林宣財(cái)，張旭豐，王 佐，吳善根，李 濤

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710075)

0 引言

近40 a我國(guó)高速公路建設(shè)成就令世界矚目，到2012年，我國(guó)高速公路通車總里程達(dá)到9.62×104km，超過(guò)美國(guó)的9.2×104km，居世界第一。到2019年底，通車總里程為14.96×104km，形成了完善的全國(guó)高速公路網(wǎng)。但山區(qū)高速公路由于受到地形、工程造價(jià)限制，縱斷面常會(huì)采用連續(xù)下坡進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)調(diào)查，連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故率明顯高于一般路段，《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)(以下簡(jiǎn)稱《路線規(guī)范》[1])指出，我國(guó)目前貨運(yùn)主導(dǎo)型車輛仍為6軸鉸接列車，其功重比為5.2 kW/t，美國(guó)AASHTO[2]規(guī)范給出的貨運(yùn)主導(dǎo)車型功重比8.3 kW/t，相比明顯偏低，也不符合以往研究中給定貨車主導(dǎo)車型和功重比[3-4]，顯然這是連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)的主要致因，但平均縱坡與交通事故也必然存在相關(guān)性。

國(guó)內(nèi)外對(duì)連續(xù)下坡交通安全性問(wèn)題開(kāi)展了較多研究，主要有針對(duì)連續(xù)下坡路段的交通事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[5-7]，建立相關(guān)的制動(dòng)轂溫度模型[8-10]，并相應(yīng)地提出改善措施，如避險(xiǎn)車道[11-12]、交通管理[13-14]等。澳大利亞的Austroads[15]對(duì)貨車駕駛員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查并查閱文獻(xiàn)，研究了連續(xù)下坡路段貨車失控的嚴(yán)重事故，給出了剎車升溫模型、輔助制動(dòng)系統(tǒng)的原理與駕駛員培訓(xùn)內(nèi)容，以確保貨車駕駛員與其他道路使用者的安全。法國(guó)研究人員[16]認(rèn)為，在長(zhǎng)大下坡中設(shè)置緩坡，將造成行車速度回升，使得長(zhǎng)大下坡更加危險(xiǎn)。王博[17]分析貨車在縱坡路段的運(yùn)行特性，從理論上確定了主導(dǎo)車型加速上坡和減速?zèng)_坡的換擋速度，提出平均縱坡指標(biāo)。曹杰[18]利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出不同海拔高度不限坡長(zhǎng)的臨界坡度值，并從無(wú)輔助制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)2種情況分析計(jì)算相應(yīng)的緩坡坡長(zhǎng)值。潘兵宏[19]收集了大量相關(guān)資料和文獻(xiàn)，通過(guò)路段試驗(yàn)、場(chǎng)地試驗(yàn)和理論分析，提出了山區(qū)高速公路平均縱坡和坡長(zhǎng)限制的指標(biāo)值。廖軍洪[20]用運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)因子分析連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段不利安全因素，基于駕駛感受、車輛操作行為特征與線形指標(biāo)關(guān)系，建立長(zhǎng)大下坡路段平縱線形指標(biāo)與駕駛負(fù)荷定量關(guān)系模型，優(yōu)化了連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段縱斷面指標(biāo)。

