广梧高速公路长陡下坡路段避险车道设计

避险车道投资较大、维护费用较高，其设置的合理 与否首先决定了紧急避险车道能不能为大部分的失控车 辆提供避险机会，是避险车道设计工作首要需要解决问 题。避险车道位置确定方法主要有定性分析法和定量分 析法。 2.1 避险车道设置位置定性分析
定性分析法，是通过对载重车辆在长陡纵坡上运行 性能分析，以及对已建成道路运营过程中事故率、事故 原因进行统计，结合地形地势条件，根据事故多发点确 定避险车道的位置，其工程经验是以生命和财产为代价 换来的。
进入避险车道之前，除根据需要设置一定的标志、 标线外，至引道的起点行车视距至少应满足停车视距要 求。同时，当驾驶员在引道起点时，应能清晰地看到避 险车道的全部线形。时隐时现的避险车道会给驾驶员不 安全的感觉，从而遗憾地错过紧急避险的机会。
引道的设置终点宜使避险车道与主线分隔开并保证 一定距离，保证车辆进入制动坡床后，不会有石子蹦到 制动坡床外部，特别是主车道上，干扰正常行驶的车 辆。
工程技术人员还可以定量分析载重车辆条件下高速 公路长下坡路段的安全性，为各路段是否需要设置避险 车道以及避险车道的设置位置提供重要依据。通过定量
表 1 广梧高速公路双凤至平台段长陡上下坡路段一览表
作者简介：张文 （1984-），男，湖北天门人，硕士，助理工程师，主要从事高速公路设计。 324 2010 年 11 期(总第 71 期)
一粒径的集料可减小由于潮湿和冰冻引起的问题，也不 致形成大小嵌锁，使其长期处于松散状态，防止其结块 而起不到消能作用。因此，宜选择具有较高滚动阻尼系 数，陷落效果较好，不易板结和被雨水冲刷的非级配卵 （砾） 石材料。结合国内工程应用实践，推荐制动坡床 材料采用筛分处理的圆型、均质、无细料，粒径为 2.36～4.75cm 的豆砾石。
分析确定避险车道设置位置主要有如下三种方法： （1） 坡 度 严 重 率 分 级 系 统 ： 由 美 国 联 邦 公 路 局
（FHWA） 1989 年开发。该系统利用汽车动力学原理， 在选定的长下坡条件下，车辆每行驶一定距离 (0.8km)， 软件就计算出刹车片温度的增高值，根据温度增高值和 汽车动力学即可反算出车辆的行驶速度。研究采用制动 器温度超过 260℃的位置即为避险车道设置的理论位置。
（3） 合肥工业大学张建军等分析典型车型在长下坡 路段等速行驶时各种制动方式下的制动器温度，建立车 辆在长大下坡路Fra Baidu bibliotek行驶时制动器温度与下坡坡度、车辆 下坡速度和距坡顶距离之间的关系模型
(1)
式中，T 为制动器温度；i 为下坡坡度；V 为下坡速度； S 为距坡顶距离。在制动器失效温度 T 确定的情况下， 就可以得出在不同坡度、不同下坡速度情况下制动器温 度达到失效温度时距坡顶的距离 S。即令 T=260℃，则 有
松木坑和大林避险车道制动坡床纵坡分别为 1.0% 和 0.5%；制动坡床采用豆砾石，材料滚动阻尼系数设 计取 0.180；车辆驶入速度取 110km/h；根据计算式 （3） 计算得到松木坑和大林避险车道制动坡床长度分别为 250m 和 255m。
制动坡床材料应是圆形，在车轮的碾压下集料之间 通过相互的滚动、置换，使车辆更容易陷入。美国研究 资料认为理想的集料粒径应在 1.27cm （0.5 英寸） 左右， 最 小 在 0.63cm （0.25 英 寸）， 最 大 在 3.81 （1.5 英 寸） cm，该粒径范围的集料具有较高的滚动阻尼系数。采单
制动坡床的长度应根据主线下坡运行速度、坡床集 料的类型及制动坡道所设置的纵坡而定。根据相关计算 公式，由该公式反映出失控车辆停车距离和滚动阻尼系 数、坡度的关系
(3)
式中，L 为停止距离，m；V 为车辆驶入速度，km/h， 货车车辆按 100km/h、110km/h 计；R 为制动坡床滚动 阻尼系数，如表 2 所示；G 为避险车道制动坡床纵坡坡 度，％。
设施等方面。除考虑道路路线、地形条件等因素外，还 需考虑驾驶员的操作特点，应尽量减少驾驶员使用的难 度。 3.1 引道与平面线形设计
