高速公路改擴建工程不停車施工期間應急救援方案*

幸警言，張焰佳，曾大囌，陳一凡，饒正浩

（江蘇大學，江蘇 鎮江 212013）

1 研究介紹

1.1 研究背景

目前，多數高速公路在不中斷交通下開展道路的施工作業，即 “邊通車、邊施工”，且大都采用雙側拼寬的施工方案，這種方法因直接占用一個行車方向的道路進行施工，導致施工區間形成道路瓶頸，使得高速公路改擴建施工期的交通量更大、道路環境更加復雜，交通管理以及應急救援難度更大、任務更艱巨。在現有文獻中，國內外專家對施工期間高速公路應急救援方案均做了大量研究。張新等[1]以濟青高速公路改擴建項目為例，提出應用新一代信息技術構建適用于不中斷交通施工的高速公路改擴建應急救援系統的設計方法。Park等[2]運用實時優化算法探索高速公路應急救援方案的效率。王薇等[3]結合高速公路特征及高速公路施工區不同交通組織對高速公路施工區通行能力進行了深入的研究，提出了基于高速公路施工區通行能力的應急資源調度模型。趙朋[4]在深入研究高速公路突發事件演變特征和演變機理的基礎上，提出面向高速公路突發事件應急處置的4項管理關鍵技術。濮居一[5]基于交通事件的響應業務流程，建立了高速公路應急救援決策體系框架。

目前，針對正常運營期的高速公路應急救援研究較多，但針對改擴建施工期的相關研究則較少。現有高速公路改擴建時期的應急救援方案也存在一些不足：一是由于施工區道路車道數的縮減，車流量較大，道路資源匱乏，缺乏對施工區應急車道設置方案的系統研究；二是交通事故對高速公路施工區交通影響程度不同，現有研究缺乏依事故影響程度進行不同應急救援方案的制定。

1.2 研究內容

在此背景下，本項目基于交通設計基本原理，綜合運用交通流理論和交通仿真技術，設計高速公路改擴建工程不停車施工期間的應急救援方案。項目的主要研究內容包括以下3個方面。

1）高速公路施工區應急車道設置方案研究。根據施工區交通特性，制定中央應急車道設計方案，運用車輛加減速特性和交通流理論，確定各方向應急車道及導流標線尺寸參數。

2）高速公路改擴建工程不停車施工期間應急救援方案設計。分析交通事故對施工區道路交通的影響特性，分別設計出滿足各種影響狀況下的應急救援方案。

3）基于仿真分析的應急救援分流方案制定。運用VISSIM仿真技術解析不同方案下應急救援時間與道路交通量之間的關系，進一步根據事故傷亡程度確定應急救援交通分流量的大小。

2 方案設計

2.1 施工區中央應急車道設計

針對高速公路改擴建施工期間的特點，筆者設計了一種新穎的應急車道設置方式——中央應急車 道，見圖1。

圖1 中央應急車道圖

在封閉一側道路進行施工時，將另一側原有兩條車道及應急救援車道改為雙向兩車道，將應急救援車道設置在道路中間。

這樣的設置方法可最大化利用路面寬度，兼顧兩側車道的應急救援需求，大大降低了事故救援難度。同時也起到了一個中央隔離帶的作用，將雙向兩車道分割，留出較多的緩沖空間，減少一側道路發生事故時對另一個方向上行車安全的影響。在事故發生后，后續車輛可以在交警指揮下借道中央應急車道，即時緩解擁堵，保證事故路段通行效率。

在中央應急車道的地面標線設計上，為了劃分兩側車道路權，以虛線標注了該側車道可以進入的區域，地面箭頭引導車流，淺色標線區分兩側臨時通行區域。運用車輛加減速特征，對通行區域長度進行計算，見圖2。

圖2 中央應急車道詳細設計圖

2.1.1 勻速行駛區域長度

式中：l1為藍牌車長度上限，6 m；為同一時間臨時通行區域行駛車數，取n=5；bsafe=2.5m。

2.1.2 加減速段長度

減速距離和加速距離分別為

式中：減速段加速度a1=-1.5 m/s2；加速段加速度a2=1 m/s2；v1和v2分別為駛入、駛出臨時通行區域的速率，取最大值60 km/h，即16.7 m/s。

