高 謙，徐修婷，瓦慶標(biāo)

(1.貴州省貴陽公路管理局，貴州 貴陽 550000；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

1 山區(qū)公路概況

某山區(qū)公路連續(xù)長下坡路段，起止樁號(hào)為K1500+000～K1490+500。設(shè)計(jì)速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m，雙向四車道，全封閉，全立交。該路段為連續(xù)長下坡路段，局部存在一段反坡。經(jīng)調(diào)研，該路段存在避險(xiǎn)車道設(shè)置不合理、霧天較多、道路線形誘導(dǎo)設(shè)施效果不佳等問題。據(jù)事故資料顯示，2016～2018年，毗鄰坡底位置共發(fā)生38起交通事故，事故類型多為追尾及撞固定物，事故統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 2016年～2018年相關(guān)事故統(tǒng)計(jì)表

2 避險(xiǎn)車道設(shè)置依據(jù)

2.1 避險(xiǎn)車道設(shè)置條件

《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D81—2017)中規(guī)定：新建公路中存在連續(xù)長、陡下坡路段時(shí)，當(dāng)其平均縱坡坡度和坡長滿足表2規(guī)定，且交通構(gòu)成中貨車比例達(dá)到20%～30%時(shí)，宜結(jié)合具體交通安全評(píng)價(jià)結(jié)論，考慮設(shè)置避險(xiǎn)車道。

表2 連續(xù)長下坡路段考慮設(shè)置避險(xiǎn)車道的平均縱坡坡度和坡長

2.2 避險(xiǎn)車道設(shè)置長度

根據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D81-2017)11.3.7規(guī)定，在避險(xiǎn)車道中，制動(dòng)床的長度應(yīng)根據(jù)失控車輛的駛?cè)胨俣?、坡床縱坡和材料綜合確定，計(jì)算值見式1，參考值見表3和表4。

(1)

式中：L-制動(dòng)床長度(m)；V-制動(dòng)床的車輛駛?cè)胨俣?km/h)；R-滾動(dòng)阻力系數(shù)；G-坡度(%)。

表3 不同等級(jí)公路避險(xiǎn)車道制動(dòng)床設(shè)計(jì)入口速度建議值

表4 不同材料的滾動(dòng)阻力系數(shù)R值

3 避險(xiǎn)車道設(shè)置位置分析

設(shè)置避險(xiǎn)車道時(shí)需占用路側(cè)土地，山區(qū)地形很大程度上限制了設(shè)置位置。避險(xiǎn)車道的設(shè)置應(yīng)考慮平面、縱斷面線型、車速，同時(shí)結(jié)合制動(dòng)轂溫升、制動(dòng)失效事故率等條件綜合選擇避險(xiǎn)車道設(shè)置的相對(duì)合理位置。

3.1 線路縱斷面圖分析

依據(jù)研究路段道路設(shè)計(jì)資料，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)地勘測資料，繪制本路段內(nèi)長陡下坡路段的縱斷面圖。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，研究路段為連續(xù)下坡路段，下坡坡長較長，累計(jì)坡長近10 km，平均縱坡為4.0%～4.5%，屬于典型的長下坡路段。實(shí)際貨車交通量占總交通量的20%以上，按照《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D81-2017)的要求，應(yīng)選擇恰當(dāng)位置設(shè)置避險(xiǎn)車道。

3.2 剎車制動(dòng)轂溫度分析

結(jié)合相關(guān)研究成果，重型載重車輛在連續(xù)長下坡路段的運(yùn)行速度變化規(guī)律為：車輛駛?cè)胂缕侣范螘r(shí)，由于受到重力沿縱坡坡面的分力作用，車輛將保持持續(xù)加速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。隨著坡長增長，行駛距離的增加，車輛勢能和動(dòng)能會(huì)相互轉(zhuǎn)換，車速將持續(xù)上漲，駕駛員為保證行車安全，采取連續(xù)或長時(shí)間的減速制動(dòng)措施，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，制動(dòng)器溫度上升，車輛在下坡過程中會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器溫度持續(xù)上升。

