山區公路避險車道的設計要點分析

潘喜朋

（華杰工程咨詢有限公司，北京100029）

0 引言

山區公路連續下坡段危險系數較大，有可能引發車輛失控事故，造成人員傷亡、交通中斷，經濟損失慘重。車輛制動問題是導致連續下坡段交通事故的關鍵因素之一。為了防止這類事故的發生，通常在山區公路容易發生交通事故的路段設置避險車道，如圖1所示。但是，在車輛減速過程中，受到各種因素影響會發生側翻、翻滾等二次事故，導致車輛結構受損、人員受傷，增加了施救成本。因此，根據山區公路連續下坡段交通安全特性對避險車道的設計要點進行分析，降低車道使用過程中的二次事故率，對提高山區公路行駛安全性具有十分重要的意義[1，2]。

圖1 山區公路避險車道

1 山區公路連續下坡段交通安全特征分析

山區公路避險車道在很大程度上提高了連續下坡路段的安全性，一方面，能夠為連續下坡段失控車輛提供避難場所，防止車輛因車速過高在轉彎處發生翻車、碰撞或墜落等交通事故；另一方面，避險車道還能夠減少失控車輛對正常行駛車輛的影響，防止車輛之間發生剮蹭、追尾、碰撞事故，降低人員傷亡的概率。山區公路連續下坡段車輛失控主要是車輛長時間頻繁制動、剎車疲軟失靈，駕駛員無法很好的控制車輛行駛速度等問題導致的。因此，山區公路連續下坡段避險車道的設計與該路段失控車輛的車速變化以及交通事故特征有著密切的聯系。

對某山區公路連續下坡段的交通事故進行了調查，分析了該路段交通安全特性，并對該路段失控車輛行駛速度規律進行了研究，為山區公路避險車道的設計提供依據。

表1 和圖2、圖3 為該路段交通事故的調查數據，通過上述圖表可知山區公路連續下坡段交通事故有以下特征：其一，在連續下坡段發生事故的車型中，大貨車占比80%，小貨車占比15%，轎車占比2%，其他車輛占比3%，大貨車發生交通事故的概率遠遠大于其他車型，且事故的嚴重程度也較高；其二，連續下坡段發生的事故類型以翻車和追尾為主，分別占比35%、32%，正面碰撞占比18%，對向刮擦與同向刮擦分別占比8%、3%，其他類型占比4%；其三，連續下坡段行駛的車輛在環境因素的影響下，其行駛速度會沿下坡段高低交替變化，此時車輛頻繁制動會導致剎車系統溫度持續升高，不利于行車安全[3]。

表1 連續下坡段交通事故分類及數量

圖2 連續下坡段交通事故車型統計

圖3 連續下坡段車輛速度變化

2 山區公路避險車道設計研究

2.1 山區公路避險車道的類型

根據避險車道與主線車道縱斷面坡度不同，可以將避險車道分為上坡道型避險車道、下坡道型避險車道、水平坡道型避險車道、沙堆型避險車道四類，如圖4所示。

圖4 常見避險車道類型

其中，上坡道型避險車道是在連續下坡段車道外側設置的，縱坡與主線行車道相反的避險車道。由于其縱坡方向與主線行車道相反，避險車道的終點較高，對地形的要求高，施工的工程量也較大，施工的難度也較高。在上坡道型避險車道中，坡度設置也是應慎重考慮的問題，如果坡度設置不當，會對主線行車安全產生影響。當失控車輛駛入上坡道型避險車道時，車輛不僅受到制動床的減速作用，還受到重力的影響，因此該類避險車道減速效果較好，長度較短。由于該類避險車道的長度較短，無須設置返回車道。

水平坡道型避險車道是指在連續下坡段車道外側設置的，縱斷面坡度為0 的避險車道。水平坡道型避險車道由于縱斷面坡度為0，在對失控車輛進行減速時重力不再發揮作用，當車輛制動系統完全失效的情況下，減速完全由制動床來提供。因此，該類避險車道制動床的制動材料選擇是其制動效果的關鍵影響因素。該類避險車道長度相較于上坡道型較長，建設成本以及工程量適中，失控車輛駛入后穩定性也較高，減小了出現二次事故的概率。但是，水平坡道型避險車道由于自身坡度的原因，排水較困難，在雨水以及自身重力的作用下制動材料會逐漸密實，降低制動效果。因此，該類避險車道的養護頻率較高。根據實際地形條件及其修建成本，綜合考慮是否修建返回車道。

下坡型避險車道是指在連續下坡段車道外側設置的，縱斷面坡度與主線行車道相同的避險車道。由于其縱斷面坡度與主線相同，該類避險車道的地形適應能力較強。在施工過程中不需要進行大規模填方，建造成本和施工難度都較低。該類避險車道對車輛速度的控制主要通過制動材料提供，制動材料的質量會在很大程度上影響該類避險車道的避險效果。失控車輛駛入下坡型避險車道后，在重力的作用下制動距離會有一定的增長，因此該類避險車道的長度在各類避險車道中最長，總工程量較大。