2.1.3 漸變駛入駛出段長度

式中：w為應急車道寬度，3.5 m；v取16.7 m/s。

漸變駛入駛出段長度為

2.2 高速公路施工期間不停車應急救援方案設計

2.2.1 事故僅影響單側車道應急救援方案

方案一：當單側車道出現擁堵且中央應急車道保持通暢的情況下，可以借用中央應急車道臨時通行，此方案包括以下4個部分。

一是上游預警：事故點上游的智能誘導屏提示“前方事故，車道臨時封閉”。騎警沿路設置臨時警示牌，提醒后續車輛降低車速，防止二次事故的發生。二是事故點附近：事故發生后，騎警先到達現場維持秩序。救援人員乘汽車攜錐形警示桶、水馬等隔離裝置從對向車道經由中央應急車道駛到事故現場，在事故點上游30～40 m處擺放錐形警示桶封閉該側道路。事故點上游50～80 m處設置 “車道臨時封閉”警示牌，在警示牌后方擺放水馬，作為引導車輛借道中央應急車道的隔離欄。事故點下游50～80 m處以同樣間隔擺放水馬，作為出口。上下游水馬擺放完成后，撤去 “車道臨時封閉”警示牌，擁堵車輛開始通行，臨時車道出入口可以分別設置一名交警引導車流。三是事故點下游限速：交警在下游5 km內擺放臨時限速標志。四是人員救援：救護車，清障車等車輛由對向車道經中央應急車道到達事故現場，駛入封閉路段進行人員救援及清障作業，完成后經由中央應急車道離開。車輛駛入、駛出封閉路段前，由交警擺放錐形警示桶暫時封閉臨時車道，見第145頁圖3。

方案二：靠近施工區一側發生事故且施工區域物料堆積較少，可以考慮清理出一條臨時車道借道施工區域。

圖3 單側不靠施工區的救援示意圖

此方案大體與方案一相同，但首先需施工人員配合交警打斷施工區域隔離，清理出一條臨時車道，隨后交警擺放水馬及錐形警示桶，封閉事故路段，引導車流進入臨時車道。

相較于方案一，方案二可應用于中央應急車道有因事故形成的難以迅速清除的障礙物，且應用此方案后，救護車及清障車駛入駛出封閉路段時不會影響臨時車道通行效率，也減少了人員救援時間，提高了危重傷者的存活率。圖4為單側靠施工區的救援示意圖。

圖4 單側靠施工區的救援示意圖

2.2.2 事故影響兩側車道應急救援方案

采用上游分流方式：交警于兩側車道上游預設分流點前3 km處擺放警示牌及限速標志，于分流點前100～120 m處放置 “車道臨時封閉”警示牌，在分流點處擺放水馬作為分流點臨時隔離帶。完成后撤去 “車道臨時封閉”警示牌，恢復通行。后續車輛均于分流點下高速，通過次一級公路繞開事故路段；而在事故點附近，當事故發生后，騎警先到達現場維持秩序。救援人員乘汽車攜錐形警示桶、水馬等隔離裝置直接由中央應急車道駛到事故現場，隨后在事故點上游及下游30～40 m處擺放錐形警示桶封閉道路，事故點上下游50～80 m處設置“車道臨時封閉”警示牌，在警示牌后方擺放水馬，作為引導車輛掉頭的隔離帶。水馬擺放完成后，撤去 “車道臨時封閉”警示牌，擁堵車輛開始通行。事故點兩側可以分別設置一名交警引導車流。車輛由對向車道到達分流點后，通過次一級公路繞開事故路段；進行人員救援時，救護車、清障車等車輛經中央應急車道到達事故現場，駛入封閉路段進行人員救援及清障作業，完成后經由中央應急車道離開。車輛駛入、駛出封閉路段前，由交警擺放錐形警示桶暫時封閉臨時掉頭車道，詳見圖5、第146頁圖6。

圖5 救援過程中的分流點的設計圖

圖6 兩側完全堵死的救援示意圖

3 仿真及交通分流分析

3.1 VISSIM仿真實驗具體參數

VISSIM仿真實驗的仿真時間為1 h，流量范圍為0～2 000輛/h，車輛組成有小汽車、貨車及客車。比例為6∶2∶2，其中小汽車根據駕駛員熟練程度設有兩種不同配速，見第146頁表1；兩種配速比例為1∶1，仿真情況見圖 7。

