交通安全技术与装备性能提升及应用示范

文

II型防撞垫

TS防撞垫

“交通安全防护技术与装备性能提升及运用示范技术”是云南省科技计划项目，2016年6月启动，2018年5月完成相关研究内容。项目承担单位为云南武易高速公路有限公司，参研单位为北京中路安交通科技有限公司、云南云岭高速公路交通科技有限公司、云南交投集团物资有限公司、云南省交通规划设计研究院、云南云岭高原山区公路工程检测有限公司等单位。

该项目以护栏端部、中分带开口及平曲线小半径等特殊区域护栏结构，高风险路段路侧障碍物及环境敏感区散落物防护等为核心问题导向，采用调研、理论分析、仿真计算、单元构件试验、台车试验及实车足尺碰撞试验等方法，通过对护栏安全性能指标及路侧障碍物进行安全风险分级，综合道路条件、交通特征及路侧特征等评价指标，构建了多层次高速公路交通安全防护风险评估模型；研发了护栏端部、中分带开口及平曲线小半径等特殊区域的护栏防护技术及装备；建立了高风险路段障碍物防护、环境敏感区防散落的多元化护栏防护技术体系，并研发了相应保障装备，目前已广泛应用于公路交通安全领域。

五点性能指标要求

项目研制的多项内容安全性能均满足《公路护栏安全性能评价标准》要求。研制的以具有多塑性吸能区的多边形高吸能单元为核心吸能构件的可导向防撞垫防护，等级达到三级，设计防护时速100公里。通过对多边形高吸能单元的优化配置，实现了可导向防撞垫高效、逐级、平稳压缩吸能和多角度防撞功能需求，可使1.5吨、时速100公里的小型客车在正碰、偏碰及斜碰防撞垫时，防撞垫有效吸能长度控制在6米以内，碰撞后纵向压缩变形量在3.4米以内，有效提高了防撞垫在多角度碰撞条件下缓冲吸能和导向性能，降低了防撞垫设置长度、增强了适用性。

研制的适用于平曲线小半径路段的多功能型护栏，防护等级达到四级。护栏特殊设计的吸能箱和导向旋转体组合结构，解决了护栏在平曲线小半径路段特殊的缓冲、导向功能要求；防撞吸能单元模块化装配结构简化了平曲线小半径路段护栏施工；两层轮廓标设置增强了护栏视线诱导功能；嵌固式基础可满足护栏在路、桥路段通用性设置需求。

研发的具有通透造型的高防护等级桥梁混凝土护栏，防护等级达到六级，提升了护栏在不同车型碰撞下防护能力及视觉提升功能；研发的与护栏配套的防散落装置，具有固体和液体散落物收集功能，散落物成功阻拦率在90%以上，同时结构最大可满足八级防护等级条件下车辆碰撞护栏车体侧倾安全要求，降低了碰撞过程中防散落装置对车辆和乘员的安全风险。

研发具有沉雕造型的高防护等级路侧混凝土护栏，防护等级达到五级，提升了护栏在不同车型碰撞下防护能力及视觉提升功能；针对路侧声屏障连续障碍物研发的具有声障功能的复合型护栏，防护能量达400千焦，大型货车碰撞后最大动态外倾当量值仅为238毫米，可满足3.5米高声屏障设置条件下车辆碰撞安全要求，同时在满足安全防护的前提下，声屏障采用“风帆”造型，提升了视觉效果。

研制的新型无预应力框架式中央分隔带开口护栏，防护等级达到三级。该开口护栏防撞单元采用桁架结构，将整体受弯和受剪转化为局部构件的受压或受拉，具有较强的防撞及抗变形性能，适用于开口长度50米、动态变形小于1.3米；框架采用分节方式，各节之间通过连接销连接，底部设万向轮，端部锚固框架采用可活动柱脚，具有良好的易开启和移动性能；端部通过渐变框架、锚固框架及导向连接板结构实现了开口护栏与不同形式、宽度的标准段护栏合理过渡连接，并在此基础上提出了开口护栏与A级波形梁钢护栏合理双向过渡结构；通过采用无预应力框架式结构实现了全寿命周期内强度不降低，降低了后期养护维修成本，提高了耐久性。

