計(jì)也缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)。山區(qū)高速公路長(zhǎng)下坡路段的避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)時(shí),要對(duì)車(chē)輛荷載數(shù)據(jù)以及選址設(shè)置進(jìn)行分析和計(jì)算研究,以期更好地指導(dǎo)山區(qū)避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)置和設(shè)計(jì),提高山區(qū)公路的安全服務(wù)水平。本文以福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)及面臨問(wèn)題進(jìn)行分析研究。

        1高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)針對(duì)的事故車(chē)輛分析

        高速公路長(zhǎng)下坡路段事故車(chē)輛原因主要有:(1)駕駛員不當(dāng)操作;(2)車(chē)輛行駛過(guò)程中制動(dòng)器失效;(3)天氣或自然災(zāi)害。避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)的事故車(chē)輛主要針對(duì)行駛過(guò)程中制動(dòng)器失效的車(chē)輛。

        從制動(dòng)原理來(lái)說(shuō),制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中是將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn):當(dāng)制動(dòng)器溫度不超過(guò)200°C時(shí),車(chē)輛的制動(dòng)器不會(huì)發(fā)生明顯衰減現(xiàn)象;當(dāng)制動(dòng)器溫度達(dá)到400~600°C時(shí),車(chē)輛的制動(dòng)力只能達(dá)到正常制動(dòng)的20%~25%;當(dāng)制動(dòng)器溫度達(dá)到600°C以上時(shí),車(chē)輛的制動(dòng)力完全失效。由于大部分上路車(chē)輛均是合格產(chǎn)品,制動(dòng)器的制動(dòng)性能與車(chē)輛是配套的,很難會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)器失效狀態(tài),因此制動(dòng)器失效車(chē)輛的應(yīng)主要是超載重車(chē)(且司機(jī)操作不當(dāng))。經(jīng)分析可得出結(jié)論,高速公路長(zhǎng)下坡路段避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)置主要針對(duì)超載重車(chē)(貨車(chē))而設(shè)置。

        2長(zhǎng)下坡路段交通事故概況及分析

        福銀高速公路長(zhǎng)下坡路段情況為金雞山隧道(K162+ 209.983,高程516.450m)至向陽(yáng)隧道前1公里(K150+ 815,高程174.653m)段,路線長(zhǎng)11.39km,平曲線最小半徑400m/1處,最大縱坡5%,平均縱坡為3%。平面圖如圖1所示。

        圖1 福銀高速公路K150~K160平面圖

        此段落高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):

        (1)計(jì)算行車(chē)速度:主線為80km/h;

        (2)路基寬度:主線整體式路基24.5m;

        (3)路面:瀝青混凝土路面。

        此段落于2004年11月通車(chē)運(yùn)營(yíng)。根據(jù)福建高速三明管理分公司提供的交通事故數(shù)據(jù),從2009年1月至2012年6月,該路段共發(fā)生231起交通事故,其中死亡事故5起,造成6人死亡,5起事故中有4起發(fā)生在雨天。其中,坡底K147~K148、K151~K153和K158-K159路段事故數(shù)較多,為事故多發(fā)路段。

        從K150~K160B道路段事故里程分布圖可以看出,事故主要集中在K158~K159、K151~K153和K147~K148路段。事故里程分布圖如下圖2所示。

        圖2 K150~K160B道事故里程分布圖

        (1)K158~K159段事故分析

        該路段在坡頂位置,K158+826.70~K158+110.61為平曲線路段,平曲線半徑為500m。該路段事故統(tǒng)計(jì)分析情況為,小客車(chē)事故占90%,雨天事故占61%。大貨車(chē)事故不明顯,該處不需要設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。

        (2)K147~K148段事故分析

        該路段為大排隧道群路段,根據(jù)調(diào)研了解2012年大排隧道群進(jìn)行了路面改造,改造之后事故數(shù)大幅下降。

        (3)K151~K153段事故分析

        該路段之前下坡路段約8km,平均縱坡為3.2%,屬于連續(xù)長(zhǎng)下坡路段,K153~K151在坡底處,并且該段平面為連續(xù)S形曲線(平曲線半徑分別為800m、900m和600m)。該路段貨車(chē)事故僅占34%,貨車(chē)事故中晴天事故占56%。

        3避險(xiǎn)車(chē)道位置選擇

        在K151~K153間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,適合設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道有3處,分別為K151+200,K152+580,K152+980的B道右側(cè),根據(jù)事故分析圖2可知,K152+500~K153+000是事故高發(fā)位置,從圖可判斷發(fā)生事故的車(chē)輛應(yīng)在進(jìn)入K153+000時(shí)候大部分已經(jīng)進(jìn)入失控狀態(tài),設(shè)置于K151+ 200已經(jīng)過(guò)了事故高發(fā)點(diǎn)已無(wú)意義,設(shè)置于K152+580事故高發(fā)點(diǎn)的大部分車(chē)輛已經(jīng)發(fā)生事故,故設(shè)置在大部分失控車(chē)輛剛失控發(fā)生事故位置K152+980能夠盡可能地讓失控車(chē)輛進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道。另外從路線技術(shù)數(shù)據(jù)上看,K152+580、K152+980剛好處在路線半徑900的圓曲線的前后緩和曲線上,對(duì)于圓曲線內(nèi)大貨車(chē)容易側(cè)翻來(lái)說(shuō)設(shè)置在已經(jīng)出了圓曲線的K152+580比未進(jìn)入圓曲線的K152+980更不利。故綜合分析認(rèn)為選擇K152+980位置設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道比較有利。

