高速公路连续长陡坡路段线形指标及安全保障设计要点探讨

文/曹建平

1 前言

随着我国高速公路建设事业快速发展，高速公路建设里程不断突破，高速公路路网愈加完善，且主要城市节点间高速公路主干网已基本建成。目前高速公路建设热潮主要集中在各省、市、县区域，高速公路网络完善，因此山区高速公路已成为高速公路后建设时期的主要阵地。山区高速公路选线具有地形地质条件复杂、保护区及基本农田等控制因素多、环保要求高等明显特征。从城镇建设及分布特点来看，山区城镇分布多位于山间平原、沟谷等开阔地区，但城镇之间多被山川、河流分隔，路线选线难度大、桥隧比高、克服高差大等情况较为常见，尤其连续长陡坡路段在路线选线及设计过程中经常出现，且连续长陡坡路段易成为高速公路事多发路段，因此连续长陡坡路段路线设计的合理性、安全性已成为突出问题[1]。

目前在设计过程中，应针对连续长陡坡路段加强路线平纵面指标的运用、安全性分析评价、安全保障设计等，在确保行车安全性的前提下做好有针对性的设计工作，以此降低高速公路运行安全风险。

2 连续长陡坡路段路线设计指标的运用

高速公路设计过程中为克服较大高差，在平面展线受限的条件下易形成连续长陡坡路段。长陡坡路段设计主要是针对连续长、陡下坡及连续上坡路段两种情况进行安全设计的重点考虑。随着我国高速公路事业的不断发展，对于连续长陡坡路段的认识和研究工作也越来越深入，在设计过程中工程师对路线指标的选用重视程度也越来越高。

2.1 平面设计

山区高速公路连续长陡坡路段地形条件复杂、高差大，从行车安全性考虑可以通过平面连续展线克服高差问题，但高速公路平面指标较高，受地形制约平面展线困难。平面布线宜研究舒展、渐变、协调的路线方案，不宜采用高指标，应结合地形合理运用平曲线指标。平面布线应结合连续长陡坡路段起终点高差及平均纵坡反算路线展线长度，尽可能加长路线里程，从而降低平均纵坡；圆曲线设置应考虑纵断面变坡点设置位置，从而达到较好的平纵组合，提高行车安全舒适性[2]。

2.2 纵断面设计

纵断面指标对于行车安全性影响较大，尤其对于载重货车。我国对于连续长下坡路段纵断面指标的研究多基于制动毂温度进行研究。在连续下坡路段，驾驶员为控制速度频繁使用行车制动器，进而导致制动毂温度过高，逐步丧失制动效能，引起车辆失控等安全问题。连续上坡路段载重汽车速度下降较快，而纵断坡度及坡长对小汽车影响较小，因此造成小汽车与大货车速度差较大，频繁出现超车现象，安全性降低。因此，我们要合理采用坡度、坡长及平均纵坡纵断面设计指标，控制车辆频繁制动对制动毂温度升高的影响，进而提高长陡坡路段行车安全舒适性。

我国早期路线规范《JTG D20-2006 公路路线设计规范》中关于长陡坡路段路线指标运用规定较少，连续下坡路段只针对不同坡度最大坡长及缓坡设置等做了相关规定，且对连续上坡路段提出了爬坡车道的设置方法及要求[3]。但随着研究工作不断深入，我国在2017 版路线规范修订时，增加了关于连续长、陡下坡的平均坡度与连续坡长的阈值，并针对高速公路、一级公路连续长、陡下坡路段的平均坡度与连续坡长做了具体规定，同时为确保行车的安全性提出针对超出规范要求时应进行交通安全性评价、制定路段速度控制和通行管理方案、完善交通工程和安全设施、论证增设货车强制停车区等规定。

表1 连续长、陡下坡的平均速度与连续坡长

在连续上坡路段设计时，应重点考虑沿连续上坡方向载重汽车的运行速度及路段通行能力，对于连续长陡上坡路段除严格按照规范控制坡度及坡长取值外，还应根据载重汽车运行速度变化情况，在相邻陡坡之间设置缓坡，缓和坡度一般不宜大于2.5%。当连续运行速度降低至容许最低速度以下或通行能力小于设计小时交通量时，应考虑设置爬坡车道，以提高路段通行能力及行车安全性。

