孟 欣

(上海隧道工程有限公司市政公用工程設(shè)計(jì)研究院，上海 220000)

1 引 言

高速公路為了克服高差，路線不可避免的存在多處連續(xù)縱坡路段?？v坡坡度與縱坡坡長(zhǎng)等指標(biāo)對(duì)大型車(chē)運(yùn)行影響較大，在連續(xù)上坡路段中大型車(chē)車(chē)速較慢，小型車(chē)在高速上行駛速度較快超車(chē)需求較大，大大降低路段的車(chē)輛運(yùn)行安全。特別當(dāng)過(guò)境貨車(chē)混入率高，且服務(wù)水平下降以后，事故率將較快增加。連續(xù)下坡是山區(qū)高速公路上不可避免的問(wèn)題，尤其是長(zhǎng)陡下坡路段易發(fā)生交通事故。通過(guò)對(duì)連續(xù)縱坡路段的安全性分析，提出類(lèi)似工程可參考的安全保障措施建議。

2 連續(xù)上坡路段安全性分析

2.1 連續(xù)上坡路段運(yùn)行速度及服務(wù)水平分析

以長(zhǎng)臺(tái)高速公路K270+396～K274+936上行方向連續(xù)上坡路段為例，該路段平均縱坡2.19%，坡長(zhǎng)4.600 km。對(duì)該連續(xù)上坡路段的大型車(chē)運(yùn)行速度以及通行能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。本項(xiàng)目上行方向運(yùn)行速度預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 上行方向連續(xù)上坡運(yùn)行速度預(yù)測(cè)結(jié)果

據(jù)表1，在該連續(xù)上坡路段中，大貨車(chē)運(yùn)行速度都大于容許最低速度50 km/h。按照規(guī)范要求可不設(shè)置爬坡車(chē)道。

此外，根據(jù)本項(xiàng)目工程可行性研究中的交通量預(yù)測(cè)，得到連續(xù)下坡路段各預(yù)測(cè)年的設(shè)計(jì)小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)交通量，如表2所示。服務(wù)水平按照《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D20-2017)》3.1.2相關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表2 上行K270+396～K274+936連續(xù)上坡路段服務(wù)水平預(yù)測(cè)

根據(jù)分析結(jié)果，該連續(xù)上坡路段至2030年服務(wù)水平已達(dá)到四級(jí)，高速公路服務(wù)水平已不滿足高速公路對(duì)應(yīng)的服務(wù)水平要求。

2.2 連續(xù)上坡路段安全改善方案

連續(xù)上坡路段大型車(chē)速度降低較快，大小車(chē)速度差較大，影響連續(xù)上坡路段交通安全。通過(guò)對(duì)爬坡車(chē)道設(shè)置必要性分析可知，本項(xiàng)目連續(xù)上坡路段大型車(chē)運(yùn)行車(chē)速均大于容許最低速度，可不設(shè)置爬坡車(chē)道。建議下階段考慮以下問(wèn)題，提高連續(xù)上坡路段的運(yùn)行安全性。

(1)交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置

①建議在連續(xù)上坡路段設(shè)置“大型車(chē)靠右”標(biāo)志牌，提示爬坡的大貨車(chē)靠右行駛，降低運(yùn)行速度較低的貨車(chē)對(duì)路段通行能力的影響。本項(xiàng)目建議在互通立交段K271+096～K271+836和縱坡段K274+136～K274+496分別設(shè)置“大型車(chē)靠右”行駛標(biāo)志牌。

②在連續(xù)上坡路段設(shè)置距離確認(rèn)標(biāo)志標(biāo)線，提示車(chē)輛控制車(chē)距防止追尾。

(2)管理措施

在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)上述長(zhǎng)上坡路段的監(jiān)控，根據(jù)交通流情況采取相應(yīng)的管理措施。

①交通高峰時(shí)段，采取適當(dāng)分流措施，確定合適的分流方案，嚴(yán)禁大貨車(chē)長(zhǎng)時(shí)間占用快車(chē)道，以此緩解因通行能力不足導(dǎo)致的交通堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，提高道路通行能力。

