山区公路避险车道选址方法研究

高 谦，徐修婷，瓦庆标

(1.贵州省贵阳公路管理局，贵州 贵阳 550000；2.重庆交通大学，重庆 400074)

1 山区公路概况

某山区公路连续长下坡路段，起止桩号为K1500+000～K1490+500。设计速度为80 km/h，路基宽度为24.5 m，双向四车道，全封闭，全立交。该路段为连续长下坡路段，局部存在一段反坡。经调研，该路段存在避险车道设置不合理、雾天较多、道路线形诱导设施效果不佳等问题。据事故资料显示，2016～2018年，毗邻坡底位置共发生38起交通事故，事故类型多为追尾及撞固定物，事故统计如表1所示。

表1 2016年～2018年相关事故统计表

2 避险车道设置依据

2.1 避险车道设置条件

《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81—2017)中规定：新建公路中存在连续长、陡下坡路段时，当其平均纵坡坡度和坡长满足表2规定，且交通构成中货车比例达到20%～30%时，宜结合具体交通安全评价结论，考虑设置避险车道。

表2 连续长下坡路段考虑设置避险车道的平均纵坡坡度和坡长

2.2 避险车道设置长度

根据《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)11.3.7规定，在避险车道中，制动床的长度应根据失控车辆的驶入速度、坡床纵坡和材料综合确定，计算值见式1，参考值见表3和表4。

(1)

式中：L-制动床长度(m)；V-制动床的车辆驶入速度(km/h)；R-滚动阻力系数；G-坡度(%)。

表3 不同等级公路避险车道制动床设计入口速度建议值

表4 不同材料的滚动阻力系数R值

3 避险车道设置位置分析

设置避险车道时需占用路侧土地，山区地形很大程度上限制了设置位置。避险车道的设置应考虑平面、纵断面线型、车速，同时结合制动毂温升、制动失效事故率等条件综合选择避险车道设置的相对合理位置。

3.1 线路纵断面图分析

依据研究路段道路设计资料，并结合现场实地勘测资料，绘制本路段内长陡下坡路段的纵断面图。

经研究发现，研究路段为连续下坡路段，下坡坡长较长，累计坡长近10 km，平均纵坡为4.0%～4.5%，属于典型的长下坡路段。实际货车交通量占总交通量的20%以上，按照《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)的要求，应选择恰当位置设置避险车道。

3.2 刹车制动毂温度分析

结合相关研究成果，重型载重车辆在连续长下坡路段的运行速度变化规律为：车辆驶入下坡路段时，由于受到重力沿纵坡坡面的分力作用，车辆将保持持续加速的运动状态。随着坡长增长，行驶距离的增加，车辆势能和动能会相互转换，车速将持续上涨，驾驶员为保证行车安全，采取连续或长时间的减速制动措施，动能转换为热能，制动器温度上升，车辆在下坡过程中会导致制动器温度持续上升。

本文采用制动毂温升模型，模拟连续长下坡路段货车制动消能热衰退的过程。以50 t欧曼6轴货车为研究对象，利用公式(2)对大货车在研究区域K1497+300～K1495+300段连续下坡行驶时的刹车毂温度预测，预测结果如表5所示。

(2)

式中：K1=hAc/mbC,K2=1/hAc；T0-制动器的外部环境温度(℃)；T∞-制动器的初始温度(℃)；h-对流换热系数；(W/m2×℃)；Ac-货车后轮制动系统有效传导面积(m2)；mb-货车后轮制动系统有效传导热质量(Kg)；β-货车的制动力分配系数；C-货车后轮制动系统热容量(J/(kg ℃))；W-货车总重(N)；i-连续长下坡路段的纵坡坡度(%)；x-坡段距坡顶的距离(m)；v-下坡时平均车速(m/s)。

表5 长下坡路段行驶货车制动器温度预测表(超载10%)

目前各温升模型多以260 ℃作为货车制动失效大幅度降低的温度限值，故拟将刹车毂温度达到260 ℃的桩号作为货车制动失效点。依据温升模型计算，刹车毂温度达到260 ℃的桩号大约在K1495+300附近，故将桩号K1495+300作为制动失效点，避险车道的设置位置应选择制动失效点附近。

3.3 连续长下坡行驶车速预测

连续长下坡路段坡顶至制动失效点之间区段的制动效能良好，可认为车辆在驾驶人掌控范围内安全行驶。从制动失效点算起，车辆行驶速度随着纵坡坡长的增加而增加，具体如计算公式(3)所示。

(3)

式中：Vx—距离制动失效点x处的车辆速度(m/s)；Vi—制动失效点车的车辆速度(m/s)；g—重力加速度(9.81 m/s2)；hx—制动失效点与距离制动失效点距离为x点之间的高差(m)。

依据上述计算结果：制动失效点位置桩号为K1495+300，该处货车运行速度预测值为73.25 km/h，绘制货车行驶至制动失效点后速度随高程变化的行驶速度表，如表6所示。

表6 货车速度随高程变化表

3.4 避险车道的位置选址

通过分析计算，结合该长下坡路段在K1495+000～K1495+600桩号段路侧地形条件良好，符合设置避险车道的条件。经实地调研和比选，建议在桩号K1495+000～K1495+300之间增设避险车道，以提高该长下坡段的交通安全，为制动失效货车提供安全驶离主线、减速停车和实现自救的条件。

4 结 论

在山区公路长下坡路段中，合理设置必要的避险车道，可以对降低该类型路段的交通事故率、减少人员伤亡人数和财产损失起到重要的作用。本文以某山区公路连续长下坡路段避险车道选址计算为基础，分析了山区公路避险车道设置的条件和方法，为类似工程设计应用提供依据和参考。