山区高速公路重点路段安全设施设计应用研究

doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2023.S1.042
山区高速公路重点路段安全设施设计应用研究
姜凤传 1，刘建国2，陈 泽2，张慧铭2，王晓玉2，秦 瑾2
（1. 山东高速基础设施建设有限公司，山东 济南 250000；2. 山东省交通规划设计院集团有限公司，山东 济南
250101）
摘要：山区高速公路在建设过程中，路域环境复杂多变。

本文通过研究分析在建临临高速公路连续长下坡、特大桥、隧道、互通立交与服务区合建以及障碍物防护等重点路段的典型特征，从标准规范、功能需求、驾驶人员心理等方面，提出适用于不同路域环境、道路线形条件下的安全保障措施。

其中，隧道出口紧邻互通立交和互通立交与服务区合建作为研究的重点，因地制宜，以能明确告知驾驶人前方道路条件为出发点，保证所采取措施的实用性和适用性，并较常规措施进行了突破性设计，以提高行车安全性。

关键词：山区高速公路；安全设施；交通标志；长下坡；隧道；互通立交 中图分类号：U491.5
文献标识码：A
文章编号：1673-6478（2023）S1-0169-06
Research on the Design and Application of Safety Facilities in Key Sections of
Mountain Expressway
JIANG Fengchuan 1, LIU Jiangu 2, CHEN Ze 2, ZHANG Huiming 2, WANG Xiaoyu 2, QIN Jin 2
(1. Shandong High-speed Infrastructure Construction Co., LTD., Jinan Shandong 250000, China; 2. Shandong Provincial Communications Planning And Design Institute Group Co., Ltd., Ji'nan Shandong 250101, China)
Abstract: During the construction process of mountainou highway, the road environment is complex and changeable. This article analyzes the typical characteristics of key sections of the Linzi to Linyi Expressway under construction, such as continuous long downhill, super grand bridges, tunnels, interchanges and service areas, as well as obstacle protection. From the aspects of standard specifications, functional requirements, and driver psychology, safety measures suitable for different road environments and road alignment conditions are proposed. The focus of this study is on the tunnel exit adjacent to the interchange and the joint construction of the interchange and service area. It is tailored to local conditions, with the aim of clearly informing the driver of the road conditions ahead as the starting point, ensuring the practicality and applicability of the measures taken, and conducting a breakthrough design compared to conventional measures to improve driving safety. Key words: mountainou expressway; safety facilities; traffic signs; long downhill slope; tunnel; interchange
0 引言
随着山东省高速公路区域路网加密，越来越多的
收稿日期：2023-05-31
作者简介：姜凤传（1987-），男，高级工程师，从事高速公路工程建设工作．
高速公路穿越山地、丘陵地带。

临临高速公路所经地带地形复杂，微地貌类型多，沿线沟谷纵横，高低起伏变化较大。

全线的地貌单元有低山、丘陵、山前冲洪积平原、河床阶地、河漫滩等。

总体走向为北部为
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微丘区，中部、南部为山岭重丘区。

临临高速起始于淄博市张店区中埠镇西G20青
银高速公路淄博东枢纽互通式立交，顺接沾化至临淄
段高速公路，终于临沂市沂南县青坨镇东南的G1511日兰高速，设沂蒙枢纽立交与日兰高速衔接；全线按照双向六车道、设计速度120km/h的高速公路标准建设。

项目全长192.618公里，全线设置一般互通式立交16处，枢纽互通式立交3处，服务区4处（其中一处服务区与沂源南互通立交共建），隧道15座。

工程项目独特的地理特征、功能定位和交通需求，形成了具有长大下坡、多隧道、隧道短距离连接互通立交以及互通立交与服务区合建等典型特点的山区高速公路。

因此，本文依托临临高速开展不同工程特征下的交通安全设施设计，对临临高速建成运营后的安全保障具有重要的社会价值。

1连续长下坡
山区高速公路受复杂地理环境条件的影响，展线条件受限，为克服地形起伏变化带来的高差影响，在下坡路段设置了由不同坡度与坡长组成的连续下坡，部分路段设计纵坡采用了极限值3%[1]，全线连续下坡超过6km有4处，最大的平均纵坡为2.076%。

表1 连续下坡路段一览表
序号起讫桩号位置平均纵坡/% 长度/m
1 K14 + 290～K20 + 455 道路左侧 2.076 6 165
2 K48 + 460～K38 + 125 道路左侧 1.932 10 335
3 K48 + 460～K59 + 435 道路右侧 1.350 11 020
4 K78 + 825～K89 + 650 道路右侧 1.500 10 825
在2019年交通运输部发布的《提升公路连续长陡下坡路段安全通行能力专项行动技术指南》中指出，高速公路平均纵坡小于2.5%时，连续坡长不受限制，故临临高速的4处连续下坡路段均不属于连续长、陡下坡路段。

