山區高速公路長陡下坡路段行車安全性分析

傅龍呈　趙丹婷

摘要：文章以貴州省畢都高速公路的一長陡下坡路段為例，分析山區高速公路長陡下坡路段的大車制動安全性，并結合實際工程情況所采取的安全措施。

Abstract： Taking a long and steep downhill section of BIDU Expressway in Guizhou Province as an example， this paper analyzes the safety of crane braking in the long and steep downhill section of mountainous expressway， and the safety measures taken in combination with the actual engineering situation.

關鍵詞：長陡下坡;汽車制動;行車安全性

Key words： long and steep downhill;automobile braking;driving safety

中圖分類號：U412.3;U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0156-03

0? 引言

對于山區高速公路而言，受地形條件限制，長大縱坡路段在所難免，通過對近幾十年高速公路交通事故的調查分析，長陡下坡路段是交通事故多發路段，尤其是近年來貨車載重量越來越大且貨車改裝超載現象屢禁不止，這些超重貨車在連續下坡路段需要長時間進行連續制動，車輛的剎車系統不斷升溫，車輛剎車容易失靈，駕駛員會對車輛失去控制，進而造成車毀人亡的重大交通事故。

對于連續下坡路段，《路線規范》8.3.5規定了高速公路和一級公路在連續下坡時，不同平均縱坡所能使用的最大連續下坡坡長和連續下坡路段的最大相對高差。當連續下坡路段對應的平均縱坡連續坡長或相對高差超過《路線規范》表8.3.5規定時，應對該連續下坡路段進行專項交通安全評價，分析大貨車在該連續下坡路段行駛的剎車性能，并根據項目的實際地形和構造物設置情況確定適合該項目的具體重車通行管理方案，包括：速度控制措施、交通安全設施以及是否設置避險車道，并結合具體項目的平面線形、地形和構造物設置情況確定避險車道設置位置。

下面就以畢都高速公路北盤江特大橋之前的連續長大下坡路段為例，分析該路段的6軸貨車（55噸）、3軸貨車（超載至50噸）、6軸貨車（超載至100噸）制動器溫度曲線，并結合該項目的地形、橋梁隧道等構造物的布置情況，以及平面線形，確定該路段對重車所采取的安全措施。

1? 項目概況

畢都高速公路即國高網G56杭瑞高速公路畢節至都格段，該項目設計速度為80km/h，路基寬24.5m，雙向四車道。該項目連續下坡路段指標示意圖，如圖1所示。

2? 平均縱坡分析

該項目連續長大下坡路段起點（頂點）位于K202+500白龍山隧道人字坡頂點處，高程1909.23m;長大下坡終點（底點）位于K218+148北盤江特大橋貴州岸橋頭（北盤江特大橋起點），高程1509.97m;該連續下坡路段總長16.165km，相對高差393.26m，平均縱坡2.47%。由于該路段K207+710設置一主線收費站，車輛進入主線收費站需要減速至0，因此主線收費站將車輛的連續下坡分成獨立的兩段：頂點至主線站、主線站至底點。

頂點至主線站，連續下坡長度5.727m，相對高差96.97m，平均縱坡1.8%，根據《路線規范》8.3.5，不屬于長大下坡路段，且參考《公路避險車道設計規范》（DB 45/T 1957-2019）當平均縱坡小于2%時，不需要考慮設置避險車道。

主線站至底點段，連續下坡長度10.438km，相對高差296.2m，平均縱坡2.84%，滿足《路線規范》8.3.5條要求，但是平均縱坡大于2%，需要考慮設置避險車道。