在2017年版《路線規(guī)范》頒布前，我國(guó)規(guī)范對(duì)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段平均縱坡沒(méi)有規(guī)定。由于我國(guó)山區(qū)占比大，為克服高差，山區(qū)高速公路采用陡緩陡拉坡現(xiàn)象較為普遍，出現(xiàn)較多連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段。2017年版《路線規(guī)范》對(duì)高速公路、一級(jí)公路連續(xù)長(zhǎng)大陡坡路段的平均縱坡與連續(xù)坡長(zhǎng)進(jìn)行了規(guī)定，其中平均縱坡3.5%的連續(xù)坡長(zhǎng)為9.3 km，平均縱坡3%的連續(xù)坡長(zhǎng)為14.8 km，這些規(guī)定較嚴(yán)，但平均縱坡≥4%的連續(xù)坡長(zhǎng)值規(guī)定相對(duì)較松。如果連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段較長(zhǎng)，即使全路段平均縱坡小于2.5%，在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)中間任意區(qū)間容易出現(xiàn)平均縱坡≥4%，連續(xù)坡長(zhǎng)≥3 km的陡坡路段，并可能成為交通事故多發(fā)區(qū)域。陡坡路段平均縱坡越大，連續(xù)坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，交通安全風(fēng)險(xiǎn)越大。本研究通過(guò)對(duì)已建高速公路平均縱坡控制情況和連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)區(qū)域區(qū)間平均縱坡的調(diào)查分析，提出高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段中相對(duì)高差小于300 m的任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)，為連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 高速公路平均縱坡控制指標(biāo)相關(guān)規(guī)定合理性分析

山區(qū)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)的誘因非常復(fù)雜，所以一直到2017年版《路線規(guī)范》對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段平均縱坡指標(biāo)才有明確的規(guī)定。早期在《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》(2009年總校稿)(以下簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)細(xì)則》)配套課題“山區(qū)高速公路平均縱坡研究”已有一些研究結(jié)論。該課題研究期間正是我國(guó)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段重大交通事故的高發(fā)期，所以平均縱坡指標(biāo)取值偏于保守。課題研究從對(duì)山區(qū)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡交通事故特點(diǎn)、主要誘因進(jìn)行調(diào)查分析，建立制動(dòng)器外部溫升預(yù)測(cè)模型，提出有無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)方式下平均縱坡與連續(xù)坡長(zhǎng)的關(guān)系。相關(guān)結(jié)論為：相對(duì)高差大于300 m時(shí)平均縱坡宜控制在2.5%，區(qū)間相對(duì)高差小于300 m時(shí)對(duì)任意連續(xù)坡長(zhǎng)的平均縱坡提出指標(biāo)控制要求，見(jiàn)表1，即組成平均縱坡雙控指標(biāo)。

表1 山區(qū)高速公路平均縱坡與連續(xù)坡長(zhǎng)

相對(duì)高差大于300 m時(shí)，平均縱坡相差0.1%～0.3%，對(duì)路線里程及工程造價(jià)的影響都很大，特別是相對(duì)高差大于500 m時(shí)。但平均縱坡相差0.1%～0.3%對(duì)交通安全的影響有多大，至今仍缺少確定的結(jié)論，所以平均縱坡宜控制2.5%的掌握有較大爭(zhēng)議。區(qū)間相對(duì)高差小于300 m時(shí)，對(duì)任意區(qū)間不同平均縱坡度的連續(xù)坡長(zhǎng)提出要求，是基于當(dāng)時(shí)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡重大交通事故多發(fā)的現(xiàn)狀考慮，當(dāng)時(shí)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，平均縱坡3%連續(xù)坡長(zhǎng)大于4 km，或平均縱坡4%連續(xù)坡長(zhǎng)大于3 km，交通事故率開(kāi)始明顯增加，目前調(diào)查結(jié)論還是如此，所以縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)接近于平均縱坡，有利于交通安全，所以提出表1的規(guī)定。該表對(duì)2%和2.5%的平均縱坡也限制連續(xù)坡長(zhǎng)，較多專家認(rèn)為沒(méi)有必要；對(duì)3.0%和3.5%的平均縱坡所限制的連續(xù)坡長(zhǎng)認(rèn)為明顯偏短。由于種種原因，《設(shè)計(jì)細(xì)則》沒(méi)有出版，所以2017年版《路線規(guī)范》頒布之前，山區(qū)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡設(shè)計(jì)基本上僅參考《設(shè)計(jì)細(xì)則》中相對(duì)高差大于300 m時(shí)平均縱坡宜控制在2.5%的規(guī)定掌握。