        4避險(xiǎn)車(chē)道入口速度分析計(jì)算

        擬采用的能量計(jì)算式:

        W(入口動(dòng)能)=W(勢(shì)能)+W(初始動(dòng)能)-W(車(chē)輪滾動(dòng)阻力)-W(空氣阻力)-W(剎車(chē)摩擦阻力)-W(輔助制動(dòng)裝置的阻力)

        W(入口動(dòng)能)=mvj2/2,W(勢(shì)能)=mgh,W(初始動(dòng)能)=mv02/2,W(車(chē)輪滾動(dòng)阻力)=mgFL

        W(空氣阻力)=CdAtv3/76.14,W(剎車(chē)摩擦阻力)=msc △t,W(輔助制動(dòng)裝置的阻力)=3.6Peng(Gti,v)/v

        式中m為車(chē)輛質(zhì)量,根據(jù)以上公式判斷,m取值越大,Vj越大,故根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及車(chē)輛超載的情況m取值60噸;g=9.8m/s;L,B道金雞山隧道(K162+209.983,高程516.450m)至避險(xiǎn)車(chē)道入口(K152+980,高程248.083m)的距離,L=9230m;H,對(duì)應(yīng)的高差,h=268.367m;v0,初始速度,取值80km/h=22.22m/s;F,瀝青路面滾動(dòng)摩阻系數(shù),F(xiàn)=0.01~0.02;Cd,空氣阻力系數(shù),取值0.44;A,超載車(chē)輛的迎風(fēng)面積,取值8m2;v,行駛速度,取值v=v0=22.22m/s;t,車(chē)量行駛時(shí)間,t=L/v=9230/22.22=415s;ms(剎車(chē)片質(zhì)量)、c(剎車(chē)片比熱容)采用不同的剎車(chē)片進(jìn)行試算;△t,溫差,取值580°C。Peng(Gti,v),發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)裝置的功率,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。

        根據(jù)有關(guān)部門(mén)提供的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),并按上述能量平衡原理進(jìn)行速度估算、分析及長(zhǎng)下坡不同地段至K152+980的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算,認(rèn)為避險(xiǎn)車(chē)道入口處的設(shè)計(jì)速度采用120km/h可涵蓋大部分失控車(chē)輛的失控速度。

        5避險(xiǎn)車(chē)道制動(dòng)坡床設(shè)計(jì)

        避險(xiǎn)車(chē)道漸變段起于主線樁號(hào)K152+980,設(shè)計(jì)線形采用5°的流出角直線從主線分離,漸變段長(zhǎng)50m,過(guò)渡漸變段長(zhǎng)90m,直線制動(dòng)坡床長(zhǎng)150m,避險(xiǎn)車(chē)道平面圖如下圖3所示。

        縱坡采用10%(42m)、15%(108m);如下圖4所示。

        避險(xiǎn)車(chē)道寬度14.5m(含施救車(chē)道寬5.5m),制動(dòng)車(chē)道采用豆礫石面層,粒徑為2~5cm,路面厚度漸變段長(zhǎng)30米(樁號(hào)K0+090~K0+120),厚度由10cm漸變至55cm,制動(dòng)坡床路面采用波浪形鋪設(shè),車(chē)道兩側(cè)設(shè)置砼防撞欄。路基橫斷面如下圖5。

        避險(xiǎn)車(chē)道終點(diǎn)利用地形設(shè)置撞擊緩沖設(shè)置,如下圖6。

        避險(xiǎn)車(chē)道制動(dòng)采用的計(jì)算公式:L=V2/254.27(f+i)

        式中f,坡床材料滾動(dòng)阻力系數(shù),取值0.25;V,失控車(chē)輛入口速度,取值120km/h;i,避險(xiǎn)車(chē)道平均縱坡,取值12.87%;L,避險(xiǎn)車(chē)道坡長(zhǎng),計(jì)算結(jié)果為150m。

        圖3 避險(xiǎn)車(chē)道平面圖

        圖4 避險(xiǎn)車(chē)道縱面圖

        圖5 避險(xiǎn)車(chē)道橫斷面圖(單位:cm)

        圖6 避險(xiǎn)車(chē)道端部處理圖(單位:cm)

        6結(jié)論

        避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置在K152+980B道右側(cè)無(wú)法解決所有的失控大貨車(chē)的避險(xiǎn)問(wèn)題,設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道也無(wú)法圓滿解決高速公路長(zhǎng)下坡段落容易出現(xiàn)失控車(chē)輛的頑疾。大量的失控車(chē)輛是因?yàn)槌d車(chē)輛進(jìn)入了長(zhǎng)下坡路段,當(dāng)因?yàn)榻ㄔO(shè)條件等因素造成高速公路選擇了設(shè)置長(zhǎng)下坡,為避免出現(xiàn)車(chē)輛失控最優(yōu)的方式還是嚴(yán)格控制車(chē)輛超載。

        [1]吳京梅,何勇主編.公路連續(xù)長(zhǎng)大下坡安全處置技術(shù).北京:人民交通出版社.

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