3? 避險車道設置分析

根據《公路避險車道設計規范》（DB 45/T 1957-2019），當長、陡下坡路段考慮設置避險車道的平均縱坡和坡長及增設避險車道的間距見表1。

根據圖1和表2，該項目連續下坡路段從主線站至坡底段宜設置2處避險車道：坡中一道，坡底一道。根據該路段地形和橋隧構造物設置情況，自主線站至坡底，大部分路段均為橋隧相連路段，橋梁與隧道之間路基段很短，只有K213+800附近的耿家屋脊平臺有足夠長的路基段設置避險車道，綜合路線平面、地形以及與隧道出口的間距要求，第一處避險車道設置于K213+800處，距該下坡段起點（主線站處）6.09km，距坡底4.348km。可僅考慮在坡底增設一個避險車道。根據該項目設計情況第一處避險車道至坡底均為橋接隧的設計，無避險車道設計空間，僅在坡底位置有設置避險車道空間。且第二處避險車道只能設置在下寨隧道和北盤江特大橋之間。在K217+315～K218+100之間設置避險車道，需要在路線為半徑1089.8m右偏圓曲線上繼續右偏不小于8度，存在較大的安全隱患，同時受限于地形，在下寨隧道進口K217+280～K217+475段路基長190m，右側為3級邊坡，在下寨隧道出口K217+790～K217+925段路基長135m，右側為4級高邊坡，其余路段全為橋梁和隧道，邊坡和隧道對右偏避險車道視距影響大，不利于緊急避險。如果不設置避險車道，從K218+900開始，路線進入北盤江大橋段，為1.6公里平直線，可以作為超載失控車輛的緩沖區。下面通過重車下坡時的剎車轂溫度曲線進行汽車制動性能分析，進一步論證第二處避險車道設置的必要性。

4? 汽車制動性能分析

重載貨車在下長坡時，如果下坡坡度超過臨界縱坡，不采用強掛低檔發動機制動、排氣制動和淋水降溫等輔助設施時，其主制動器將長時間、連續地做強度很大的制動，制動器溫度升高很快，從而出現剎車效能衰減現象。

通過制動器溫升模型對不同重載貨車、不同下坡速度時制動器溫度進行預測，分析連續下坡的危險路段，有助于進行安全設施和避險車道的設計。

大貨車在長大下坡行駛時，制動器持續制動，制動器摩擦片與制動鼓會產生大量的熱量，使摩擦片和制動鼓溫度不斷上升，高溫的制動鼓通過各種方式將熱量傳遞出去。假設大貨車在下坡過程中保持勻速直線運動，根據汽車動力學原理、熱能原理及能量守恒原理，建立制動溫度模型。

根據實驗測試，在下坡坡度較小時（小于臨界坡度，如75km/h下坡，臨界坡度為-2.8%），制動鼓溫度并沒有上升，駕駛員可能輕微腳踩油門，或輕踩剎車、或完全松開剎車，制動鼓的溫度降不在升高而是在下降，制動器生熱功率P=0，得到降溫模型。

根據以上模型，假設貨車經歷了較長下坡，在第一處K213+800避險車道處剎車制動溫度已達到160攝氏度，并持續以75km/h左右速度下坡，測算到達坡底K218附近的剎車鼓溫度。

由溫升模擬圖表（圖2～圖4）可以看出，對于正常裝載貨車，下至坡底溫度剎車溫度上升不明顯;而對于超載車輛，下至坡底剎車溫度超過200攝氏度，已經進入衰減區間，剎車性能衰減較快，其失效風險大幅增加。

綜上，從偏于安全考慮，坡底K218附近應設置避險車道。

由于八級邊坡位置邊坡未到頂，如在該處設置避險車道，則邊坡收不住，因此從地形條件考慮，避險車道應設置在八級邊坡之前的橋上，即K217+900處。對于該處避險車道，由于設置與橋梁上，避險車道縱坡為8%，且由于避險車輛對橋臺附近的沖擊比較劇烈，對橋梁結構不利，需要對避險車道的橋梁結構進行特殊設計，同時橋梁護欄應加強，流出鼻端位置注意護欄強度過渡。

5? 其他安全設施

對于長大下坡路段，除了設置避險車道，還應加強交通安全防護措施，如在坡頂設置制動檢查區、坡中設置長大下坡警告標志和大車強制停車區等各種措施，防止重車在長大下坡路段的制動失控風險，進而阻止交通事故的發生。

6? 結論

對于高速公路連續長大下坡路段，尤其是重車比例較多的路段，應嚴格控制路線的平均縱坡。對于受地形限制，平均縱坡無法滿足規范要求的路段，應采取適當措施控制重車的運行速度，并結合規范和重車下坡時的剎車轂溫度曲線分析汽車的制動性能，確定重車是否有失控風險，進而確定在一定區域內是否需要設置避險車道。避險車道具體位置的確定還應結合項目具體的地形和橋隧構造物設置情況，選擇工程規模較小、視距良好的位置。

參考文獻：

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[2]DB 45/T 1957-2019，公路避險車道設計規范[S].

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