②加強(qiáng)對(duì)占用左側(cè)行車(chē)道貨車(chē)的處罰力度、限制超載車(chē)輛進(jìn)入高速公路等。

3 連續(xù)下坡路段安全性分析

3.1 長(zhǎng)下坡路段剎車(chē)轂溫度分析

采用PIARC的剎車(chē)轂溫度計(jì)算模型對(duì)長(zhǎng)下坡路段剎車(chē)轂溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，PIARC制動(dòng)器模型是根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)的能量守恒方程得到的，最終計(jì)算得到的制動(dòng)器溫升模型為

T(t)=(Ti×e-k1×t)+Ta×(1-e-k1×t)+k2×PB×(1-e-k1×t)

(1)

式中：Ti為初始剎車(chē)轂溫度；Ta為外界環(huán)境溫度；k1=1.23+0.025 6×V；k2=0.1+0.002 08×V；V為貨車(chē)車(chē)速；PB為制動(dòng)功率，其計(jì)算公式見(jiàn)(2)式：

PB=PG-PE-PF

(2)

式中：PG為重力作用在縱坡上對(duì)貨車(chē)產(chǎn)生的功率；PE為車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的功率；PF為摩擦力對(duì)貨車(chē)作用的功率。根據(jù)PIARC制動(dòng)器溫升模型，最終的溫度跟5個(gè)參數(shù)有關(guān)，即：

T(t)=T(G，X，V，P，W)

(3)

PIARC基于此模型開(kāi)發(fā)了計(jì)算制動(dòng)溫度的軟件，如圖1所示。

圖1 剎車(chē)轂溫度計(jì)算示意圖

在PIARC軟件中，以200 ℃作為警戒溫度，260 ℃作為危險(xiǎn)溫度，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到不同載重情況下的剎車(chē)轂溫度變化如圖2所示。

圖2 長(zhǎng)下坡路段剎車(chē)轂溫度變化

從圖2可以看出，對(duì)于滿載和超載30%的情況，車(chē)輛在路段上的剎車(chē)轂溫度始終保持在警戒溫度以下；對(duì)于超載50%，雖然整體未超過(guò)剎車(chē)轂溫度警戒溫度，但在坡底位置，剎車(chē)轂溫度穩(wěn)定階段，其溫度已接近200 ℃的警戒溫度；對(duì)于超載100%，可以看出，該情況下，雖然整體均未超過(guò)260 ℃的危險(xiǎn)溫度，但在長(zhǎng)下坡路段的中間段，其剎車(chē)轂溫度已超過(guò)警戒溫度200 ℃，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，長(zhǎng)下坡路段各情況下的剎車(chē)轂溫度風(fēng)險(xiǎn)位置如表3。

表3 剎車(chē)轂溫度警戒位置

3.2 長(zhǎng)下坡路段安全保障措施建議

對(duì)于連續(xù)長(zhǎng)大縱坡，可將其看成由4部分組成：連續(xù)長(zhǎng)下坡開(kāi)始前、長(zhǎng)下坡起始位置(坡頂)、長(zhǎng)下坡中間段、長(zhǎng)下坡終止位置(坡底)，分別針對(duì)這4部分采取適當(dāng)?shù)慕煌ò踩O(shè)施。

(1)長(zhǎng)下坡開(kāi)始前

①在長(zhǎng)陡下坡之前500 m(K275+436處位置)和100～150 m處(K275+086～K275+036位置)設(shè)置“前方長(zhǎng)下坡路段”預(yù)告標(biāo)志，并且可結(jié)合限速標(biāo)志使用；②在長(zhǎng)陡下坡前(K274+936處)設(shè)置減速震動(dòng)標(biāo)線。

(2)長(zhǎng)下坡起始位置

在長(zhǎng)下坡起始位置主要告知駕駛員在長(zhǎng)大縱坡正確的駕駛行為，保持適當(dāng)?shù)能?chē)速，對(duì)長(zhǎng)下坡的危險(xiǎn)性產(chǎn)生一定的警惕。具體措施包括以下幾點(diǎn)：①在長(zhǎng)下坡起始位置(K274+936處)設(shè)置“4.5 km長(zhǎng)下坡開(kāi)始”標(biāo)志，進(jìn)行長(zhǎng)下坡提示；②長(zhǎng)下坡起點(diǎn)K274+936前設(shè)置門(mén)架式車(chē)型分道行駛標(biāo)志與路面突起標(biāo)線、路肩振動(dòng)帶。

