段曉偉

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)的推進(jìn)，西部山區(qū)高速公路建設(shè)逐步發(fā)展，極大地促進(jìn)了西部落后地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是，由于山區(qū)高速公路地形高差大，小氣候特點(diǎn)明顯，貨車位于長(zhǎng)大下坡的安全運(yùn)營(yíng)問(wèn)題一直都是高速公路縱斷面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

1 工程概況

本文舉例工程為甘肅中部山區(qū)某高速公路。采用80km/h的25.5m高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文研究段落位于該工程起點(diǎn)，該段路線地形、地質(zhì)復(fù)雜，海拔超過(guò)2000m，且該范圍內(nèi)年平均降雪14.2天，凍土深度超過(guò)1m；連續(xù)長(zhǎng)大下坡緊接特長(zhǎng)隧道出口，高差470m，長(zhǎng)下坡終點(diǎn)設(shè)置樞紐立交與該地區(qū)另一條高速公路相接。

經(jīng)對(duì)該段路線走廊帶研究，該段路線特點(diǎn)較為明確，大高差、小氣候及坡底車輛轉(zhuǎn)換安全性是該段設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)。因此，在高差確定的前提下，通過(guò)理論分析、調(diào)研、類比等多種方式確定滿足路段運(yùn)營(yíng)安全、兩條高速公路銜接安全的平均縱坡為本文闡述的核心內(nèi)容。

2 山區(qū)高速公路復(fù)雜地形長(zhǎng)大下坡縱坡設(shè)計(jì)思路

在山區(qū)高速公路長(zhǎng)大縱坡路段，縱坡設(shè)計(jì)思路至關(guān)重要，好的決策思路會(huì)在設(shè)計(jì)階段提升道路安全性、規(guī)避運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生較多不必要的事故；反之，單純以規(guī)范為準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)中忽略地形、位置、氣候、車輛組成等重要因素的影響，往往后期公路運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)很大。

從目前國(guó)內(nèi)研究來(lái)看，長(zhǎng)大縱坡的眾多設(shè)計(jì)思路中，較為常用的陡緩+陡緩的組合方式易出現(xiàn)較多問(wèn)題，采用這種方法時(shí)，易出現(xiàn)滿足規(guī)范坡率、坡長(zhǎng)限定而打擦邊球的方案。對(duì)于從車輛性能角度出發(fā)，上緩下陡這種方法能夠較好地符合車輛性能，但處理好下坡坡度、坡長(zhǎng)的關(guān)系是該種方法的關(guān)鍵?？傮w來(lái)說(shuō)，從行車安全的角度考慮，采用平均縱坡，來(lái)考慮整體縱坡思路是比較安全的。隨著我國(guó)公路事業(yè)的發(fā)展和車輛組成的特點(diǎn)，現(xiàn)行的規(guī)范的設(shè)計(jì)方法也會(huì)更加科學(xué)和完善[1-3]。

3 長(zhǎng)大下坡合理平均縱坡研究

3.1 理論研究

3.1.1 長(zhǎng)下坡研究情況

目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)長(zhǎng)下坡路段汽車制動(dòng)鼓溫升模型與可靠度結(jié)合展開(kāi)了試驗(yàn)研究，并提出了縱坡可靠性設(shè)計(jì)方法，為深入研究縱坡組合設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合國(guó)內(nèi)研究及規(guī)范相關(guān)結(jié)論，制動(dòng)器溫度達(dá)到200℃時(shí)，制動(dòng)性能會(huì)發(fā)生明顯衰退，該結(jié)論與世界道路協(xié)會(huì)PIARC在《道路安全手冊(cè)》中相應(yīng)預(yù)測(cè)模型結(jié)果較為符合。因此，初步設(shè)計(jì)中將連續(xù)下坡制動(dòng)轂溫度200℃作為長(zhǎng)下坡安全警界溫度。并以溫度達(dá)到200℃時(shí)下坡距離、坡底溫度和溫升速率作為縱坡組合安全性的分析指標(biāo)，坡長(zhǎng)組合盡量采用長(zhǎng)緩坡加短陡坡的組合形式，以最大程度減緩貨車制動(dòng)轂溫升[4-5]。