沙堆型避險車道是指在避險車道上將沙粒堆砌成具有一定坡度沙堆的避險車道。該類避險車道對失控車輛的減速作用是通過沙子與車輛輪間的阻力、失控車輛自身重力實現的。另外隨著高度的增加，制動材料的厚度也逐漸增大，失控車輛速度減小幅度也逐漸增大。車輛駛入該類避險車道后，車速快速降低，車輛制動距離最短，避險效果較好。但是，該類避險車道減速效果較為激烈，導致失控車輛穩定性降低，很容易發生二次事故。因此，對該類避險車道進行設計時，長度不應過長。當地形條件較差且預算充足時，才會考慮該類避險車道。沙堆型避險車道通常不設置返回車道。

2.2 山區公路避險車道位置設計

對于山區公路避險車道位置的設計，關鍵在于車輛出現剎車失靈、失控時所處的位置以及進入避險車道的時機，目的在于能夠最大程度地降低交通事故發生的頻率和減少人員傷亡。不合理的避險車道位置不僅不能為失控車輛提供一個安全的減速場所，還會對駛入車輛和人員產生二次傷害。避險車道位置不合理還會造成車道閑置等問題，大大增加公路的修建成本。根據相關學者的研究，主要應用以下幾種方法確定山區公路避險車道的位置[4]。

2.2.1 工程經驗法。工程經驗法是指設計人員通過以往工程經驗確定山區公路連續下坡段避險車道位置的方法。在山區公路連續下坡段曲線半徑較小的位置或連續下坡段的底部容易發生交通事故，因此避險車道常設置于該處。在小半徑曲線處修建避險車道時，應將其設置于車輛行駛方向的右前方。車輛在連續制動的過程中剎車系統溫度升高，剎車性能變差。在車輛行駛中，駕駛員對車速估計存在偏差，當公路曲線半徑過小時，會造成車輛撞擊山體或者與其他車輛相撞等事故。因此，在連續下坡段修建避險車道時，應當結合駕駛員心理狀況以及車輛行駛速度等因素優化避險車道的修建位置。

采用工程經驗法確定山區公路避險車道的位置時，受主觀因素影響較大，缺乏對公路實際安全特性的考慮。受工程經驗的影響，不同設計人員的設計方案可能大不相同。現階段工程經驗法常用于新建山區公路的避險車道設計中。

2.2.2 交通事故頻率法。交通事故頻率法是指對實際運營中的公路連續下坡段的交通事故統計資料進行分析，將實際交通事故數據作為避險車道位置確定依據的設計方法。該方法主要應用于已經運營的山區公路避險車道的設計。與工程經驗法相同，交通事故頻率法也是通過工程經驗對山區公路中危險路段進行識別，缺乏對影響避險車道位置的理論研究，無法對其位置進行量化分析。

2.3 山區公路避險車道結構設計

山區公路避險車道的結構設計主要是指對制動床路面材料和結構層的設計。失控車輛輪胎與制動床之間的阻力系數以及避險車道的長度會受到制動床路面材料的影響。根據避險車道減速原理，制動床路面材料應當優先選用高阻尼系數材料。為防止制動床路面材料在雨水的作用下產生板結現象，應當選用圓形、完整的材料。根據相關研究，避險車道中的圓形制動材料更容易使失控車輛車輪陷入。如果制動床路面材料較為密實，則會降低其制動效果，增加制動距離。因此，制動床路面材料還應該具備較高的松散程度，防止其在重力作用下壓實。

在對山區公路避險車道結構層進行設計時，為防止制動床路面材料與基層材料在水的作用下混合，導致制動床路面材料板結的現象，應當對結構層進行加固處理。為減小制動床路面材料被雨水沖刷破壞，在對結構層進行設計時，也應當設置完善的排水結構，將避險車道內部積水通過排水設施以及橫坡迅速排出。在降雪較多的地區，應當在層面交界處設置土工布等材料，防止基層產生凍脹效應。另外，失控車輛可能裝載有毒、有害物質，在對結構層進行設計時，還應考慮在路基與面層之間設置防滲層與收集容器，防止周圍環境出現大面積污染。

2.4 山區公路避險車道附屬結構設計

考慮到車輛超載等因素，可能出現避險車道設計長度不足的情況。尤其是上坡道型避險車道的坡道頂端高于地面，如果失控車輛不能及時停止，則會造成嚴重的二次事故。因此，在山區公路避險車道設計中，應在避險車道終端以及其他位置設計防撞消能設備。

山區公路避險車道是失控車輛的最后一道防線。如何快速準確引導失控車輛進入避險車道成為其發揮設計效果的關鍵因素。因此，在對避險車道進行設計時，應同時設計公路標志、標線。

3 結論

從山區公路連續下坡路段的交通安全特性入手，對該類路段常見的交通事故類型進行了總結，闡述了山區公路避險車道的重要性，從避險車道類型及其適用條件、位置、結構等方面對山區公路避險車道設計要點進行了分析，主要得到以下結論：

其一，車輛頻繁制動導致的剎車系統溫度升高、剎車性能衰減是造成山區公路連續下坡段車輛失控的主要原因。

其二，在設計山區公路避險車道時，應當根據施工難度、地形地貌等因素去選擇合適的避險車道類型。在確定避險車道位置時，應根據工程經驗以及車輛制動衰減理論進行設計。避險車道的結構設計主要是對制動床路面材料和結構面進行設計。在設計山區公路避險車道時，還應當考慮附屬結構的設計。