基于本質(zhì)安全理念的山區(qū)高速公路縱斷面深化設(shè)計研究

張 強

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

1 概述

在2016年6月的國家安全生產(chǎn)宣傳咨詢?nèi)丈希瑫r任交通運輸部黨組書記、部長的楊傳堂發(fā)表了“打造本質(zhì)安全、共享平安交通”的署名文章。在文章中指出：交通運輸系統(tǒng)將以此次“安全生產(chǎn)月”活動為契機，推動交通企業(yè)以思想無懈怠、管理無空檔、設(shè)備無隱患、系統(tǒng)無阻塞為目標(biāo)，打造“以人為本、制度為重、科技為先、防治為主”的本質(zhì)安全理念，讓全社會共享平安交通。

隨著國家西部大開發(fā)、中部崛起等一系列戰(zhàn)略的實施及綜合實力的不斷提升，現(xiàn)階段高速公路的建設(shè)重心已由經(jīng)濟發(fā)達(dá)的東部平原微丘區(qū)逐步轉(zhuǎn)向地形地貌等自然條件更加復(fù)雜的中西部山嶺重丘區(qū)[1]。在山嶺區(qū)高速公路的設(shè)計過程中，為了克服高程和控制工程規(guī)模，往往采用長的陡坡和短的緩坡交替設(shè)計，形成所謂的“臺階式”連續(xù)的長大下坡路段[2]。而在針對高速公路安全事故的調(diào)查研究分析中發(fā)現(xiàn)，山嶺區(qū)高速公路中連續(xù)長大下坡路段安全事故頻發(fā)，運營安全風(fēng)險系數(shù)較高，面臨嚴(yán)峻的安全形勢。國內(nèi)已經(jīng)在連續(xù)長大下坡路段的運營安全方面開展了大量研究，但大多是被動的、滯后的，是運營期事故發(fā)生后如何加強安全措施等方面的研究，缺乏在設(shè)計階段針對線形指標(biāo)的研究。因此，有必要主動、超前地介入，從設(shè)計階段就有針對性地開展山嶺區(qū)高速公路連續(xù)長大下坡路段線形指標(biāo)選用研究，盡量消滅風(fēng)險、消除隱患，營造良好的山嶺區(qū)高速公路運行服務(wù)環(huán)境[3]。

本文結(jié)合“靜興高速公路”這一典型的山嶺區(qū)高速公路設(shè)計實例，基于“本質(zhì)安全”理念，探討分析連續(xù)長大下坡路段縱斷面設(shè)計指標(biāo)的選用，總結(jié)經(jīng)驗，為今后類似的工程項目設(shè)計提供參考借鑒。

2 長大下坡路段縱斷面設(shè)計的控制指標(biāo)

根據(jù)JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》，指導(dǎo)和控制縱坡設(shè)計的指標(biāo)主要有最大縱坡坡度和連續(xù)長、陡下坡的平均縱坡兩個方面。較大的縱坡，較長的下坡會使得行駛車輛存在制動失靈的風(fēng)險，為此，在山區(qū)高速公路設(shè)計的過程中應(yīng)滿足規(guī)范的要求。具體見表1和表2。

表1 最大縱坡[4]

表2 連續(xù)長、陡下坡的平均坡度與連續(xù)坡長[5]

相關(guān)研究表明，當(dāng)山區(qū)高速公路連續(xù)下坡的坡長或坡度接近或超過表2中所列指標(biāo)時，行駛車輛為了減小風(fēng)險，降低行車速度，就會頻繁剎車，從而造成車輛剎車轂的溫度升高。交通部科研所的研究表明，當(dāng)剎車轂溫度達(dá)到200℃時，車輛的制動效能陡然衰減，當(dāng)溫度達(dá)到260℃時，制動失效[6]，車輛受到重力、自身慣性等作用的影響，速度持續(xù)上升，存在極大的安全風(fēng)險。

《公路路線設(shè)計規(guī)范》中要求，“高速公路、一級公路連續(xù)長、陡下坡路段的平均坡度與坡長不宜超過表2（平均坡度與連續(xù)坡長）的規(guī)定；超過時，應(yīng)進(jìn)行交通安全性評價，提出路段速度控制和通行管理方案，完善交通工程和安全設(shè)施，并論證增設(shè)貨車強制停車區(qū)。”[5]為此，應(yīng)根據(jù)項目的具體情況，充分考慮項目區(qū)的地形、地質(zhì)情況，進(jìn)行反復(fù)的線形設(shè)計，結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)丶皣鴥?nèi)類似項目的設(shè)計經(jīng)驗，合理確定長大下坡路段的平均縱坡。

