淺析高速公路長下坡路段自救匝道安全性評價方法

翟奕淇 孟祥昌 唐浩

摘要：云南某雙向四車道高速公路，左幅K44+535～K60+740為長下坡路段，存在很大的安全行車隱患。本項目共在該路段設置了2處自救匝道，在進行交工階段安全性評價時，需對自救匝道的引道、平面線形、縱面線形、橫斷面寬度、長度和坡度、制動坡床材料、排水、端部處理以及交通安全設施和管理設施等進行評價。采用何種評價方法，確保穩妥有效的進行評價，對保證高速公路通車后安全行車是十分必要的。

關鍵詞：自救匝道;安全性評價;引道;剎車鼓;制動坡床

一、工程概況

本項目為云南某條雙向四車道高速公路，左幅K44+535～K60+740為長下坡路段，長度16.205km，縱坡情況見下表。

二、剎車鼓溫度計算

2.1 剎車鼓計算模型

本項目采用美國聯邦公路局（FHWA）的坡度嚴重程度評價體系GSRS（Grade Severity Rating System），建立了載重車剎車鼓溫度與縱坡坡長、坡度、載重車的總重和運行速度之間的關系模型。GSRS剎車鼓溫度預測模型描述如下[1]：

T1= T0+ [T?T？T0+ K2HPB]（1-e-k1L/V）

HPB=（W*θ？Fdrag）v/375？ HPeng

式中：θ —圈數;W —總重量，Ib;L—下坡距離，mile;v—車速，mile/h;T1—坡底溫度，F;HP —制動功率，hp; T0—初始溫度，F;HPeng——發動機功率，hp。

對模型參數進行修正可得：K1 =1.23+0.0256 v;K2 =（0.100+0.00208 v） -1;Fdrag= 450+17.25v;HPdrag=73hp，T8= 90F，T0=150F。

基于上述模型，用于評價的剎車鼓溫度預測。

2.2剎車鼓熱衰退溫度

汽車在連續下坡路段行駛時，剎車鼓需要較長時間連續作較大強度的制動，剎車鼓溫度常在300℃以上，有時高達600～700℃。正常制動時，摩擦副的溫度在200℃左右，摩擦副的摩擦系數約為0.3～0.4。但在更高的溫度，摩擦系數會有很大降低，出現所謂的熱衰退現象。一般情況下，當剎車鼓的溫度不超過260℃時，剎車鼓的制動效能不會發生明顯衰退。目前在剎車鼓中廣泛采用模壓材料、編織材料和粉末冶金摩擦材料作為剎車鼓剎車片摩擦材料，這些材料在260℃以上時不能承受較高的單位壓力，會加快磨損。因此，本報告以剎車鼓溫度260℃為臨界溫度，超過260℃就有可能發生事故，即為危險狀態。

2.3下坡路段剎車鼓溫度計算

依據《關于統一治理超限超載車輛認定標準避免重復處罰等有關問題的通知》（交通部公安部公路字[2004]128號）中的規定，利用以6軸鞍式列車最大載質量為49噸在設計路段上對60km/h、70km/h、80km/h三種不同速度下的制動剎車溫度進行測算[2-3]，同時考慮到我國貨車超載現象比較普遍，剎車鼓溫度測算時也同時測算了61.25噸（超載25%）、73噸（超載50%）、98噸（超載100%）幾種不同的超載情況。根據各路段的坡度及坡長、運行速度的預測結果，對本項目連續下坡路段的制動器溫度變化進行預測。

（1）49噸總重載貨車連續下坡路段以80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預測結果如表和圖所示。由下圖可知總重49t的載重車以低于（包括）80km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度為236.79℃，基本處于安全狀態。

（2）61.25t（超載25%）總重載貨車連續下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預測結果下圖所示，當貨車超載25%（61.25t）且以80km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度為280.77℃，超過危險溫度260℃，處于危險狀態，而當以60km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度為247.06℃。基本處于安全狀態。

（3）73.5t（超載50%）總重載貨車連續下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預測結果下圖所示，當貨車超載50%（73.5t）且以80km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度為302.66℃，超過危險溫度260℃，處于危險狀態，而當以60km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度為259.73℃。基本處于安全狀態。

（4）98t（超載100%）總重載貨車連續下坡路段以60km/h、70km/h、80km/h速度行駛，剎車鼓溫度預測結果如圖所示。

由上圖當貨車超載100%（98t），以60km/h，70km/h，80km/h速度行駛時，剎車鼓最高溫度均大于260℃，均處于危險狀態。

本項目在樁號K68+000處設置有“連續下坡，進站自檢”標志，提示大車在進入長下坡路段前進入服務區加水、自檢。在K61+000處設置有連續下坡提示標志并設置有連續下坡剩余長度預告標志。在K52+000和K57+000處設置有自救匝道，基本滿足失控車道自救需要。

同時考慮到我國貨車超載現象比較普遍，結合對大型車運行速度及大貨車制動器溫度的預測結果[4]，建議對長下坡K57+860～K51+240路段大貨車嚴格限速60km/h，且在連續下坡路段增設大車低檔低速行駛標志;

三、自救匝道安全性評價

本項目自救匝道設置情況如下表所示：

3.1自救匝道引道安全性評價

自救匝道的引道與制動砂床的交線應與進入自救匝道車輛的行駛方向垂直，以保證車輛前輪可以同時進入制動砂床，避免因兩側車輪摩擦力不均而導致車輛側翻，在自救匝道入口發生事故。根據工程經驗，自救匝道引道宜采用直接式減速車道的設計方法，以不小于3°～5°的流出角流出，盡量沿主線切線方向設置。本項目自救匝道設置情況如下表所示：

