一種軟式限高設施系統的設計與應用

陳帥

(南四湖水利管理局韓莊水利樞紐管理局 山東濟寧 277600)

1 研究背景

為了強化對道路、橋梁的保護和安全管理，管理單位對部分道路和橋梁設置限高架或限寬墩等方式限制大型或超高車輛通過，起到了保護道路和橋梁，保障行車安全的作用。但由于目前限載措施過于簡單，車輛與限載措施碰撞事件時有發生，給人們的生命和財產造成巨大損失。同時，由于事故的發生造成交通擁堵，救援車輛無法快速抵達現場，還可能被限載措施攔截，錯過最佳救援時間，造成人員的生命和財產損失。因此，設計一種既能有效限載保護道路橋梁又能避免上述交通事故發生的智能限載設施具有重要的現實意義。

韓莊節制閘見圖1，位于山東省微山縣韓莊鎮南微山湖出口處，屬韓莊樞紐工程的重要組成部分，是南四湖洪水經韓莊運河南下的關鍵性控制工程。作為防汛道路的韓莊節制閘交通橋是國道104線上跨越韓莊運河的唯一公路橋梁，分為左右獨立兩幅，也是連接江蘇省徐州市銅山區和山東省濟寧市微山縣的重要交通工程，不僅就有防洪意義，對加強兩省經濟文化交流，促進沿線經濟發展也具有重要意義。由于地處蘇魯省界重要交通樞紐位置，車流量大，且多為運載鋼材、鐵礦石等重型車輛，導致橋梁病害較重，技術狀況評定為四類橋。2016年12月—2017年1月，韓莊樞紐局對韓莊節制閘右幅橋進行了應急維修，由于只是局部修補和加固，無法起到恢復或提高設計通行荷載標準的作用，為保障工程安全和通行車輛的安全，需對通行車輛進行限載，在右幅橋設置完善的通行限載，禁止大中型車輛通行。

圖1 韓莊節制閘全貌

2 軟式限高設施系統設計

目前，公路行業、水利行業等應用的限高架主要采取單一固定的一體限高架，即硬式限高架，主要的安全隱患是車輛容易與限高架誤撞，給駕乘人員生命財產造成損失[1]。為了解決限高架應用存在的安全隱患，國內外都在積極尋找相應的對策。目前，大多數都是借助技術手段實現自動檢測車高，向超高車輛發出報警[2-3]。本文在綜合當前限高架研究成果的基礎上，通過改進設計一種新型軟式道路限高設施系統，消除安全隱患。

2.1 設計思路

對道路安全管理研究成果進行分析可知：采取的安全措施除了設置正常的警示標志外，通常采用的限載措施有限高或限寬兩種方式。由于韓莊閘交通橋北側與老運河交通橋相距較近,兩橋相距約36 m，且兩橋高差較大，橋面高程相差約4.2 m，加之行車道寬度僅7.5 m，若在北側橋頭設置限寬墩進行限載，缺乏足夠的安全預警距離，存在較大的安全隱患；綜合考慮，決定采用限高架限載方案。

限高架大體分固定限高架和可調節高度限高架。固定限高架為一次性不可調節高度限高架，上有標志牌，標有限高米數，用于提示車輛，靠架子本身攔截車輛，安裝方便，成本相對較低，此類限高架缺點是一旦安裝，限制通行高度即是固定的，一旦有超高車輛忽視限高標志駛入，要么無法通行，要么破壞限高架，很有可能造成汽車或限高架損壞或人員受傷[4-5]。可調節高度限高架可靈活調整高度，有效避免了車輛與限高架的刮傷，分為手動限高架、電動限高架兩種；手動限高架通過手動裝置在需要時可手動抬起限高桿，使用人工操作，效率較低；電動限高架自動便捷但費用較高。設計思路圖如圖2所示。

圖2 設計思路圖

2.2 設計方案

目前，對于限高系統的設置過于簡易，大多數限高系統只設置剛性物理限高架，一旦駕駛員誤判誤撞，直接導致車輛損壞甚至危及生命安全。如果限高系統能夠提供一定的容錯范圍，讓駕駛員在誤判的情況下可以及時認識到錯誤并彌補，這樣既保證了橋梁的安全，同時可以保護車輛和人員生命安全。通過對道路安全管理研究成果的分析[6]，提出依次設置限高警示標志標牌，軟式警示限高架。夜間警示燈和剛性防撞限高架，形成一段防撞緩沖路段，幫助駕駛員及時發現超高并避免撞擊。

韓莊節制閘交通橋軟式限高設施系統共分為限高防撞設施，警示及電子抓拍設備和視頻監控預警系統3個模塊。

2.2.1 限高防撞設施

該技術是在硬式限高架前連設兩道軟式限高架，軟式限高架使用倒U 型鋼結構框架，頂架下垂可自由擺動的橡膠棒，橡膠棒與頂架間通過鎖鏈連接，橡膠棒長約1.0 m，為整條式，無棱角，防剮蹭，橡膠棒涂刷紅白反光漆。整體安裝方便，造價經濟，無須人工操作，既能起到警示和提醒作用，又能避免刮傷車輛和損壞限高架，且保證了行車安全。

共制作安裝4套限高架，如圖3所示。在右幅交通橋北端設置2 道軟式警示限高架，1 道剛性防撞限高架，在南端設置1道軟式警示限高架，并在限高架上制作安裝限速，限高標識標牌和太陽能夜間警示燈，兩側設置防撞桶等警示設施。