2017年版《路線規(guī)范》規(guī)定了對(duì)高速公路、一級(jí)公路連續(xù)長(zhǎng)、陡下坡路段的平均坡度與連續(xù)坡長(zhǎng)，詳見(jiàn)表2?！堵肪€規(guī)范》中平均縱坡小于2.5%的連續(xù)坡長(zhǎng)不限，與《設(shè)計(jì)細(xì)則》中相對(duì)高差大于300 m時(shí)平均縱坡宜控制在2.5%的的規(guī)定相一致。《路線規(guī)范》中其他各級(jí)平均縱坡度對(duì)應(yīng)的連續(xù)坡長(zhǎng)是基于相對(duì)高差小于500 m的研究結(jié)果，所以相對(duì)高差小于300 m時(shí)的相關(guān)規(guī)定要求較松，執(zhí)行規(guī)范時(shí)較容易滿足要求，但造成拉坡隨意性仍然較大。

表2 高速公路平均縱坡與連續(xù)坡長(zhǎng)

2 已建高速公路平均縱坡控制依據(jù)及現(xiàn)狀調(diào)查分析

2.1 2008年以前建成通車的高速公路項(xiàng)目平均縱坡控制

1988年首條高速公路正式通車，到2008年底建成6.03×104km，我國(guó)總里程3.5×104km的“五縱七橫”國(guó)道主干線已基本貫通。其中在1998年前約10 a建成通車的高速公路里程僅8 733 km。1998年至2008年的第2個(gè)10 a，年均通車?yán)锍? 157 km，是我國(guó)高速公路建設(shè)飛速發(fā)展時(shí)期，使我國(guó)“五縱七橫”高速公路國(guó)道主骨架網(wǎng)比原規(guī)劃提前13 a完成。也正是此期間，高速公路從東部迅速發(fā)展到西部，從平原、丘陵地帶快速進(jìn)入山區(qū)。山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，高速公路建設(shè)延伸進(jìn)入山區(qū)后，因地形起伏大，必然需要采用規(guī)范規(guī)定的最大縱坡值及最大限制坡長(zhǎng)拉坡。此時(shí)期建成通車的高速公路主要設(shè)計(jì)依據(jù)是1997年和2003年版《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)、1994年版《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》、1995年版《公路工程基本建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件編制辦法》(以下簡(jiǎn)稱《編制辦法》)。那時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范僅規(guī)定“二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)公路越嶺路線連續(xù)上坡(或下坡)路段，相對(duì)高差為200～500 m時(shí)平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對(duì)高差大于500 m時(shí)平均縱坡不應(yīng)大于5%，且任意連續(xù)3 km路段的平均縱坡不應(yīng)大于5.5%”。由于我國(guó)山地、高原和丘陵占陸地面積約69%，盆地和平原僅占陸地面積31%，在缺乏規(guī)范相關(guān)規(guī)定的情況下，高速公路出現(xiàn)大量的連續(xù)長(zhǎng)大縱坡段落。盡管2000年前后對(duì)北京八達(dá)嶺高速公路交通事故多發(fā)與剎車失靈頻發(fā)現(xiàn)象展開(kāi)了研究，但在執(zhí)行1994年版《路線規(guī)范》過(guò)程中，設(shè)計(jì)者對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡缺乏完整的概念，為了克服高差和降低工程造價(jià)，仍然采用最大縱坡+短緩坡段連續(xù)拉坡；最大縱坡為5%時(shí)，任意連續(xù)3 km平均縱坡較容易超過(guò)4.25%，任意連續(xù)5 km 以上平均縱坡在3.5%左右的情況較多，但任意連續(xù)10 km平均縱坡超過(guò)4.0%的較少。表3僅統(tǒng)計(jì)了一些較為代表性的項(xiàng)目，全國(guó)類似項(xiàng)目非常多。