3.1.2 貨車下坡行駛特征

目前我國(guó)大型車仍普遍裝備發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)系統(tǒng)，車輛下坡以車重下坡分力與車輛所受相關(guān)阻力達(dá)到平衡時(shí)建立受力分析。當(dāng)坡度緩于一定值時(shí)，貨車在發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)及外力作用下，不采用剎車即可保持均速下坡。將該坡度閾值稱作發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)下的臨界縱坡，當(dāng)控制運(yùn)行車速在對(duì)應(yīng)的臨界下坡時(shí)，設(shè)計(jì)中將能夠獲得明顯的安全收益，使得貨車處于均速貨減速下坡?tīng)顟B(tài)。結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果，當(dāng)以80km/h下坡速度行駛時(shí)，臨界縱坡基本為2.0%。

3.1.3 中長(zhǎng)大下坡設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展歷程

近年來(lái)，山區(qū)連續(xù)下坡路段嚴(yán)峻的交通安全形勢(shì)已引起政府相關(guān)部門(mén)和社會(huì)各界的關(guān)注，相關(guān)規(guī)范也不斷結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果進(jìn)行修訂補(bǔ)充。從規(guī)范發(fā)展的過(guò)程來(lái)看：94及06版《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于公路長(zhǎng)大縱坡概念沒(méi)有明確界定，對(duì)于長(zhǎng)大縱坡主要認(rèn)識(shí)以載重汽車低速上坡時(shí)對(duì)公路通行能力影響的角度出發(fā)。

2008年由交通部公路司牽頭編寫(xiě)的《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則（總校稿）》中結(jié)合《山區(qū)高速公路平均縱坡研究》成果，給出了山區(qū)高速公路連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段的界定標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)為平均縱坡小于2%時(shí)，載重汽車制動(dòng)器溫度一般不會(huì)高于200℃，相應(yīng)坡長(zhǎng)可不做限制。

2017版《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中補(bǔ)充2011年《高速公路縱坡設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)與設(shè)計(jì)方法研究》相關(guān)研究成果，明確了當(dāng)前我國(guó)貨車車型的組成前提下的具體連續(xù)長(zhǎng)陡下坡坡度及坡長(zhǎng)；

2019年交通部組織編制了《提升公路連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段安全同行能力專項(xiàng)行動(dòng)技術(shù)指南》，指南中結(jié)合國(guó)內(nèi)公路連續(xù)長(zhǎng)陡下坡實(shí)際和國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，在2017版《路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上提升、細(xì)化了連續(xù)長(zhǎng)大下坡定義，引入任意3km及事故指標(biāo)，綜合考慮駕駛?cè)顺?、超載及車輛制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)狀況不良等因素。

截止目前，由交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院承擔(dān)制訂的《公路避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)細(xì)則》已進(jìn)入征求意見(jiàn)階段，其中對(duì)長(zhǎng)大縱坡定義結(jié)合國(guó)內(nèi)科研、設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，提出“容錯(cuò)設(shè)計(jì)”理念，并將連續(xù)長(zhǎng)、陡下坡路段最小坡度和坡長(zhǎng)定義為2.0%/15km，從設(shè)計(jì)指標(biāo)方面進(jìn)一步提升了大型貨車在連續(xù)長(zhǎng)陡下坡的行駛安全性。

3.1.4 國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)比

（1）中法兩國(guó)規(guī)范對(duì)比。中國(guó)與法國(guó)相差不大，法國(guó)只對(duì)最大縱坡或超過(guò)最大縱坡值的縱坡長(zhǎng)度有限制，我國(guó)在大坡度之間夾雜一段較短的緩和坡段，以利于上坡車輛恢復(fù)車速，下坡車輛制動(dòng)減速，但是法國(guó)規(guī)范認(rèn)為,應(yīng)特別避免在兩個(gè)大縱坡（大于4%）間插入一段這樣的緩坡，這會(huì)使駕駛員產(chǎn)生大坡道已結(jié)束的錯(cuò)覺(jué)，使下坡車速回升。

（2）中美日澳等國(guó)家對(duì)比。美國(guó)山區(qū)最大縱坡最大，根據(jù)山區(qū)和丘陵等不同地形擬定，較中國(guó)規(guī)范大1%到2%。日本最大縱坡規(guī)范值較我國(guó)小1%，但規(guī)定可在最大縱坡的基礎(chǔ)上增大2%～3%。澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)最大縱坡的規(guī)定最為寬泛，最大縱坡指標(biāo)可變化幅度最大，均未見(jiàn)對(duì)連續(xù)下坡的界定原則。東盟國(guó)家與我國(guó)對(duì)長(zhǎng)大縱坡的規(guī)定基本一致，我國(guó)公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大縱坡值總體是小于國(guó)外。