创新成果不断突破

项目构建了多层次高速公路交通安全防护风险评估模型。首次引入护栏防护等级、车辆最大动态外倾当量值、护栏最大横向动态位移外延值、乘员碰撞加速度的护栏安全性能指标，并基于大量的实车试验数据及仿真分析数据，对相应指标及路侧障碍物进行车辆碰撞安全风险分级，构建了以安全防护设施性能指标、道路条件、交通特征及路侧特征综合性能评价指标为核心要素的多层次高速公路交通安全防护风险评估模型，可实现对高速公路交通安全防护风险的有效识别及量化分级，并可根据不同风险等级确定安全防护类型、选择护栏防护等级及结构形式，为高速公路安全、适度防护提供依据。

研发了护栏端部、中分带开口及平曲线小半径等特殊区域的护栏防护技术及装备。通过对车辆与特殊功能需求的护栏碰撞作用机理研究，研制了三级可导向防撞垫、平曲线小半径路段四级多功能型护栏、三级框架式中央分隔带开口护栏，有效解决了护栏端部、平曲线小半径路段、中央分隔带开口安全防护和不同护栏间衔接与过渡难题。

建立了多元化护栏防护技术体系。从护栏防撞、视觉提升、障碍物防护及散落物收集等一体化设计角度，建立了高风险路段障碍物防护、环境敏感区防散落的多元化护栏防护技术体系，提出了混凝土护栏视觉提升设计方法，拓展了护栏的设置功能，实现了系统防护。

中央分隔带开口活动护栏在路侧

研发了护栏多元化防护技术保障装备。针对桥梁护栏防撞及散落物收集功能、路侧安全防护及隔声功能、混凝土护栏视觉提升及障碍物防护功能需求，研发了六级混凝土桥梁护栏、五级路侧混凝土护栏、具有散落物收集功能且满足车辆碰撞安全要求的新型防散落装备和防护能量达到400千焦的具有声障功能的复合型护栏，攻克了护栏防撞、视觉提升、散落物收集、隔声及障碍物防护的一体化设置难题，为高风险路段安全防护提供了有效解决措施。

科技创新平安示范

武易高速公路是云南省五大基础设施网络建设5年大会战暨滇中城市经济圈高速公路网建设的重要项目，也是整个滇中环线高速公路中率先开工建设的项目。路线起点位于武定县石碑河水库，经禄丰，过安宁，止于易门县城东，由北向南分别将昆武、昆楚复线、安楚、玉楚4条高速公路连接成路网。武易高速公路主线全长104.3公里，按双向六车道高速公路标准建设，路基宽33.5米，设计时速100公里，概算总投资154.42亿元，项目所在地滇中地区是云南省经济社会发展的核心地区，全省44%的人口和65%以上的生产总值集中地。

组图：隔声及障碍物防护功能一体化设置的声屏障

云南武易高速公路有限公司是云南省交通投资建设集团下属的高速公路项目公司，全面负责武易高速公路投资、建设、运营和管理。克服了征地拆迁、地质复杂、路网众多等难题，武易公司仅用时16个月就把图纸上的规划变成真正的高速公路，于2017年6月29日全线建成通车。武易高速公路的建成通车，让易门县告别了没有高速公路的历史，滇中城市经济圈西部核心区也由此进入了高速公路联动发展时代。

项目建设坚持高起点创建“品质工程”“平安工程”，高标准打造本质安全，高要求构筑安全防控“高压网”，高质量落实安全责任，高水准推进自主创新，高维度开展安全研究，高效能应用行业成果，平安工程建设取得坚实成效，先后被云南省工信委列为“省级重点节能示范项目”，荣获交通运输部第二批绿色公路建设典型示范项目、云南省总工会五一劳动奖状等多项殊荣。2018年，荣获交通运输部“平安交通”安全创新案例重点推荐项目和交通运输部、应急管理部“平安工程”冠名，成为当年度云南省唯一一个入围的公路项目。

面对武易高速公路桥隧众多的特点，武易公司及时成立桥隧安全保障技术提升及装备研发课题组，着重开展了桥梁隧道检测关键技术及装备、交通安全技术提升、建设环境智能监测及控制、新材料应用及节能减排、路域生态防护与修复等方面的专题研究，取得了一系列重大科技成果，并在武易高速公里工程建设中推广应用。“云隧智检”山区高速公路多功能轻型智能检测车、钢筋混凝土桥梁磁记忆破坏应力检测装置、基于智能机器人的高墩桥梁检测装置等新研发的设施装备在武易高速公路全线推广示范。2019年6月，由武易公司承担的滇中环线高速公路交通安全防护技术提升及装备研发、高速公路高墩桥梁检测新技术及装置研发与应用、高速公路隧道快速无损检测技术研发及工程运用等三项科技成果亮相云南省暨昆明市科技周活动，是云南交通运输行业唯一参展企业和科技项目。