表3 連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段調(diào)查表

2.2 2008年以后建成通車的高速公路項(xiàng)目平均縱坡控制

2008年至2019年新增總里程8.93×104km，年均通車?yán)锍? 118 km，是我國(guó)高速公路建設(shè)跨越式發(fā)展時(shí)期。此時(shí)期建成通車的高速公路主要設(shè)計(jì)依據(jù)是2003年版《標(biāo)準(zhǔn)》、2006年版《路線規(guī)范》、2007年版《編制辦法》。盡管當(dāng)時(shí)在修訂標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范時(shí)已對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段開(kāi)展了較多的研究，但研究結(jié)果難以支撐在標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范層面提出較為明確的設(shè)計(jì)指標(biāo)或具體規(guī)定，2007年版《編制辦法》在公路總體設(shè)計(jì)圖表示例中提出要統(tǒng)計(jì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段的平均縱坡度，以供路線方案綜合比選時(shí)參考。由于相對(duì)高差大于300 m時(shí)，平均縱坡對(duì)山區(qū)高速公路工程規(guī)模影響非常大，我國(guó)山區(qū)占比大，云貴川等西部省山區(qū)占比超過(guò)80%，相對(duì)高差大于 300 m 情況非常多，為了合理控制工程造價(jià)，各省對(duì)平均縱坡的掌握非常慎重。2008年之后，雖然全國(guó)交通事故發(fā)生總數(shù)及傷亡人數(shù)均趨于平穩(wěn)，但高速公路因剎車失靈發(fā)生重大交通事故的現(xiàn)象仍然持續(xù)發(fā)生，迫使一些省參照《設(shè)計(jì)細(xì)則》規(guī)定執(zhí)行，即平均縱坡控制在2.5%左右，有些省控制在3%以內(nèi)，極少數(shù)省沒(méi)有進(jìn)行控制或通過(guò)論證后平均縱坡仍然采用大于3%的連續(xù)長(zhǎng)大縱坡。

根據(jù)《路線規(guī)范》對(duì)最大縱坡、坡長(zhǎng)限制的規(guī)定，如果采用極限指標(biāo)拉坡，如設(shè)計(jì)速度為80 km/h時(shí)，采用最大縱坡4%及最小緩坡長(zhǎng)度時(shí)最大平均縱坡達(dá)3.82%，最大縱坡為5%時(shí)最大平均縱坡達(dá)4.55%，最大縱坡為6%時(shí)最大平均縱坡達(dá)5.14%。顯然，現(xiàn)行《路線規(guī)范》中平均縱坡2.5%時(shí)連續(xù)坡長(zhǎng)不限、平均縱坡3.0%時(shí)連續(xù)坡長(zhǎng)14.8 km與平均縱坡3.5%時(shí)連續(xù)坡長(zhǎng)9.3 km的規(guī)定，在長(zhǎng)大縱坡路段中相對(duì)高差小于300 m的任意區(qū)間平均縱坡沒(méi)有控制。已建高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段平均縱坡控制指標(biāo)的現(xiàn)狀調(diào)查分析表明，拉坡隨意性仍然較大，連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段局部區(qū)間較容易出現(xiàn)平均縱坡大于4%、連續(xù)坡長(zhǎng)大于3.0 km的陡坡段落，可能成為交通事故多發(fā)位置。區(qū)間平均縱坡越大，連續(xù)坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，交通事故多發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)也越大。

2.3 高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通現(xiàn)狀調(diào)查分析

(1)根據(jù)調(diào)研，既有高速公路不同的連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故率差異較大。平均縱坡較大，連續(xù)坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，交通事故率一般較高，但也有一些路段交通事故率總體較低。有些路段平均縱坡較小，但連續(xù)坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以交通事故率也較高。

(2)由于高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)的誘因眾多，偶發(fā)機(jī)理非常復(fù)雜，到目前為止，盡管國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果較多，但至今尚未得出適用于全國(guó)不同地區(qū)的“不同的平均縱坡度所對(duì)應(yīng)的安全坡長(zhǎng)”的研究結(jié)論。

(3)交通事故多發(fā)主因是超載、超速和人為因素造成的；加強(qiáng)車輛與交通管控能有效降低已建高速公路交通事故率。已建高速公路不符合現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定的連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段非常多，通過(guò)交通管控等綜合措施的應(yīng)用，我國(guó)從2010年之后，交通事故率得到了有效控制，已基本遏制重大交通事故的發(fā)生。