引道起着连接主线与制动坡床的作用，可以给失控 车辆驾驶员提供充分的反应时间沿引道安全驶入制动坡 床，减少因车辆失控给驾驶员带来的极度恐惧。
在山区，由于受地形限制较大，寻求恰当位置设置 避险车道往往比较困难。无法保证避险车道设置在路线 平面曲线切线方向时，引道设计应避免流出角过大，平 面线形避免采用小半径曲线。
(2)
2.3 广梧高速避险车道确定 根据上述方法，对广梧高速双凤至平台段长陡下坡
路段进行分析，确定设置了两处避险车道。即从梧州至 广州方向 K81+615～K82+020 处的松木坑避险车道；从 广州至梧州方向 RK100+280.478 处设大林避险车道。
3 避险车道路线与路基路面设计
避险车道路线与路基路面设计主要内容有：引道与 平面线形，制动坡床纵坡、坡长与材料，车道末端吸能
引道应与主线接坡，保证与主线一致的纵坡，引道 采用与主线相同的路面结构形式。
广梧高速的避险车道平面布置示意图如图 1 所示。 松木坑避险车道和大林避险车道驶入角均按 6°设置；引 道驶出主线的平面线形按互通式立交直接式减速车道的 渐变率考虑设计；引道与主线连接部的设计按平面交叉 设计；引道长度分别为 112m、99m。 3.2 制动坡床的纵坡、坡长与材料设计
制动坡床的纵坡可以为上坡、下坡和平坡。上坡型 可将一部分机械能转化为势能做功，从而在短距离内即 可使车辆停止，节省了材料和造价；下坡型和平坡型可 顺应地势、减小与主线的高差。当地形条件限制，避险 车道不能做到较长时，一般设置成较大纵坡度的上坡 型，而且尽量利用地形条件。
松木坑和大林避险车道制动坡床采用上坡型，纵坡 分别为 1.0%和 0.5%。设计采用较小纵坡度的上坡型， 兼顾了上坡型的优点外，还主要出于以下考虑： （1） 避免失控车辆由长陡下坡突然进入高上坡高阻尼状态， 导致载重车厢由于惯性挤压驾驶室，对司机和车辆造成 严重威胁； （2） 受地形限制，无合适的山坡供避险车 道设置较大纵坡，该路段主线为下坡，采用大纵坡避险 车道需大量填方，且会与公路主线形成较大高差； （3） 适当的纵坡对避险车道路基路面排水有利。
避险车道的宽度显著影响着工程费用，在短时间内 有两辆或更多车进入制动坡床的情况不常见，一般只考 虑一辆货车驶入制动坡床的情形。
考虑到车辆冲上制动坡床后会产生左右偏移的情 况，制动坡床的宽度不宜小于 4.5m。
广梧高速公路大林避险车道纵断面与横断面设计图 如图 2、图 3 所示。
图 2 避险车道纵断面设计示意图 （大林避险车道）
确定避险车道驶入角时，要充分考虑司机的心理因 素以及做出转弯动作的时间，避免车辆侧翻。货车方向 盘与方向轮的转向角一般为 14∶1，就是说方向盘转动半 周 （180°） 时方向轮转向 180/14＝12.86°。考虑到车辆和 司机的因素，避险车道的驶入角不应大于 10°，取 3～8° 比较合适。太小的话，避险车道不能迅速与主线分开， 可能会影响主线正常行驶车辆。资料表明，美国各州避 险车道的驶入角一般小于 l0°。
图 3 避险车道横断面 （大林避险车道）
设置在避险车道制动坡床末端的减速消能设施主要 有三类，即集料堆、消能桶和废旧轮胎。美国交通运输 工程协会（AASHTO）在《公路和城市道路几何线形设计 指南》 中推荐在制动砂床端部使用集料堆，高度 0.6～ 1.53m，坡度 1.5:1，集料堆使用材料应与制动坡床材料 一致，以免对制动坡床造成不利影响。
（2） 风险指标 d·p (坡长×坡度) 法：法国 1997 年 在高速公路型道路上长大纵坡的设计中提出的刹车失灵 设置避险车道所采用的指标。重型车长时间制动或重复 制动会导致刹车片和制动轮的发热，出现制动效率损 失。该方法将温度上升超过一定值时视作可接受极限， 相应的 d·p 数值为临界危险指标。研究结果表明在该风 险指标 d·p<130m 的范围内，坡道上将不会产生过度风 险，因此该位置作为设置避险车道的理论位置。