革新安全设备、设施，技改提升安全生产能力。全线桥梁推广使用安全爬梯、灯笼架，标准化的安全爬梯使作业环境更加安全，而易于拆装的灯笼架的使用则提高了高空施工安全系数，加快了墩柱钢筋安装速度，且便于拆除，防护措施更加安全、可靠；全线桥梁施工出现“零伤亡、零事故”，确保财产、生命安全。在项目通过的多条高压输电线路区域设置防护棚架，不仅有效节约了国家西电东送线路改迁时间，更极大消除了高压线路安全风险。

创新安全监控监测，武易高速公路勤丰互通主线2号桥上跨成昆铁路，采用转体施工工艺，创造了高速公路上跨铁路桥转体施工创下两项国内同类施工之最：一是转体角度最大至120.06度，是国内转体桥中单次转体角度最大的桥梁；二是双幅同转就位后间距为50厘米，转体时双幅同时就位，是国内双幅转体靠拢后精度要求最高的桥梁。

善于啃“硬骨头”，复杂地质的丰收隧道为大跨软岩小净距隧道，长600多米，多次穿越山箐低洼位置，为鸡爪地形，埋深较浅，地表横坡较陡，偏压严重，受罗茨至易门区域大断裂影响，围岩节理裂隙发育，在开挖过程中不同程度产生了初期支护拱顶下沉、开裂、侵限等病害，让施工难度呈几何数倍增。建设者们形容在这里开挖隧道，犹如在豆腐中打洞，很难获得稳定支撑。为确保隧道施工安全质量受控，武易公司牵头扩宽思路，与中国科学院院士孙钧成立了院士工作站，并依托院士工作站，科技攻关，总结经验，完成了“在豆腐中打洞”的目标。

依托武易高速公路建设开展的8个科技项目成果丰硕，2019年获得中国公路建设行业协会科学技术进步奖特等奖1项，中国交通运输协会科学技术进步奖二等奖1项、三等奖1项，中国公路学会科学技术进步奖二等奖1项、三等奖2项，云南省科学技术进步奖三等奖1项，云南交通科学技术奖二等奖1项，云南省总工会职工创新一等奖1项。各科研项目获发明专利授权7项，申请15项；实用新型专利授权5项，受理2项；软件著作权4项；发表论文30篇。

节能智慧绿色样本

在武易高速公路建设管理过程中，确立了“建设节能智慧武易高速公路”的目标，以交通运输部提出的“绿色公路建设”为指导，因地制宜将绿色公路建设贯穿于武易高速公路设计、施工、运营、养护和管理的全过程，坚持理念创新、科技创新、管理创新和体制机制创新，通过开展36项主要任务的实施，实现建成“节能降耗、生态环保、科学高效、景观优美”的武易绿色公路的目标，促进滇中环线交通运输与区域经济及自然环境的协调发展。

“旭日东升”景观护栏

“雄鹰展翅”景观护栏

节能减排是武易绿色公路的一个重要方面。施工期提前建设永久供电设备，永临结合解决施工期和运营期用电问题，适宜路段采用钢波纹管涵洞代替钢筋混凝土涵洞，隧道建设和运营期因地制宜使用清洁能源——太阳能发电，全线照明设施使用LED节能照明设备，服务区建设新能源汽车充电站、LNG加气站，积极应用节材节能新材料、新工艺、新技术，实现资源高效利用。

可循环使用是武易高速公路创建绿色公路示范工程的又一个亮点。在建设施工中，项目施工单位把废旧轮胎、隧道弃渣、粉煤灰、磷石膏等可循环材料作为重要建设用料，并积极推广沥青拌合楼“油改气”、粉煤灰利用、稳定型橡胶沥青路面铺筑技术、隧道弃渣利用等10多项节能技术，不断提高施工的“绿色”含量。

翠柏是国家Ⅱ级重点保护野生植物，在我国分布区十分狭窄，种群数量稀少，是渐危物种。为保护主线上的25000多株古柏，武易公司积极配合地方政府进行移植，其中有3座桥梁在有数百年树龄的古柏林里选择绕道，较好地保护了珍贵野生植物。

为实时监控参建单位环境保护情况，项目部还与科研单位开发了高速公路施工过程环境监测关键技术系统，在沿线安装22个监控设备和1套移动探测设备，对施工环境风险区域大气污染、水资源污染等进行24小时实时监测。

武易高速公路的“绿色实践”包括绿色能源应用、绿色施工技术、绿色服务区、智慧公路、绿色环保和资源循环利用等39项，现已成为云南省高速公路建设的绿色样本。