3 高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)位置的調(diào)查研究

通過(guò)對(duì)事故多發(fā)段位置的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡長(zhǎng)度在15 km內(nèi)，交通事故多發(fā)位置一般在靠近坡底位置。大于15 km，特別是大于30 km以上，事故多發(fā)位置一般在中間的較大縱坡路段，典型案例見(jiàn)表4。

表4 交通事故多發(fā)路段多發(fā)位置及平均縱坡指標(biāo)

(1)京珠高速公路某段案例

該高速公路通車當(dāng)天就發(fā)生交通事故，之后的短短3 a，長(zhǎng)109 km路段死亡500多人，且大貨車失控追尾占80%。交通事故集中在3個(gè)點(diǎn)，占70%，事故最多路段不在北行最長(zhǎng)的路段，也不在南行的最后一段，而在南行K49～K52路段，即在第1段13 km的連續(xù)下坡坡低附近，因?yàn)樵摱螀^(qū)間平均縱坡最大。通過(guò)對(duì)標(biāo)志標(biāo)線、減速帶、加水站等的設(shè)置或改造，交通事故明顯減少，采取綜合交通安全保障措施效果顯著。但治標(biāo)不治本，因剎車失靈發(fā)生重大事故的風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。

(2)京昆高速公路某段案例

高速公路全長(zhǎng)約85 km，全線地形條件復(fù)雜、工程規(guī)模大，橋隧占82%，其中橋梁占65%，隧道占17%，建設(shè)投資大。本段設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬度20.0 m，最小平面半徑175 m，最大縱坡5%，其中K76+500～K33+000路線長(zhǎng)約43.5 km，平均縱坡2.55%。但交通事故多發(fā)路段在樁號(hào)K58+600～K49+080的9 520 m范圍，見(jiàn)圖1。該段區(qū)間平均縱坡最大為3.81%，其中大于4.0%縱坡8段，總長(zhǎng)5 693 m，占比約60%，最大縱坡5%/750 m。

圖1 京昆高速公路某段連續(xù)長(zhǎng)大縱坡縱斷面縮圖

4 基于交通事故多發(fā)位置的任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)研究

4.1 區(qū)間平均縱坡與交通事故相關(guān)性的研究

(1)根據(jù)相關(guān)研究[18]，交通事故多發(fā)生在區(qū)間平均縱坡大于3%的路段，約占69.12%。當(dāng)平均坡度為3.0%～3.5%時(shí)，第1個(gè)事故多發(fā)段距離坡頂?shù)木嚯x為6～10 km。平均坡度越小，事故多發(fā)段距離坡頂?shù)睦锍滔鄬?duì)越長(zhǎng)，即使平均縱坡相對(duì)較小，隨著坡長(zhǎng)的增長(zhǎng)，也有事故集中發(fā)生點(diǎn)，且多發(fā)生在單坡4%以上的路段。當(dāng)平均縱坡大于4.0%以上，盡管連續(xù)坡長(zhǎng)較短，也極易發(fā)生交通事故。

(2)根據(jù)潘兵宏[19]的研究，平均縱坡與交通事故的關(guān)系如圖2所示，曲線A的縱坡拐點(diǎn)位于2%～3%之間，接近2.5%，坡長(zhǎng)約7.5 km。曲線B的縱坡拐點(diǎn)位于1%～2%之間，接近1.3%。從圖2可知，當(dāng)高速公路平均縱坡大于3%以上時(shí)，事故率迅速上升，且坡度越，事故車輛所行駛的距離越短。當(dāng)高速公路平均縱坡小于2%以下時(shí)，車輛發(fā)生事故的概率越來(lái)越小。連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)位置的研究結(jié)論與該研究成果基本一致。

圖2 平均坡度與交通事故的相關(guān)性

(3)圖3為德國(guó)交通事故率與縱坡的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，當(dāng)縱坡小于2%時(shí)，上、下坡事故率基本相同，且事故率較低；當(dāng)縱坡在2%～3%時(shí)，下坡事故率開(kāi)始大于上坡；當(dāng)縱坡大于3%時(shí)，上坡事故率上升緩慢，而下坡事故率明顯上升，隨著縱坡的增大，事故率迅速增加。