根据工程经验定性分析，避险车道一般设置在以下 位置： （1） 连续下坡或陡坡路段小半径曲线前方：连 续下坡路段或陡坡路段与小半径平曲线相接处是事故多 发点。 （2） 连续长下坡的下半部：从驾驶员行车心理 角度出发，驾驶员更易接受长坡路段下半段使用避险车 道。 （3） 在长大纵坡的特殊点 （高架桥、互通立交、 收费站、服务区、隧道） 之前：避免失控车辆对其产生 破坏。 2.2 避险车道设置位置定量分析
特别报道
广梧高速公路长陡下坡路段避险车道设计
张 文，陈竞飞，郭月芹
（广东省公路勘察规划设计院有限公司，广东 广州 510507）
摘 要：连续长陡下坡路段重特大事故频发引起了道路设计者的重视。应用实践证明，在长陡下坡路段设置避险
车道对提高道路交通安全和减少交通事故经济损失具有重要的意义。文章以广梧高速公路双凤至平台段长陡下坡
2 避险车道工作原理与设置位置
避险车道一般由引道、制动坡床、车道末端吸能设 施、服务车道、施救与附属设施等组成。
避险车道的主要原理是：在连续长陡下坡路段，为 减轻失控车辆的损失或危及第三方安全，在长陡下坡路 段右侧视距良好的适当位置设置的上坡断头路段，利用 产生较强陷落作用的材料铺筑成制动坡床；当制动失灵 车辆驶入时，通过克服坡床制动阻尼做功和克服爬坡时 重力做功，达到消能减速的作用。
路段避险车道设计为依托，介绍了避险车道设计需注意的问题，包括避险车道工作原理与设置位置；避险车道路
线与路基路面设计；服务车道、施救及附属设施设计等。
关键词：高速公路；长陡下坡；避险车道；设计
中图分类号：U416
文献标识码：B
1 项目概况
广梧高速公路双凤至平台段地处山岭重丘区，如表 1 所示，由于受地形限制，最大纵坡为 3.5%，连续下坡 长度达 9.96km 之多。公路路线设计规范第 6.2.6 条规 定：公路连续长、陡下坡路段，为减轻失控车辆的损 失，避免危及第三方安全，宜在长、陡下坡地段的有良 好视距的适当位置设置避险车道，其宽度不应小于 4.5m。紧急避险车道作为道路的一个组成部分，起源于 1956 年美国加利福利亚，在欧美广泛应用了多年，其 应用实践证明对提高道路交通安全和减少交通事故经济 损失具有重要的意义。因此，广梧高速公路在长陡下坡 路段设置了紧急避险车道。
3.3 车道末端减速消能设施 避险车道制动长度不足时，刹车失灵车辆到达制动
坡床端部时仍具有一定的速度，导致的直接后果是车辆
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冲出避险车道，或半悬于避险车道。大部分避险车道缺 少制动坡床端部的减速消能设施，导致车辆直接冲撞防 撞墙或山体，车辆严重损坏并危及驾驶员的生命安全。
制动坡床的厚度是保证材料完全发挥其滚动阻尼的 必要条件。材料堆放厚度不宜太厚和太薄，太厚了险车 方向容易失控，太薄了起不到阻尼作用。根据美国的研 究资料，制动坡床的材料深度不应小于 46cm，深度范 围为 46～76cm。国内工程应用实践普遍采用的坡床厚度 为 50～100cm。
由于引道与制动坡床采用滚动阻尼系数差异较大的 材料，为使车辆前轴两轮同时进入制动坡床，保持同样 的减速度，引道与制动坡床交界处应正接；否则会造成 车辆前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻，在避险 车道入口即发生事故。
图 1 避险车道平面布置示意图 （大林避险车道）
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特别报道
表 2 不同路面材料滚动阻尼系数
制动坡床的纵断面线形也应是直线。失控车辆在竖 曲线上高速行驶时，会产生时刻变化的向心力，和其他 力合成会产生很大变化减速度，可能会超过司机或车辆 所能承受的速率变化范围。存在着对司机和车辆潜在的 危险。
为了让驶入制动坡床的司机和车辆对减速度有一个 渐变适应的过程，沿着引道终点 （制动坡床起点） 至 30m 处，材料的厚度应由浅至深过渡，由 10cm 过渡至 正常厚度。广梧高速松木坑与大林避险车道制动坡床设 计正常厚度均为 60cm，此厚度为货车油箱离地面距离 一般值。制动坡床厚度渐变率为（60-10）/3000=1.67%。