新疆風雪地區交通標志適用性研究

蔡 強 劉小勇 劉 健

（1.新疆農業大學機械交通學院，新疆 烏魯木齊830000；2.新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊831401；3.新疆交通科學研究院，新疆 烏魯木齊830000）

1 研究的目的及意義

新疆維吾爾自治區位于中緯度歐亞大陸腹地，屬于我國綜合自然區劃中的溫帶暖溫帶荒漠區。冬季寒冷漫長，約150天，年最低氣溫-51.5℃，受大西洋西風暖濕氣流以及北冰洋冷濕氣流影響，新疆降雪面積占全區面積80%以上，約有45%的區域形成冰雪災害。北疆和高山區一般有5至7個月的降雪期，南疆至少有3至4個月，最大積雪厚度深度達162厘米。最大積雪帶分布與天山降水分布特征一致，具有由西向東，由北向南逐漸減少的規律，并隨海拔高度增加而增加的趨勢。

由于冬季寒冷和降雪作用，公路冰雪災害現象發生頻率較高。每年冬季，都有強大的冰雪災害出現，致使公路嚴重積雪、結冰、能見度降低，交通安全標志難以辨識，同時給公路交通運輸安全帶來較大的影響。因此，在滿足國家現行規范的前提下，有必要重新研究冰雪地區交通安全標志的版面設計、位置和角度的設置、結構型式設計等內容，更好的引導車輛通行。

為了能對今后風吹雪地區公路安全設施設計、防護有所借鑒，通過調查研究新疆風雪地區的風雪雪害導致的交通標志被覆蓋的情況，對現有交通標志的材質、版面設計、結構安裝形式等內容進行改進、完善，研究開發適用于風雪災害地區的交通標志，為安全通行提供保障。

本課題研究以塔城老風口-瑪依塔斯風區區域為例。

2 新疆風雪區域風吹雪害分析

2.1 區域概況介紹

塔城老風口-瑪依塔斯風區項目區域位于齊吾爾喀葉爾山和加依爾山之間一條東西長100km、南北寬不足20km、東高西低的狹長谷地，由于受地形的影響，整個谷地是大風帶，常年盛行偏東、偏西風。瑪依塔斯風區東面連通準噶爾盆地，西接塔城盆地，當蒙古高氣壓與準噶爾盆地冷空氣氣壓堆積時，就會構成東高西低的氣壓場，氣壓梯度與狹管狀地形方向一致，回流倒灌的冷空氣沿谷地向西運行，在狹管效應和滑坡效應的雙重作用下，氣流得到加速，從而形成偏東大風。

2.2 風雪害調查與分析

持續風吹雪的形成必須具備三個條件：豐富的雪源且雪的上伏面結晶較低；一定的風速；適宜的沉積區。項目區域受西伯利亞寒流和蒙古高壓的影響，該區域冬季盛行西北風和偏東風，降雪時往往是風雪交加，雪粒隨風漂流，形成強烈的風雪流，能見度變差，視距變短，通行條件惡劣。當風雪流到達公路之前一定范圍時，受地勢、植被等因素影響，使風速降低到小于雪粒的起動風速時，雪粒就在公路一定范圍內沉積，并且越積越厚，逐漸埋沒公路，最終形成嚴重的雪阻，致使交通中斷。

2.2.1 區域氣溫分析

項目區域內自1986年-2012年之間，從鐵廠溝、額敏、瑪依塔斯幾測站所測大風期間出現的絕對最低氣溫為-35.9°，老風口風區三站點歷年最低氣溫見圖。極端最低氣溫-42.6℃，年平均氣溫5.5℃。雪粒不易結晶，雪密度約為0.15g/cm2，呈“干粉”狀，極易隨風運動。

2.2.2 自然降雪厚度分析

根據額敏、塔城、托里3個氣象站近50年相關指標指數統計，克塔高速公路沿線最大積雪空間分布特征為：最大積雪厚度的高值區出現在額敏路段（為62cm），鐵廠溝路段為40cm，瑪依塔斯風區路段只有30cm左右。豐富的降雪為風吹雪災害的發生提供了充足的物質條件。

2.2.3 風速風向分析

老風口－瑪依塔斯風區位于齊吾爾喀葉爾山和加依爾山之間一條東西長百公里、南北寬不足20km、東高西低的狹長谷地。

受西伯利亞寒流影響，西方入侵冷空氣時風區內刮西風；當蒙古高壓建立后，準噶爾盆地為冷空氣堆積時，利于東高西低氣壓場的建立，冷空氣回流，自風區東部入口入侵時刮偏東風。

根據風電勘察部門在區域內布置的測風塔獲悉全年平均風速6-8 m/s，最大風速41.0 m/s，主力風向為東北偏東風，頻率為30.4%。

由于東、西雙向風，導致區域內風吹雪呈級數增長，其發生頻率、強度、持續時間為世界之最。

3 風雪災害地區交通標志研究

3.1 風雪地區交通標志

天氣對交通運輸的影響國內外專家已經研究了很長時間，也提出過多種解決方案，路側交通標志方案便是其中一種。

研究區域由于冬季低溫結冰和降雪積雪作用，公路冰雪災害現象發生頻率較高。每年冬季，都有強大的冰雪災害出現，致使公路嚴重積雪、結冰、能見度極低，交通安全標志難以辨識，給交通運輸造成很大困難，同時給公路交通安全帶來較大的影響。