圖3 德國(guó)高速公路縱坡與事故率的關(guān)系

4.2 不同平均縱坡度與安全坡長(zhǎng)的相關(guān)研究

(1)陳富堅(jiān)等[21]以貨車制動(dòng)器制動(dòng)效能下降的臨界安全溫度作為約束條件，建立了貨車下坡過(guò)程制動(dòng)器溫升模型的功能函數(shù)，提出了縱坡可靠性計(jì)算模型的求解方法，并通過(guò)工程案例驗(yàn)證了可靠性設(shè)計(jì)方法的合理性?；诳煽啃栽O(shè)計(jì)方法，目標(biāo)可靠度設(shè)定為0. 999 8，即可靠度指標(biāo)為3.5，計(jì)算得出高速公路連續(xù)下坡路段不同平均縱坡度所對(duì)應(yīng)的最大安全坡長(zhǎng)，見(jiàn)表5。載質(zhì)量均值μm=18 t，標(biāo)準(zhǔn)差σm=11.4 t，車速分布均值μm隨著平均縱坡的增大而減小，標(biāo)準(zhǔn)差σm變化范圍為7.62～5.67 km/h。不同平均縱坡度所對(duì)應(yīng)的連續(xù)坡長(zhǎng)均較現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值小。

表5 高速公路不同平均坡度對(duì)應(yīng)的最大安全坡長(zhǎng)

(2)楊宏志等[22]通過(guò)采用 DHS-130XL 紅外觀測(cè)儀測(cè)量車輛制動(dòng)轂溫度, 建立了貨車制動(dòng)轂溫度預(yù)測(cè)模型，以制動(dòng)轂溫度200，220，260 ℃所對(duì)應(yīng)的連續(xù)坡長(zhǎng)分別作為安全坡長(zhǎng)、一般最大安全坡長(zhǎng)、極限最大安全坡長(zhǎng)。以30 t貨車為標(biāo)準(zhǔn)車型,下坡路段的運(yùn)行速度取60 km/h, 不同平均縱坡所對(duì)應(yīng)的坡長(zhǎng)(括號(hào)內(nèi)數(shù)字為推薦坡長(zhǎng))見(jiàn)表6，極限最大安全坡長(zhǎng)除了平均縱坡為3.5%外，其余均較現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值大，但一般最大安全坡長(zhǎng)與安全坡長(zhǎng)的推薦值均小于現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值。

表6 高速公路不同平均坡度對(duì)應(yīng)的安全坡長(zhǎng)

(3)蘇波等[23]利用高速公路實(shí)地制動(dòng)鼓測(cè)溫試驗(yàn)的數(shù)據(jù), 對(duì)美國(guó) GSRS中的制動(dòng)鼓溫度預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，以此模型為基礎(chǔ)，當(dāng)車輛總重為60 t的車輛以 60 km/h的速度在長(zhǎng)大下坡路段連續(xù)下坡時(shí)，計(jì)算得出連續(xù)坡長(zhǎng)的限制長(zhǎng)度，見(jiàn)表7。該研究結(jié)論也較現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值小。

表7 不同平均縱坡下的坡長(zhǎng)限制

(4)法國(guó)高速公路ICTAAL要求，下坡路段坡度大于3%，水平高差大于130 m，建議設(shè)置慢車專用道，即平均縱坡大于3%，連續(xù)坡長(zhǎng)大于4 333 m，需要設(shè)置慢車專用道。該指標(biāo)較《設(shè)計(jì)細(xì)則》和《路線規(guī)范》規(guī)定更嚴(yán)格，《設(shè)計(jì)細(xì)則》僅規(guī)定平均縱坡3%路段長(zhǎng)度不宜大于4 km，沒(méi)有要求設(shè)置慢車道。