表1 仿真環境中的期望速率取值表 （km/h）

圖7 VISSIM仿真示意圖

3.2 根據事故嚴重程度進行車輛分流

首先，通過VISSIM仿真軟件添加一條路段，改變該路段上的輸入流量，測試正常情況下的平均速率，借此可以獲取平均速率與車流量的關系。其次，考慮到應急車道是在兩車道中間，所以應將應急車道的合流與分流設計進去。最后，在再次進行仿真實驗時，車的流量、車輛組成、車輛比例以及車輛期望平均速率不變，可以再次得到一組數據，將兩組數據結合起來可以得到平均速率與車流量的關系圖，見圖8。以此來確定當有交通事故發生時具體的分流量，以提高救援效率。

圖8 平均速度與車流量的關系圖

由圖8中關系可知，當車流量越大時，各種車輛的平均速率將會呈現大幅度下降，當事故較為嚴重時，流量應該分出的更多，使其平均速率盡可能提高，車流量盡量控制在300～1 100輛/h。

3.3 不同情況的救援時間

通過VISSIM仿真模擬軟件，共模擬了3種情況事故發生時的救援所需要的時間與流量的關系。3種交通事故地點在距離起點960 m的地方，并且駕駛速率也會由于車流量上升，考慮到駕駛因素，給3種情況的救護車同樣的減速度，便于對比。但是在到達事故地點時，因救護車到達地點的方式不同，結果會有一些差別。當出現情況1時，車輛需要借助應急車道，所以救護車會與其余行駛車輛會車。當出現情況2時，其余車輛是借助于施工區清理出的道路行車，救護車不會在此會車。當出現情況3時，其余車輛在掉頭時與救援車輛會車，詳見圖9。

圖9 救援時間與車流量的關系圖

根據圖9可得出當車流量越大時，無論是哪種情況都會隨流量增大而增大，且斜率也在增加。從圖中分析當出現情況1時，流量應控制在300輛/h，當出現情況2或情況3時，流量應控制在850輛/h。

4 項目特色與成果

4.1 特色與創新點

本項目的特色是綜合運用交通設計理論和計算機仿真技術來制定高速公路改擴建工程不停車施工期間應急救援方案，以優化高速公路施工區的行車組織，并為項目的實施提供安全保障。創新點主要體現在兩個方面。

一是在交通設施方面，設計了施工區中央應急車道形式。由于施工區道路條件受限且交通量較大，而應急車道為高速公路安全通行的根本保障，在這些限制條件下，設計了兩側交通可以共同使用的中央應急車道，通過標志標線設計來區分兩側交通對應急車道的行使路權，且根據車輛加減速特征確定各方向應急車道及導流標線尺寸參數。

二是在交通組織方面，根據事故對施工區交通的影響程度的不同，分別設計不同的應急救援方案；根據事故的嚴重程度，分別確定不同的交通分流大小。施工區事故具有不同的特性，從對施工區交通的影響程度方面可分為：僅影響臨近施工區側道路、僅影響遠離施工區側道路和影響整個道路斷面，因此設計了不同的應急救援方案以滿足快速、有效的救援。從事故的嚴重程度方面可分為：有人員傷亡和無人員傷亡，根據不同的救援時間，需要確定不同的交通分流大小。

5 結束語

本項目設計了一套適用于高速公路改擴建工程不停車施工期間應急救援的詳細流程，主要包括中央應急車道標志標線設計、事故不同交通影響程度下的應急救援流程、施工區交通分流量確定3個部分。本方案操作簡單、易于實施，救援部門和交警隊根據現有設備即可實現本方案。同時，方案在VISSIM中進行了仿真測試，這也便于管理部門在施工前就能對救援方案進行預判，同時根據各參數的調整，為施工區交通組織方案提供參考。高速公路施工區交通流量大、道路環境復雜，交通應急管理一直是施工期間的難點，本方案能夠實現安全、快速的交通救援，為高速公路改擴建工程項目的順利實施提供安全保障。