為了能對今后新疆風吹雪地區公路交通安全標志設計有所借鑒，我們結合國內外經驗和我所多年來的試驗研究成果及經驗總結，探討研究開發適用于新疆冰雪災害地區的交通安全標志。

3.2 項目研究對比試驗設計

為了保證標志設置上符合相關規定要求，本項目設計了以下對比試驗，具體試驗方案如下：

3.2.1 用已知的材料和新型交通材料進行對比試驗觀察，觀測新型交通材料在風雪地區的測試結果與傳統材料的比對，選取合適的新型材料

交通標志是非常重要的交通安全設施，一般由標志底板、立柱、連接件等部件組成。材料選用鐵素體不銹鋼，和傳統鋁合金材料進行比對試驗。鐵素體不銹鋼是指鉻含量在11%-30%，具有體心立方晶體結構，在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼。這類材料是否適用于交通標志，需從材料的理化性能指標、經濟性、加工成型方式等因素加以考慮。

另外，考慮到鎳資源緊缺與鎳價格上漲等因素，如何少用鎳甚至不用鎳，是國內工業發展中亟待解決的問題。生產鐵素體不銹鋼不需要使用鎳或少用鎳，這樣具有明顯的經濟效益與社會效益。傳統的鐵素體不銹鋼由于韌性有限，脆性轉變溫度較高及加工性能不足等因素，嚴重影響了其在工業上的應用。

在強風下考慮標志板的剛度和連接強度，用鐵素體不銹鋼制作標志板時，其厚度分別為1.2mm或0.8mm，以替代3.0mm或2.0mm的鋁合金板。若鐵素體不銹鋼板材剛度不夠，會導致標志板在使用過程中產生晃動，影響實際使用效果。另外，傳統的鋁合金標志板其板面拼接方式多采用鉚釘連接形式，而鐵素體不銹鋼標志板的板面只需采用焊接方式進行拼接。

標志標牌材料還有考慮防腐蝕特性。目前交通標志板鐵構件的耐腐蝕評價主要通過鹽霧試驗來考察。鹽霧腐蝕是一種常見和最具破壞性的大氣腐蝕。這里所述的鹽霧是指氯化物的大氣，它的主要腐蝕成份是海洋中的氯化物鹽，即氯化鈉，它主要來源于海洋和內地鹽堿地區。交通標志板的鹽霧試驗采用的是中性鹽霧試驗。

3.2.2 用新型結構設計的交通標志和現在存在的交通標志進行對比試驗，找出恰當結構的交通標志結構道路交通標志是由標志底板、支柱、基礎緊固件和標志面組成。由于道路交通標志設置于道路上暴露在自然環境中,其材料、結構均需應對自然環境的侵蝕。

標志底板在同一塊標志板上,標志底板和標志面所采用的各種材料應具有相容性,防止因電化作用、不同的熱膨脹系數或其他化學反應等造成標志板的銹蝕或損壞。標志底板可用鋁合金板薄鋼板、合成樹脂類板材(如塑料、硬質聚氯乙烯板材或玻璃鋼等)材料制作。標志底板的各鐘材料應符合相應的規定。

3.2.3 用新型交通反光膜和目前的交通反光膜進行試驗對比找出最佳的交通反光膜

根據《交通標志漢字識認性的研究》的結論，我國高速公路交通標志的漢字高度為60cm，如果駕駛員的視力為1.5，那么他可以看見201.3m處的物體，在這段距離內，駕駛員的觀察角變化范圍為0.37°-1.55°。在現有的標準里，只有一級和二級反光膜可以應用在高等級公路上，但是，一級膜對逆反射性能的標定在0.2°觀察角和0.33°觀察角下，而二級反光膜下雖然有規定了0.2°、0.33°和1°，但對于1°觀察角下的逆反射性能要求太低。顯然，這樣的要求是無法滿足高速公路上車輛對標志牌的視認要求的。因此，在進行標志牌設計時，反光材料的選擇要適度提高二級反光膜在大觀察角度下的逆反射性能要求，同時也要增加一級反光膜在大觀察角度下的逆反射性能要求。

統計表明，使用反光膜的交通標志牌能有效的降低交通事故率。所以，交通標志的設計對反光材料的選擇有特殊的要求。

第一，要求質量達標，必須符合交通標志反光產品的標準要求。第二，綜合考慮預算的情況下，可以考慮技術先進、性能更好的全棱鏡結構的反光材料。第三，除了反光膜本身外，標志牌的版面質量也是影響反光牌反光度的重要因素之一。第四，在制作過程中，控制好板面粘貼質量。

3.2.4 在雪害地段分段，進入雪害區域一段開頭采用彩色瀝青混凝土路面，另一段采取傳統方法不做任何標記看效果

彩色瀝青路面用于雪害地區主要起到交通誘導和警示安全功能。不同顏色的瀝青路面,能起到比交通標志更佳的警示效果，可以有效提高駕駛員的識別效果，有效吸引駕駛員注意力，使其保持頭腦清醒，緩解駕駛疲勞，起到積極的誘導車流、安全行車、減少交通事故的作用。彩色瀝青混凝土鋪筑的大孔隙低噪音透水性路面(彩色OGFC路面)，摩擦系數顯著提高，行車安全性能大為提高。

通過上述試驗方案有效制定出符合新疆地區的雪害地區交通標志標牌設計方案，早日投入生產，確保交通安全和暢通，同時在信息反饋上也按實際情況提出限速要求。