4.3 避險(xiǎn)車道設(shè)置位置及間距的研究

《公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)細(xì)則》(征求意見(jiàn)稿)對(duì)設(shè)置避險(xiǎn)車道的平均縱坡和坡長(zhǎng)進(jìn)行了規(guī)定，見(jiàn)表8，連續(xù)坡長(zhǎng)大于表中的長(zhǎng)度，且交通組成的貨車構(gòu)成比例達(dá)到 20%～30%時(shí)，宜結(jié)合交通安全性評(píng)價(jià)結(jié)論考慮設(shè)置避險(xiǎn)車道。同時(shí)對(duì)設(shè)置避險(xiǎn)車道的設(shè)置位置及間距進(jìn)行了規(guī)定，見(jiàn)表9。設(shè)置避險(xiǎn)車道的要求較現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值小。

表8 設(shè)置避險(xiǎn)車道的平均縱坡和連續(xù)坡長(zhǎng)

表9 設(shè)置避險(xiǎn)車道的位置和間距

4.4 縱坡設(shè)計(jì)采用單一縱坡安全性的研究

廖軍洪[21]根據(jù)四川、廣東、云南等省長(zhǎng)大下坡的調(diào)研，選取坡長(zhǎng)分別為 7. 5，10，15，20，25，30，50 km的7個(gè)典型長(zhǎng)大下坡作為研究對(duì)象，基于長(zhǎng)大下坡貨車制動(dòng)器溫升特性，采用單一坡度和設(shè)置緩坡2種展線形式對(duì)制動(dòng)器溫度影響的對(duì)比分析結(jié)果，提出長(zhǎng)大下坡縱坡設(shè)計(jì)建議：(1)從降低貨車下坡過(guò)程中制動(dòng)器溫度角度考慮，應(yīng)盡可能采用單一縱坡坡度設(shè)計(jì)；(2)當(dāng)長(zhǎng)大下坡相鄰坡段采用不同縱坡坡度時(shí)，坡差不宜過(guò)大，以減小對(duì)制動(dòng)器溫度的影響；(3)車輛總質(zhì)量對(duì)貨車制動(dòng)器溫度影響明顯。

4.5 高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)的確定

4.5.1 任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)確定依據(jù)

通過(guò)對(duì)高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)位置的調(diào)研和對(duì)既有研究成果總結(jié)梳理后，確定任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)的主要依據(jù)如下：

(1)根據(jù)區(qū)間平均縱坡與交通事故相關(guān)性研究[19-20]，平均縱坡在3.0%～3.5%時(shí)，連續(xù)坡長(zhǎng)宜控制在6～10 km。

(2)研究表明，縱坡設(shè)計(jì)采用單一縱坡有利于交通安全[21]，為了控制縱坡設(shè)計(jì)接近全路段的平均縱坡度，應(yīng)控制平均縱坡≥4%的路段連續(xù)坡長(zhǎng)不宜≥3 km。采用最大縱坡及最大坡長(zhǎng)與最大緩坡及最小長(zhǎng)度組合設(shè)計(jì)時(shí)，連續(xù)拉坡宜控制在2次內(nèi)。

(3)根據(jù)制動(dòng)鼓溫升模型的相關(guān)研究[22-24]，從降低連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段安全風(fēng)險(xiǎn)考慮，有必要針對(duì)相對(duì)高差小于300 m的任意區(qū)間平均縱坡所對(duì)應(yīng)的連續(xù)坡長(zhǎng)進(jìn)行限制。

4.5.2 任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)

綜合以上研究，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行《路線規(guī)范》對(duì)最大縱坡與坡長(zhǎng)限制及設(shè)置緩坡等規(guī)定，為了使連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段區(qū)間縱坡設(shè)計(jì)控制更接近于平均縱坡，避免可能出現(xiàn)交通事故多發(fā)位置，提升交通安全性，減少特重大交通事故發(fā)生，本研究對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段中相對(duì)高差在300 m內(nèi)的中間區(qū)間路段，提出任意區(qū)間的平均縱坡控制指標(biāo)，見(jiàn)表10，表中的推薦值可作為連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段安全性優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。相對(duì)高差大于300 m時(shí)，可參照采用；地形條件受限制且對(duì)工程造價(jià)影響較大時(shí)，宜按現(xiàn)行《路線規(guī)范》規(guī)定值執(zhí)行，但應(yīng)加強(qiáng)安全保障措施的設(shè)置。