尽管如此，结合4处连续下坡路段的工程特点、沿线构造物设置情况，采取了针对性的措施。

（1）在进入连续下坡路段前，应提醒驾驶人员前方即将进入下坡路段，提前做好驾驶预判。

在适当位置，设置连续下坡长度提示标志，提示内容包括连续下坡、坡长、禁止空挡滑行等信息；在连续下坡中间路段适当位置设置连续下坡剩余长度提示标志，并根据连续下坡长度重复设置；在连续下坡路段结束位置设置连续下坡结束标志。

如图1所示。

图1 连续下坡提示标志
（2）设置标志的位置，应配合标线使用。

在开始下坡起点路段、纵坡较大路段设置车行道横向减速标线，必要时重复设施。

下坡与小半径弯路组合时，设置纵向减速标线，如图2所示。

图2 视觉纵向减速标线应用设计
（3）连续下坡路段，大型车辆载重大，在连续下坡路段往往会采取空挡行驶等行为，频繁且高强度地使用制动器，导致刹车距离增加，随之带来的就是公路风险和交通事故风险程度增加。

故在路段纵坡等于或接近3%时，沿线通布护栏，同时将路侧和中央分隔带的护栏防护等级由A级提升为SB级，遇到中央分隔带开口护栏时，开口护栏等级同步提升。

2特大桥路段
沿线设置特大桥6座，其中3座特大桥均位于山坳地带，易因气温、湿度变化形成团雾[2]。

雾是高速公路最为常见的灾害天气类型之一[3-5]，会严重影响高速公路行车安全，并且在大雾环境下，造成的交通事故更严重[6-7]。

另外3座特大桥分别是跨越胶济铁路、辛泰铁路和瓦日铁路的公铁立交桥。

相对于路基段的交通事故，特大桥梁发生事故的严重程度高，司乘人员撤离空间有限，易引发二次事故。

为降低特大桥梁路段交通事故的发生，主要采取了以下安全措施。

（1）在进入特大桥前，提醒前方进入桥梁和桥梁长度信息，并附设“雨雾冰雪谨慎驾驶”
安全行车提
示标志。

对于公铁立交桥，
在桥头设置桥梁名称标志，并附设“前方跨越铁路谨慎驾驶”的安全提示标志，如图3所示。

图3 特大桥行车安全提醒标志
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（2）特大桥的车行道边缘线均采用振动形式（突起标线），在驶入桥梁前适当位置，设置车行道横向减速标线。

对于公铁立交桥，在公路与铁路相交路段设置禁止跨越同向车行道分界线。

跨越铁路的段标线设计见图4所示。

（3）根据《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）要求，桥梁护栏采用SS级混凝土护栏，跨越铁路区域段要重点做好防侧翻设施。

桥头相邻路基段采用SB级波形梁护栏，为有效做好相邻护栏间的强度与刚度衔接过渡，在桥梁混凝土护栏末端3m 范围内，设置翼墙过渡段，预留厚度8.5cm的卡槽，安装SB级波形梁护栏，保证过渡段的无棱角衔接，事故发生后车辆碰擦过程中可起到的护栏导向功能。

设计图见图5所示。

图4 跨越铁路段标线设计
图5 护栏过渡段设计（4）智能行车诱导系统。

为有效监测恶劣天气下
特大桥路面出现的雾气、表面湿滑、结冰或积雪等特征，在桥梁路段适当位置设置了气象检测器，用于监测行车异常气象信息，并设置智能行车诱导系统。

通过在道路两侧设置的智能诱导装置，强化低能见度或夜间环境下的道路轮廓线，确保车辆驾驶员能获知相对清晰的道路走向，同时能够通过逆向流水闪烁功能达到视觉速度控制效果，降低一次或者二次事故发生率。

智能诱导装置设置在行车方向左右两侧的护栏上，左侧为黄色智能诱导装置，右侧为白色智能诱导装置，与轮廓标同断面设置。

3隧道路段
全线设置隧道15座（其中特长隧道6 701m/2座，长隧道13 507m/9座，中隧道1 241m/2座，短隧道886m/2座），隧道总长度22.334km，占全线总长度的11.6%，相邻隧道的最小间距615m，不具备形成隧道群的条件[8,9]。