3 工程實例

3.1 工程概況

靜樂豐潤至興縣黑峪口高速公路是陜煤、蒙煤東運的一條大動脈，是山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃“四縱十五橫三十三環(huán)”中第五橫的重要組成部分。它的建設(shè)將大大改善沿線地區(qū)交通環(huán)境，對省道S313忻黑線起到分流作用，有效緩解岢嵐縣、興縣、嵐縣、臨縣、豐潤鎮(zhèn)及婁煩境內(nèi)S218岢大線、S252嵐古線、S217嵐馬線和G209的通行壓力。項目整體呈東西走向，起點位于靜樂縣豐潤鎮(zhèn)，東接太佳高速，終點位于陜西省榆林市神木縣馬鎮(zhèn)，與陜西省神盤一級公路對接，全長約93.691 km，按照雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度為80 km/h，整體式路基寬度為25.5 m。項目區(qū)位于山西省西部，路線走廊帶內(nèi)最高點位于大萬山山頂，標(biāo)高2 190.00 m，最低點位于黃河，標(biāo)高766.38 m，最大相對高差達(dá)1 423.62 m。巨大的高差給項目的設(shè)計工作帶來了諸多的挑戰(zhàn)，不可避免地存在多處連續(xù)長大下坡路段。

3.2 典型連續(xù)長大下坡路段縱斷面設(shè)計情況

由于受到項目沿線地形地貌等條件的限制，路線在大萬山前后K27+090—K45+970段（路段1）及K45+970—K67+400段（路段2），設(shè)置了連續(xù)的長大下坡。其中路段1為克服393 m高差，采用了平均縱坡為2.08%，長18.8 km的連續(xù)下坡；路線穿越大萬山后，路段2為克服460 m高差，采用了平均縱坡為2.15%，長度為21.43 km的連續(xù)下坡，平面和縱斷面示意圖分別見圖1、圖2。

圖1 長大縱坡路段平面示意圖

圖2 長大縱坡路段縱斷面示意圖

3.2.1 路段1（K45+970—K27+090段）

該路段采用控制坡差和坡長的陡緩坡相結(jié)合的方式，進(jìn)行縱斷面設(shè)計（具體見表3）。路段最大高差達(dá)393 m，平均縱坡2.08%，其中最大縱坡3.8%，對應(yīng)坡長805 m；最小縱坡1.5%，對應(yīng)坡長1 670 m，滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）的要求。經(jīng)檢查，該路段平均縱坡不超2.5%，滿足表2中高差和坡長的要求。在設(shè)計中采用了較小坡差的陡緩坡組合的連續(xù)下坡的設(shè)計方式，在一個陡、緩坡組合單元內(nèi)，前后坡差控制在0.8%～1.5%左右，且陡、緩坡的坡長均衡布置，相差不大。采用此種縱坡設(shè)計方法，能夠有效避免長陡坡接短緩坡時，駕駛員視距誤差造成的超速行駛，以及長緩坡接短陡坡時車速過快引起的交通事故。

表3 路段1縱坡、豎曲線表

該路段雖然能夠滿足規(guī)范要求，但是存在連續(xù)長下坡的情況，可能會增加連續(xù)下坡路段機動車制動失效引起事故的概率，對該路段進(jìn)行運行速度檢測，檢測結(jié)果見表4。從檢查結(jié)果可以看出，該路段大貨車運行速度差小于20 km/h，運行速度梯度小于10 km/h·100 m-1，說明采用控制坡差和坡長的陡緩坡相結(jié)合的方式，能夠較好地控制該長大下坡路段線形的連續(xù)性，但為了保障項目的運營安全，在項目設(shè)計階段，除采用了多方案比選外，同時采用了多種方式保障行車安全。

表4 路段1大貨車運行速度表（左幅下坡）

首先該路段縱坡設(shè)計采用控制坡差和坡長的陡緩坡組合，避免采用4%+2.5%極限坡組合以及陡坡接長緩坡的不利于行車安全的組合；其次在該長下坡路段采用消能型護(hù)欄，能夠保證車輛萬一剎車失效后，盡快減速停車，降低安全風(fēng)險；同時，在該路段加密危險路段警示標(biāo)志，增設(shè)振蕩、防滑、突起等類型多樣的交通標(biāo)線，加強交安設(shè)施的設(shè)計。

3.2.2 路段2（K45+970-K67+400段）

該路段依然采用控制坡差和坡長的陡緩坡相結(jié)合的方式（見表5），進(jìn)行該路段的縱斷面設(shè)計。該路段全長21.43 km，最大高差460 m，平均縱坡2.15%，其中最大縱坡4.0%，對應(yīng)坡長705 m；最小縱坡1%，對應(yīng)坡長730 m，滿足《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）的要求；經(jīng)檢查，該路段平均縱坡不超2.5%，滿足規(guī)范表2的要求。在設(shè)計中采用了較小坡差的陡緩坡組合的連續(xù)下坡的設(shè)計方式，在一個陡、緩坡組合單元內(nèi)，前后坡差控制在0.7%～1.5%左右，并且避免長緩坡接短陡坡的線形組合。