本項目K52+000自救匝道漸變段長度為105m，能夠滿足7°7'情況漸變段長度的要求。K57+000自救匝道漸變段長度為163.532m，小于6°30'情況下漸變段長度164.6m的要求，自救匝道的引道位置應視線良好，保證緊急情況下駕駛員可以看清自救匝道的全部線形。

由于本項目自救匝道設置條件有限，經現場調查發現，①號自救匝道可能出現右側邊坡阻擋視線，導致駕駛員錯過自救匝道的情況。建議取駕駛員反應時間3s路段長即于漸變段起點之前66.7m處路面設置“自救匝道”文字標志提示駕駛員自救匝道位置，保證駕駛員能夠確定自救匝道的位置。②號自救匝道已經設置有自救匝道提示標志，建議清除自救匝道入口處綠化植被遮擋，并前移自救匝道提示標志以保證駕駛員能看到自救匝道提示標志。

3.2自救匝道平縱線形安全性評價

自救匝道平面應盡量避免采用曲線線形。最好采用直線單坡。若地形條件或者工程量限制時需要采用多個坡度組合，應避免設置小半徑的凸形豎曲線，并保證整條自救匝道線形均在駕駛員的視線之內。

本項目自救匝道均采用直線線形，避免由于線形而降低自救匝道效能。由于山區地形限制，兩處自救匝道均采用凹形豎曲線，能夠保證整條自救匝道線形均在駕駛員的視線內。

3.3自救匝道長度和坡度安全性評價

自救匝道的長度和坡度由地形條件、工程量、失控車輛駛出速度以及自救匝道坡床材料決定。一般上坡制動坡床型自救匝道坡度宜為8%左右，過陡的坡度會使駕駛員產生畏懼感，不敢駛入自救匝道。自救匝道的長度包括分流段長度，縱坡豎曲線長度及制動坡床長度，其中制動坡床長度起到實際的減速作用。

3.4自救匝道端部處理安全性評價

自救匝道應該提供足夠長度的制動距離為優先考慮因素。為保證車輛和駕駛員 的安全，自救匝道端部應設置防撞墻和緩沖設施。一般在自救匝道的端部墻前設置集料堆、防撞沙桶或廢棄輪胎等。防撞墻和緩沖設施不能代替自救匝道的有效制動長度，在車輛撞到防撞墻或緩沖設施時，車速必須降到20km/h或者更低，才能保證駕駛員和車輛安全。

3.5自救匝道制動坡床材料及排水安全性評價

本項目自救匝道制動坡床填料在離坡床起點端30cm內過渡到全深，滿足要求。制動坡床寬8.0m，坡床內的填料為豆礫石等松散材料，厚度95cm。制動車道制動坡床低凹處斜向設置100mmPVC橫向濾水管，管道接通左側路基排出積水，設置長度為低凹點前后各30m，全長共60m，間距10m;設置于填料基底面中部，且最小埋置深度不小于5cm，排水及防護形式同主線，排水設施較為完善。

3.6自救匝道安全設施安全性評價

在自救匝道處應設置標志，標線、防撞護欄等安全設置，使駕駛員能夠正確識別自救匝道。此外在自救匝道附近應布設監控設施，以便監控人員在第一時間得到救助信息，及時采取救援措施。同時救護車道路面結構同主線，緊急制動車道填方一側設置防撞護墻保護。

本項目緊急制動車道外側地段設置座椅式防撞護欄保護，止點根據實際情況設置，與主線交叉部位采用圓弧相連，并采用波型護欄徑向連接。強制減弱裝置采用中粗砂料填充砂袋或廢舊輪胎捆綁堆置，高度1.2m。

本項目兩處自救匝道前均設置提示標志，設置合理滿足要求;建議在自救匝道處布設監控及照明設施，以便第一時間收到救援信息。

四、結論

（1）本項目已在K52+000、K57+000處設置有自救匝道，并設置自救匝道位置的提示標志以及設置了加水站等處置措施。基本達到了長大縱坡駕駛員行車安全的目。

（2）根據長大下坡剎車鼓溫度計算分析，考慮普遍存在的大車超載現象，大車在長大下坡路段按照限速80km/h行駛可能出現剎車鼓溫度過高而導致剎車失靈的問題，故建議長大下坡危險路段（K57+860～K51+240）大車限速60km/h。

（3）建議取駕駛員反應時間3s路段長即于漸變段起點之前66.7m處路面設置“自救匝道”文字標志提示駕駛員自救匝道位置，保證駕駛員能夠確定自救匝道的位置。

（4）②號自救匝道已經設置有自救匝道提示標志，建議清除自救匝道入口處綠化植被遮擋，并前移自救匝道提示標志以保證駕駛員能看到自救匝道提示標志。

（5）建議在自救匝道處布設監控及照明設施，以便第一時間收到救援信息。

參考文獻：

[1]王華 孫綠松.淺議失控車輛自救匝道設置方法[J].公路交通科技（應用技術版）.2015年05期.

[2]公路交通安全設施設計規范（JTG D81-2017）.

[3]公路交通安全設施設計細則（JTG/T D81-2017）.

[4]胡亮.山區高速公路連續長下坡路段安全措施研究[J].交通世界.2013年01期

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