隧道内路面宽度13.25m，左、右侧侧向宽度分别为0.75m和1.25m，并与洞外路面宽度合理渐变，隧道内不降速，即保持设计速度120km/h的标准。

受制于隧道的路域环境、固有属性，驾驶员在驶
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入隧道的过程中，光线快速地由亮转暗，道路空间的压缩，导致驾驶员瞳孔面积快速地扩大，视觉心理、生理负荷增加，紧张程度加大，下意识地采取减速行驶，虽然在设计阶段已充分考虑和论证隧道路段的安全措施，但隧道路段的事故仍居高不下。

因此在临临高速隧道路段加强了安全设施设计。

3.1 隧道路段安全设施
（1）按照车辆经过隧道路段的先后顺序，可依次分为入隧道前、隧道过渡段、隧道内以及出隧道后等阶段。

对于单一隧道，隧道路段的事故空间分布呈现规律为：随着车辆驶近隧道的进口处，事故数开始增加，但随着车辆驶入隧道内一段距离后，事故数开始慢慢减少；而在出口位置车辆驶进隧道出口，事故数开始增加，刚刚驶出隧道后进一步增加，驶出一段后事故数开始减少[8]。

因此，在隧道入口前要通过识别交通标志、标线、照明、信号、可变信息标志等内容，对隧道做出预判。

为有效提供隧道入口信息、提高隧道入口的安全性，在进入隧道前依次设置隧道信息标志、限制速度标志、禁止超车标志等，提示隧道路段请开车灯、隧道长度、隧道限速值等信息，并配合隧道洞口标线使用。

设计图见图6所示。

图6 隧道入口路段标志、标线综合设计
（2）因隧道洞口前和隧道内的横断面宽度不一致，且隧道内设置了高度40cm的检修道，增加了迎车流方向隧道洞口的碰撞风险，在吸取陕西秦岭隧道事故的教训后，为解决隧道入洞口路段合理过渡的问题，在应检修道位置设置混凝土翼墙过渡段连接路基段护栏，路基段护栏按照1∶17的渐变率合理过渡[10]。

隧道入口段的护栏应具备缓冲功能、导向功能、阻挡功能、吸能功能以及视线诱导功能，故采用了SB级旋转护栏，其旋转桶可作为失控车辆与护栏的主要接触介质，当发生碰撞时旋转桶可在撞击力作用下旋转，将失控车辆导向恢复到正常行驶方向。

除此之外，洞口还应设置黄黑相间的立面标记反光涂料，示意隧道入口轮廓。

（3）为解决封闭环境下隧道通行的舒适性、安全性，在隧道内设置紧急电话、消防设备、人行横通道、车行横通道、紧急停车带、疏散等指示标志[11]，并采用双面显示的内部照明形式；隧道内标线均采用振动形式的白色实线，并在车行道边缘线外侧设置突起路标；长度超过1km的隧道按照每隔不超过500m的间距设置隧道反光轮廓带；隧道侧壁高度60～75cm处和检修道侧壁设施主动发光的轮廓标；为加强隧道内人行横通道、车行横通道和紧急停车带的警示与指引，在上述位置迎车流方向设置防撞桶，2.5m高度以下设置黄黑相间的立面标记。

除安全设施外，还应设置通风、照明、监控、消防设施、供配电等设施。

3.2 隧道出口连接互通立交
鲁山隧道长度3 442m，出口后277m连接鲁山南互通立交、710m后驶入匝道。

车辆在驶出隧道后，要在710m的范围内将车辆由内侧行车道驶入最外侧行车道，车辆变更车道有效距离过短，存在较大的安全隐患，显然相关标准、规范要求隧道内标线采用禁止跨越同向车行道分界线的做法不切实际，必须结合实际情况对隧道内标线和标志等设施做出调整。

（1）鲁山南互通立交设置的2km和1km出口预告标志均不可避免地落在鲁山隧道内，采用悬挂于隧道顶部的主动发光形式，标志内容排版可适当调整，但标志文字高度不得缩小；在设置出口预告标志前设置横向减速标线，如图7所示。

图7 隧道内悬挂式主动发光出口预告标志
（2）在距离前方互通立交主线出口基准点前的300m、200m、100m处，设置单柱式出口300m、200m、100m预告标志，加强出口预告的提示功能。

（3
）驶出高速出口的车辆需在隧道内进行车道
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选择，配合交通标志，在隧道内距前方互通立交出口2km至200m范围内设置可跨越同向车行道分界线，距离隧道出洞口200m范围内设置振动型禁止跨越同向车行道分界线，以避免车辆在隧道出洞口因明洞效应和变更车道导致的交通事故。