表2 上坡方向载重汽车容许最低速度

2.2.1 加强路线方案比选工作

在设计阶段应加强长陡坡路段路线方案比选工作，对连续长陡坡规范平均纵坡及坡长指标阈值超限与不超限方案进行方案比选，通过对路线指标、构造物规模、占地、拆迁、投资、安全性等多因素综合比选，确定最终的合理路线方案。

2.2.2 路线平纵面指标设计是长陡坡路段设计的基础，合理运用指标，并将安全性作为设计考虑的第一要素，同时还要加强对地方规范、指南及设计习惯的学习与了解，从而制定合理的路线设计方案。

3 长陡坡路段安全性评价

我国对于公路安全性评价工作越来越重视，在《公路项目安全性评价指南》的基础上颁布了《公路项目安全性评价规范》，进一步加强了公路项目安全性评价的重要性程度，其中在工可及两个设计阶段中均提出要对连续上坡、连续下坡进行评价。

设计人员在设计过程中应加强长陡坡路段克服高差、平均纵坡核查及运行速度预测分析，严格按照规范控制连续坡长及平均纵坡的关系；另外，对连续下坡及上坡路段的相邻路段运行速度差进行分析，针对速度差过大路段适当调整路线指标；重视安全性评价工作，在安全性评价过程中，应针对相关路段做出详细地安全性论证，并对存在安全问题路段应设置相应的安全保障措施[4]。

4 安全保障设计

4.1 避险车道

大量的科学研究及工程实践表明，避险车道是目前解决连续长大下坡路段安全性问题的有效安全措施，但目前我国还未出台具体设计规范，因此部分地区要结合当地实际情况编制地方设置要求。在连续长陡坡路段，结合运行速度以及刹车毂温度预测模型分析结果，合理选择避险车道设置位置；另外，避险车道位置还要根据地形、坡道长度、道路几何设计特性及管理要求等情况来确定。综合采用工程经验法、事故频率法与坡度严重率分级系统法确定避险车道位置，可参照福建地方经验对避险车道设置位置及间距进行设置（表3），具体项目应根据安全性评价分析及结果进行合理设置。

表3 避险车道设置位置及间距参考值

避险车道设计要重点考虑平纵几何设计、制动坡床、服务车道、交通安全设施等多方面因素，以确保避险车道设计合理、安全可靠。

4.2 爬坡车道

连续长上坡路段对设置爬坡车道与改善主线纵坡不设爬坡车道技术经济比较论证，得出设置爬坡车道的效益费用比、行车安全性较优的结论。在连续长上坡路段，要做好运行速度预测及通行能力分析工作；当通行能力小于设计小时交通量或运行速度低于容许最低速度时，宜考虑设置爬坡车道[5]。我国现行《JTG D20-2017 公路路线设计规范》中对爬坡车道宽度、起终点位置及长度、超高指标做出了具体规定，在设计过程中应结合具体情况严格按照规范进行设计。

4.3 安全设施

对于连续长陡上坡、下坡路段除采取避险车道、爬坡车道等工程措施外，还应加强交通工程安全设施设计，从而进一步加强道路行车安全性。在连续长陡坡路段应有针对性的制定合理的标志、标线、护栏设计方案，做好标志预告提示，增加警告和指示标志，设置情报板提示，太阳能频闪灯相关标志；加强路面标线设计，增加视觉减速标线、文字提醒标线、反光标线、凸起反光标识等；提高路侧护栏防撞等级；同时，可考虑采用彩色防滑路面等措施[6]。必要时可针对长陡坡路段进行安全设施专项设计，运用新技术、新材料、新工艺改善长陡坡路段的行车安全舒适性。

5 结语

连续长陡坡路段是山区高速公路设计中方案研究的重点问题，本文对连续长陡坡路段的特点及行车安全性进行了分析，从高速公路设计角度出发，对长陡坡路段路线平纵面指标的运用、安全性分析及安全保障设计多方面进行了总结。设计人员在设计过程中应加强安全设计意识，综合考虑指标运用、安全性分析、安全保障设施设计等因素，以此提高长陡坡路段行车安全性。