3.2 類比調(diào)研

3.2.1 連續(xù)下坡與事故率關(guān)系

在連續(xù)下坡路段主要事故原因是制動(dòng)失效，或制動(dòng)效能降低過(guò)多導(dǎo)致車輛失控。事故車型中以大型貨車占比最高，接近40%。下坡路段事故致死率往往較高，且由于地形困難受傷人員施救難度大；事故主要分布于長(zhǎng)下坡路段下半段，事故嚴(yán)重程度隨著下坡里程的積累而增加，尤以外地駕駛員事故率高，損害后果嚴(yán)重。

根據(jù)德國(guó)交通事故率與縱坡的關(guān)系曲線，當(dāng)縱坡為2%時(shí),上、下坡事故率基本相同，且數(shù)值較小;當(dāng)縱坡在2%～4%時(shí)，下坡事故率開(kāi)始大于上坡，且下坡事故率曲線迅速上升;當(dāng)縱坡大于6%時(shí)，上坡事故率上升緩慢，下坡事故率迅速上升，且成倍增加。下坡路段比上坡路段更危險(xiǎn),下坡路段的縱坡越陡，事故率越高。

我國(guó)多數(shù)貨車采用成本更低的鼓式制動(dòng)作為主動(dòng)制動(dòng)，鼓式剎車散熱性低，連續(xù)的制動(dòng)會(huì)使摩擦溫度不斷升高，造成熱衰減，性能急劇下降。因此，我國(guó)研究成果與德國(guó)有所區(qū)別，受下坡縱坡影響更敏感，縱坡大于1%后，事故率就已開(kāi)始增高，導(dǎo)致連續(xù)下坡問(wèn)題在我國(guó)更為突出。這也與我國(guó)采用更為嚴(yán)格的路線指標(biāo)的思路相吻合。

3.2.2 長(zhǎng)下坡項(xiàng)目調(diào)研情況

為更好地評(píng)價(jià)長(zhǎng)大下坡路段縱斷面安全情況，對(duì)國(guó)內(nèi)一些項(xiàng)目相關(guān)長(zhǎng)大縱坡情況進(jìn)行了調(diào)研，具體各項(xiàng)目平均縱坡及主要技術(shù)指標(biāo)情況如表1。

表1 長(zhǎng)大下坡路段安全情況調(diào)研

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)國(guó)內(nèi)高速公路縱坡情況對(duì)比分析可知，路線縱坡設(shè)置情況不一，在滿足規(guī)范要求情況下差異較大。據(jù)以上不完全統(tǒng)計(jì)，結(jié)合國(guó)內(nèi)資料，僅滿足規(guī)范的2.45%及以上縱坡事故率將明顯增高，事故高發(fā)地一般位于山區(qū)長(zhǎng)陡縱坡與冰凍區(qū)、霧區(qū)等不良因素疊加區(qū)域。同時(shí)，隧道設(shè)置比例對(duì)事故率影響較大，隧道越長(zhǎng)，事故率相對(duì)越高。而長(zhǎng)大下坡所處位置也對(duì)事故率及事故嚴(yán)重程度有所影響，位于坡底及互通立交出口前時(shí)，事故率及嚴(yán)重性相對(duì)較高。另一方面，平均縱坡2.1%及以下坡率，未見(jiàn)明顯的事故情況發(fā)生；結(jié)合甘肅省內(nèi)資料，除個(gè)別自然坡率較緩的高速外，其余縱坡多以滿足規(guī)范要求為主，對(duì)于路段整體安全性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

平均縱坡是山區(qū)高速公路的主要控制性指標(biāo)，對(duì)于工程造價(jià)影響巨大，設(shè)計(jì)中應(yīng)避免盲目追求過(guò)緩或指標(biāo)用滿，綜合項(xiàng)目特點(diǎn)合理確定平均縱坡，對(duì)于長(zhǎng)大縱坡安全性問(wèn)題，現(xiàn)有研究及速度預(yù)測(cè)模型如何進(jìn)行多因子及可靠度綜合考慮，還有待進(jìn)一步研究。