（4）配合设置高清监控、可变信息标志、高音号角等机电外侧设施，实时监控隧道和互通出口状况，一旦发生交通事故，可实现半个小时内到达现场实施救援。

4互通立交与服务区合建
沂源南互通立交位于沂源县中庄镇桑家泉村西，沿线村庄密集，空间局促，该互通立交有利于沂源县南部的交通出行，方便沂源果品主产区的农产品外运。

互通立交北侧设置公铁立交（特大桥）跨越瓦日铁路、穿越沂源苹果、樱桃等果蔬生产基地，南侧跨越沂河设置长度640m的沂河大桥。

统筹考虑沿线及周边区域路网的服务区布设，向北距鲁山服务区约35km，东北距青兰高速诸葛停车区约36km，西北距青兰高速沂源服务区约19km，南距沂南西服务区约52km；向南多山区，以挖方和连续设置隧道为主，设置服务区的条件较差，同时该位置临近牛郎织女景区，故将沂源南互通立交与沂源南服务区合建，兼具服务与旅游功能，节省工程用地。

互通立交和服务区合建后，极大增加了交通标志的引导和识别困难，设计过程中必须从驾驶人员的角度着重考虑标志的布设。

（1）出口预告标志属于路径指引标志，服务区预告标志属于沿线设施指引标志（见图8），虽同类但不同型，分标志板同位置设置，且保证标志依次预告2km、1km、500m和基准点设置的连续性和一致性。

图8 互通立交与服务区联合预告
（2）在以往高速公路的驾驶经验中，枢纽互通立交设置的一次出口二次分流与互通立交和服务区合建具有共性特征，均是一次将出口需求的车辆引导驶出高速，然后再进行互通立交和服务区需求的二次分流，但因出口预告标志和服务区预告标志分板面设置，容易引起驾驶人员错误的理解，导致产生出口犹豫、减速、急刹车、随意变道等不利于行车安全的驾驶行为，故在出口前适当位置，设置“同一出口”的告示标志（见图9），在出口三角段进行标志信息的再次确认，消除驾驶人员的心理压力，引导互通出口和服务区出口的车辆，共用一个出口驶出高速。

图9 同一出口告知标志
（3）北向南方向的车辆驶入匝道后，进行互通出口和服务区出口的二次分流；分流后，互通出口会与南向北方向的车辆进行合流，然后再次进行互通出口和服务区出口的三次分流，进一步增加了交通组织的困难性。

5沿线障碍物防护
高速公路沿线障碍物，通常指的是设置于中央分隔带和路侧计算净区宽度范围内的杆柱、声屏障、桥墩等设施。

自2018年1月1日起《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）实施后，进一步提高了护栏防护的重要性，尤其是对净区宽度范围内障碍物的防护。

5.1 路侧障碍物防护
临临高速沿线路侧净区宽度范围内设置的标志、机电外场设施、隧道洞口路灯、声屏障、桥墩等障碍物，在满足障碍物距离SB级波形梁护栏最大横向动态位移外延值不小于1.34m的前提下，采用不低于SB 级护栏防护上述障碍物，否则采取SA级刚性混凝土护栏进行防护。

5.2 中央分隔带障碍物防护
临临高速中央分隔带宽度3m，扣除两侧的C值0.5m，中央分隔带护栏设置宽度2m。

当沿线设置的门架杆柱和上跨桥墩落在中央分隔带内时，波形梁护栏在发生事故碰撞后，变形较大，进而碰撞中央分隔带内的门架杆柱或桥墩易引发二次事故，因此用于防护中央分隔带内障碍物的护栏，应具有最大横向动态位移外延值（W）和最大动态外倾当量值（Vin）均较小的特性。

混凝土护栏作为刚性护栏，可用作防护中央分隔
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带内障碍物，但中央分隔带两侧混凝土护栏设置宽度不小于1m，无法防护桥墩，且混凝土护栏美观性、通透性较差，冬季被融雪剂腐蚀后修复困难，在山东省混凝土护栏中间的植被不宜成活，一般不用于防护中央分隔带内的杆柱。

因此，经研究、多方调研、多方案比选，最终确定桥梁中墩采用直壁式混凝土护栏防护（核心防护区高度1.6m，过渡段进行护栏防护高度和角度的渐变），中央分隔带内设置的杆柱等障碍物，采用景观效果较好、通透、施工方便的低变形量SAm 级高强护栏防护。

图10 直壁式混凝土护栏防护图
6结语
本文从公路交通安全设施专业综合设计的角度，分析山区高速公路重点路段采取的安全防护措施，以减少山区高速公路运营阶段的安全风险，为高速公路的安全运营保驾护航。

高速公路安全的研究与设计，应密切结合智慧高速的功能需求的导向，实现人、车、路、环境和谐统一，定位“全路段感知、全过程管控、全天候通行”，打造成为智能管控、快速通行、安全保障、绿色节能、车路协同的山区高速公路，全面提高行车安全水平。

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