本文采用制動(dòng)轂溫升模型，模擬連續(xù)長下坡路段貨車制動(dòng)消能熱衰退的過程。以50 t歐曼6軸貨車為研究對(duì)象，利用公式(2)對(duì)大貨車在研究區(qū)域K1497+300～K1495+300段連續(xù)下坡行駛時(shí)的剎車轂溫度預(yù)測，預(yù)測結(jié)果如表5所示。

(2)

式中：K1=hAc/mbC,K2=1/hAc；T0-制動(dòng)器的外部環(huán)境溫度(℃)；T∞-制動(dòng)器的初始溫度(℃)；h-對(duì)流換熱系數(shù)；(W/m2×℃)；Ac-貨車后輪制動(dòng)系統(tǒng)有效傳導(dǎo)面積(m2)；mb-貨車后輪制動(dòng)系統(tǒng)有效傳導(dǎo)熱質(zhì)量(Kg)；β-貨車的制動(dòng)力分配系數(shù)；C-貨車后輪制動(dòng)系統(tǒng)熱容量(J/(kg ℃))；W-貨車總重(N)；i-連續(xù)長下坡路段的縱坡坡度(%)；x-坡段距坡頂?shù)木嚯x(m)；v-下坡時(shí)平均車速(m/s)。

表5 長下坡路段行駛貨車制動(dòng)器溫度預(yù)測表(超載10%)

目前各溫升模型多以260 ℃作為貨車制動(dòng)失效大幅度降低的溫度限值，故擬將剎車轂溫度達(dá)到260 ℃的樁號(hào)作為貨車制動(dòng)失效點(diǎn)。依據(jù)溫升模型計(jì)算，剎車轂溫度達(dá)到260 ℃的樁號(hào)大約在K1495+300附近，故將樁號(hào)K1495+300作為制動(dòng)失效點(diǎn)，避險(xiǎn)車道的設(shè)置位置應(yīng)選擇制動(dòng)失效點(diǎn)附近。

3.3 連續(xù)長下坡行駛車速預(yù)測

連續(xù)長下坡路段坡頂至制動(dòng)失效點(diǎn)之間區(qū)段的制動(dòng)效能良好，可認(rèn)為車輛在駕駛?cè)苏瓶胤秶鷥?nèi)安全行駛。從制動(dòng)失效點(diǎn)算起，車輛行駛速度隨著縱坡坡長的增加而增加，具體如計(jì)算公式(3)所示。

(3)

式中：Vx—距離制動(dòng)失效點(diǎn)x處的車輛速度(m/s)；Vi—制動(dòng)失效點(diǎn)車的車輛速度(m/s)；g—重力加速度(9.81 m/s2)；hx—制動(dòng)失效點(diǎn)與距離制動(dòng)失效點(diǎn)距離為x點(diǎn)之間的高差(m)。

依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果：制動(dòng)失效點(diǎn)位置樁號(hào)為K1495+300，該處貨車運(yùn)行速度預(yù)測值為73.25 km/h，繪制貨車行駛至制動(dòng)失效點(diǎn)后速度隨高程變化的行駛速度表，如表6所示。

表6 貨車速度隨高程變化表

3.4 避險(xiǎn)車道的位置選址

通過分析計(jì)算，結(jié)合該長下坡路段在K1495+000～K1495+600樁號(hào)段路側(cè)地形條件良好，符合設(shè)置避險(xiǎn)車道的條件。經(jīng)實(shí)地調(diào)研和比選，建議在樁號(hào)K1495+000～K1495+300之間增設(shè)避險(xiǎn)車道，以提高該長下坡段的交通安全，為制動(dòng)失效貨車提供安全駛離主線、減速停車和實(shí)現(xiàn)自救的條件。

4 結(jié) 論

在山區(qū)公路長下坡路段中，合理設(shè)置必要的避險(xiǎn)車道，可以對(duì)降低該類型路段的交通事故率、減少人員傷亡人數(shù)和財(cái)產(chǎn)損失起到重要的作用。本文以某山區(qū)公路連續(xù)長下坡路段避險(xiǎn)車道選址計(jì)算為基礎(chǔ)，分析了山區(qū)公路避險(xiǎn)車道設(shè)置的條件和方法，為類似工程設(shè)計(jì)應(yīng)用提供依據(jù)和參考。