(3)長(zhǎng)下坡中間段

長(zhǎng)下坡路段的事故最主要表現(xiàn)為車(chē)速過(guò)快以及車(chē)輛的失控，主要原因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的車(chē)輛制動(dòng)導(dǎo)致的剎車(chē)轂溫度過(guò)高而產(chǎn)生的制動(dòng)問(wèn)題，因此該過(guò)程采取的最主要措施為控制車(chē)輛的速度，同時(shí)還可結(jié)合道路實(shí)際條件和事故資料，設(shè)置相應(yīng)的防護(hù)措施。

①根據(jù)運(yùn)行速度計(jì)算結(jié)果，在車(chē)輛易超速與車(chē)輛需減速才能安全通過(guò)的路段前，施畫(huà)減速標(biāo)線。根據(jù)運(yùn)行速度測(cè)算，長(zhǎng)下坡路段易超速路段有K273+246.66～K271+760和K270+860～K270+578(與設(shè)計(jì)速度差值均為30 km/h)，因此，在K273+246和K270+860附近位置，設(shè)置減速標(biāo)線；②長(zhǎng)下坡路段長(zhǎng)度為4 540 m，建議在K274+396位置設(shè)置低速、限速、車(chē)距確認(rèn)、剩余坡長(zhǎng)4 km預(yù)告、車(chē)型分道標(biāo)志；在K272+396位置設(shè)置低速、限速、車(chē)距確認(rèn)、剩余坡長(zhǎng)2 km預(yù)告、車(chē)型分道標(biāo)志；③在坡度較大的陡坡路段處設(shè)置，陡坡警告標(biāo)志；該長(zhǎng)大下坡路段中，最大縱坡路段為K274+496～K274+136段，縱坡-3.612%，因此，在K274+496位置設(shè)置陡坡警告標(biāo)志；④長(zhǎng)下坡路段中陡坡路段為K274+496～K274+136，小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270+024，在上述路段前(K274+496、K273+626、K271+726、K270+578)設(shè)置禁止停車(chē)、禁止超車(chē)標(biāo)志，路段范圍內(nèi)曲線外側(cè)設(shè)置視線誘導(dǎo)標(biāo)志；⑤在小半徑曲線路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270～024，設(shè)置強(qiáng)制消能護(hù)欄。

(4)長(zhǎng)下坡終止位置

在長(zhǎng)下坡坡底路段，往往車(chē)輛速度較快，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的剎車(chē)制動(dòng)，車(chē)輛剎車(chē)轂溫度已相當(dāng)高，制動(dòng)性能較差，在該處采取的措施，主要以防護(hù)和應(yīng)急措施為主。具體措施如下。

①在長(zhǎng)下坡結(jié)束位置(K270+396處)設(shè)“下坡結(jié)束”標(biāo)志；②坡底路段存在小半徑曲線路段K270+578～K270～024(半徑600 m)，因此在該路段范圍內(nèi)設(shè)置消能護(hù)欄，并在曲線外側(cè)設(shè)置視線誘導(dǎo)標(biāo)志。

4 結(jié) 語(yǔ)

在連續(xù)坡上坡路段，小客車(chē)和大型貨車(chē)運(yùn)行速度差加大，易發(fā)生車(chē)輛追尾等交通事故，形成安全隱患；在連續(xù)長(zhǎng)陡下坡段小客車(chē)易超速，大型貨車(chē)為控制車(chē)速頻繁制動(dòng)，導(dǎo)致剎車(chē)片過(guò)熱，對(duì)安全行駛不利。重點(diǎn)對(duì)行車(chē)安全有影響的連續(xù)上、下坡路段進(jìn)行安全分析，可為類(lèi)似工程提供一定的參考。