表10 連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)

4.5.3 任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)可行性測(cè)算

根據(jù)《路線規(guī)范》中規(guī)定設(shè)計(jì)速度80 km/h時(shí)最大縱坡為5%，受地形條件限制時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡可增加1%。如果采用最大縱坡及最大坡長(zhǎng)與最大緩坡及最小長(zhǎng)度的組合拉坡，連續(xù)拉坡2次克服高差小于90 m，連續(xù)坡長(zhǎng)小于2.5 km；連續(xù)拉坡3次克服高差小于130 m，連續(xù)坡長(zhǎng)小于3.6 km；連續(xù)拉坡6次克服高差小于265 m，連續(xù)坡長(zhǎng)小于7.5 km；平均縱坡3.62%～5.14%，見(jiàn)表11。從連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段縱坡設(shè)計(jì)控制應(yīng)接近于平均縱坡考慮，平均縱坡≥4%的連續(xù)坡長(zhǎng)限制以“陡+緩”連續(xù)拉坡2次控制為宜。如果連續(xù)拉坡不超過(guò)3次，平均縱坡3.0%的連續(xù)坡長(zhǎng)9 km、平均縱坡3.5%的連續(xù)坡長(zhǎng)6 km的要求較容易做到，對(duì)工程規(guī)模影響較小。如某高速公路，最長(zhǎng)路段的連續(xù)下坡坡長(zhǎng)51 km，平均縱坡2.97%，最大縱坡4%，經(jīng)對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段的全段縱斷面設(shè)計(jì)核查，平均縱坡大于3%的任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)滿足推薦值要求。

表11 區(qū)間平均縱坡控制測(cè)算表

5 結(jié)論

(1)2008年前建成的山區(qū)高速公路，由于缺少平均縱坡控制指標(biāo)的規(guī)定，為了克服高差和降低工程造價(jià)，設(shè)計(jì)采用最大縱坡+短緩坡段連續(xù)拉坡，最大縱坡為5%時(shí)，任意連續(xù)3 km平均縱坡容易超過(guò)4.25%，任意連續(xù)5 km以上平均縱坡在3.5%左右的情況較多?？v坡設(shè)計(jì)隨意性大，對(duì)連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通安全影響較大。

(2)根據(jù)高速公路平均縱坡與交通事故關(guān)系及連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段交通事故多發(fā)位置的調(diào)研，當(dāng)高速公路平均縱坡大于3%以上時(shí)，事故率迅速上升，且坡度越大，事故車輛所行駛的距離越短。

(3)《路線規(guī)范》對(duì)各級(jí)平均縱坡對(duì)應(yīng)的連續(xù)坡長(zhǎng)進(jìn)行了規(guī)定，但如果連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段較長(zhǎng)，在缺少對(duì)區(qū)間相對(duì)高差小于300 m的任意區(qū)間平均縱坡控制指標(biāo)時(shí)，已建高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段平均縱坡控制指標(biāo)的現(xiàn)狀調(diào)查分析表明，拉坡隨意性仍然較大，連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段中間的區(qū)間路段較容易出現(xiàn)較長(zhǎng)的陡坡段落，可能成為交通事故多發(fā)位置，區(qū)間平均縱坡越陡，連續(xù)坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，交通事故多發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)就越大。

(4)本研究?jī)H補(bǔ)充研究了高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段中相對(duì)高差在300 m內(nèi)任意區(qū)間的平均縱坡控制指標(biāo)，而高速公路連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段設(shè)計(jì)影響因素眾多，提升連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段的安全性問(wèn)題還需結(jié)合安全保障技術(shù)等多方面因素綜合考慮。