表5 路段2縱坡、豎曲線表（右幅下坡）

與路段1相同，該路段雖然能夠滿足規(guī)范要求，但是仍存在連續(xù)長下坡，造成機動車制動失效引起的風(fēng)險，為此對該路段進(jìn)行運行速度檢測，檢測結(jié)果見表6。從檢查結(jié)果可以看出，該路段大貨車運行速度差小于20 km/h，運行速度梯度小于10 km/h·100 m-1，說明該長大下坡路段線形具有良好的連續(xù)性。

表6 路段2大貨車運行速度表（右幅下坡）

為保障項目的運營安全，在設(shè)計階段，該項目除了采用上述方法，加強縱斷面指標(biāo)比選，采用運行速度對路線指標(biāo)進(jìn)行檢驗外，還加強交通安全設(shè)施設(shè)計，如在隧道出口路段采用消能護(hù)欄，設(shè)置專用減速帶等。此外，在K52+000處還設(shè)置了一處停車區(qū)，將連續(xù)下坡路段強制分段，以期實現(xiàn)非連續(xù)長下坡，在停車區(qū)內(nèi)配備有降溫池，供大貨車加水降溫，降低運營風(fēng)險。

4 長大下坡路段設(shè)計的安全保障措施

綜合上述兩處長大下坡路段的設(shè)計，從“本質(zhì)安全”理念角度分析，在山嶺區(qū)高速公路長大下坡路段的設(shè)計過程中必須要加強路線平、縱面指標(biāo)的論證比選，充分結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、氣象等條件，合理展線，減緩平均縱坡，控制長大縱坡段落，通過設(shè)置多個緩坡，將連續(xù)的長大下坡路段切割，力爭做到長大下坡路段平均坡度緩、連續(xù)坡段短，主動提高行車安全性。此外，還應(yīng)著重強調(diào)如下的安全保障措施。

4.1 增設(shè)交通安全設(shè)施

a）在長大下坡路段增設(shè)停車區(qū)，提供降溫池、加水服務(wù)等，供大型車輛停車檢修、剎車轂降溫。

b）加密各類誘導(dǎo)、提示、警告標(biāo)志，提醒駕駛?cè)思凶⒁饬Γ硇耐度搿?yīng)對長大下坡路段。

c）廣泛采用防滑、突起、振蕩等形式多樣的標(biāo)線。

d）架設(shè)無死角、全覆蓋的電子監(jiān)控與測速設(shè)備，嚴(yán)禁車輛超速行駛，杜絕各類違規(guī)、違章的危險駕駛行為。

4.2 加強駕駛員、車輛的安全服務(wù)與管理水平

a）加強針對駕駛員的安全教育，使其充分認(rèn)識長大下坡路段行駛的危險性，做到心中有底、腳下不慌，杜絕疲勞駕駛、杜絕超載超限，安全上路，平安到家。

b）在需要路段嚴(yán)格執(zhí)行分車型、分車道行駛的管控手段。采取大型車輛、小型車輛分道行駛的措施，有效避免不同速度車輛間的交叉干擾，并針對不同的車道采取有區(qū)別的限速措施，提升高速公路行駛安全性與通行效率。

4.3 建立健全完備的應(yīng)急救援保障體系

在運營階段，業(yè)主部門應(yīng)聯(lián)合高速交警、道路管養(yǎng)部門等，設(shè)立救援中心、部署專業(yè)設(shè)備，建立完備的報警、接警、出警、醫(yī)療、清障、消防等聯(lián)動應(yīng)急體系，一旦出現(xiàn)緊急情況，第一時間快速反應(yīng)，避免二次事故與區(qū)域性大規(guī)模擁堵的發(fā)生，力爭將損失降到最低。

5 結(jié)語

在山嶺區(qū)高速公路工程中，連續(xù)的長大下坡路段確實存在一定的安全風(fēng)險。車輛行駛于該路段時，頻繁地、長時間地過度使用剎車，極易使剎車轂過熱失靈，造成車輛失控，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的交通事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟和社會影響。

基于“本質(zhì)安全”理念，著重強調(diào)“以人為本、制度為重、科技為先、防治為主”的核心思想，通過對“靜興高速公路”典型的連續(xù)長大下坡路段縱斷面設(shè)計過程的分析研究，建議在山區(qū)公路設(shè)計過程中，做好縱坡陡、緩坡相結(jié)合時坡差和坡長的控制，結(jié)合地形地貌、合理運用線形指標(biāo)，合理展線，控制長大縱坡段落數(shù)量，減緩坡度、減短坡長；此外，還應(yīng)通過加強交通安全設(shè)施設(shè)計、加強后期運營階段的安全服務(wù)與管理水平，建立健全完備的應(yīng)急救援保障體系等措施與手段，全力提升山嶺區(qū)高速公路長大下坡路段的安全系數(shù)，確保運營安全，為類似項目在安全設(shè)計和運營階段的管理提供參考。