圖3 限高架

2.2.2 警示及電子抓拍設備

考慮韓莊閘交通橋與老運河橋相距僅36 m 且高差較大，車輛在通過該路段均存在下橋不減速，上橋急加速的現象，如在該處位置設置警示牌及電子抓拍設備，對超速車輛進行相應處罰，可起到較好的警示作用。

根據現場過往車輛統計數據及交管部門建議，在104 國道沿途設置限高和限速提醒標志標牌，并在交通橋北端安裝300 萬電警抓拍單元2 臺、閃光燈4 臺、雷達4 臺、終端服務器1 個、服務器配備光纖收發器1對及交換機1 個，安裝T 型立桿1 套，對雙幅交通橋雙向車輛進行限速監控抓拍，如圖4所示。

圖4 電子抓拍設備

2.2.3 視頻監控預警系統

在設計過程中，認為超高車輛誤判駛入交通橋的現象勢必存在，為避免超高車輛誤判駛入交通橋的現象發生后導致交通擁堵，設置視頻監控與紅外預警系統對運行狀況實時監控，值班人員發現問題可以第一時間到達現場指揮，確保交通暢通。

在交通橋北端共設置球形攝像機3 臺，南端設置球形攝像機2臺，監控系統全方位、無死角地對限高架運行狀況實時監控，如圖5 所示，并安裝紅外預警裝置，一旦發生事故，值班人員及時抵達現場，引導超高車輛退出，并對限高架進行檢查修復工作。

圖5 視頻監控系統

2.3 主要技術指標

限載車輛的主要對象是南去的大型重載車，現場對過往的重型與大型車輛尺寸進行了測量統計。根據車輛駕駛室、車廂等尺寸的統計情況，以及限制通行目標車輛的情況，綜合比較限高高度取3.0 m，過橋的重型與大型車輛都將被禁行，僅小型車輛可通行。

2.3.1 限高架位置

右幅橋車流方向由北向南，第一道軟式限高架設在北側引橋的北端；第二道軟式限高架距第1 道軟式限高架間距約13.5 m，提醒駕駛人員前方限高禁止通行；第三道硬式限高架設距第二道軟式限高架約40 m，給重型車輛留下足夠的安全剎車距離；為防止重載車輛逆行，在右橋的南端設置一道軟式限高架。

設置新型限高架后，當受限車輛誤闖入限高道路時，第一道軟式限高架橡膠棒將觸碰到駕駛室，會產生較大聲響，但不會損壞駕駛室，提醒了駕駛人員；車輛到達第二道軟式限高架位置時，橡膠棒再次觸碰到駕駛室，會產生較大聲響，再次提醒了駕駛人員，同時第二道與第三道限高架之間留有足夠安全剎車距離，有效避免第三道硬式限高架對駕乘人員的傷害。

2.3.2 限高架技術指標

（1）硬式限高架。倒U型鋼結構框架，考慮到鋼架的穩定性，在立柱的后方增設斜向鋼管支撐，立柱及斜向支撐鋼管端部焊接10 mm 厚鋼板，尺寸為0.4 m×0.4 m，通過螺栓固定在橋面上，鋼管外包現澆混凝土墩，混凝土墩尺寸為0.8 m×0.8 m×1.8 m（寬×高×長），混凝土墩左側距離防撞護欄25 cm，右側距離人行道板內側25 cm，限高架及混凝土墩涂刷黃黑反光漆，鋼架立柱、橫梁及斜向支撐鋼管直徑尺寸為200 mm，壁厚6 mm，上方框架內豎向鋼管直徑為15 cm，壁厚6 mm，如圖6所示。

圖6 硬式限高架數據

圖7 軟式限高架數據

2.3.3 警示標志、標識

按照公路路政管理的有關法規、條例等規定[7],制作安裝一定數量的警示標志、標識及設施、在運河橋的北側引橋、橋頂側、橋南側以及韓莊閘交通橋的北橋頭裝設韓莊閘交通橋右橋限速標志（限速40 km/h），限高標志（限高3.0 m），在3個限高架上方懸掛限高，限速標志，在4 個限高架上各裝設2 個太陽能爆閃燈，夜間與霧天啟用，為了避免限高架兩側立柱及混凝土墩對車輛造成傷害，在限高架立柱前各設置防撞桶4個，共設置防撞桶32個。

3 應用實例

根據所設計的軟式限高設施方案，本文通過實際制作安裝將該系統成功地應用于韓莊節制閘交通橋右幅橋限高，具體見圖3。韓莊節制閘交通橋軟式限載系統自2017 年1 月投入使用至今，有效制止了交通橋病害進一步擴大，且自身運行維護成本低，保障了防汛道路暢通和防汛物資調運，保障了周邊人民群眾及通行人員的生命財產安全，取得了較好的經濟和社會效益；同時，通過該系統的運用，為工程除險加固前期工作贏得了時間。根據運行結果發現，該系統總體效果良好，達到了預期限載目的，實用性強，具有較高的推廣應用前景，該系統已獲得實用新型專利證書[8]，并榮獲淮河水利委員會科學技術三等獎。

4 結語

本文通過對相關限高設施實例進行現狀分析，設計了一種軟式限高設施系統，作為公共交通設施更具人性化設計，且安全性高、運行和維護成本低、易推廣，較好地解決了剛性限高系統與安全之間的矛盾，運行結果表明：該設施能夠有效減少超高車輛碰撞限高設施等事故的發生，具有良好的應用價值，為道路橋梁管理提供參考。