高速公路连续纵坡路段安全性分析

孟 欣

(上海隧道工程有限公司市政公用工程设计研究院，上海 220000)

1 引 言

高速公路为了克服高差，路线不可避免的存在多处连续纵坡路段。纵坡坡度与纵坡坡长等指标对大型车运行影响较大，在连续上坡路段中大型车车速较慢，小型车在高速上行驶速度较快超车需求较大，大大降低路段的车辆运行安全。特别当过境货车混入率高，且服务水平下降以后，事故率将较快增加。连续下坡是山区高速公路上不可避免的问题，尤其是长陡下坡路段易发生交通事故。通过对连续纵坡路段的安全性分析，提出类似工程可参考的安全保障措施建议。

2 连续上坡路段安全性分析

2.1 连续上坡路段运行速度及服务水平分析

以长台高速公路K270+396～K274+936上行方向连续上坡路段为例，该路段平均纵坡2.19%，坡长4.600 km。对该连续上坡路段的大型车运行速度以及通行能力进行评价。本项目上行方向运行速度预测结果如表1所示。

表1 上行方向连续上坡运行速度预测结果

据表1，在该连续上坡路段中，大货车运行速度都大于容许最低速度50 km/h。按照规范要求可不设置爬坡车道。

此外，根据本项目工程可行性研究中的交通量预测，得到连续下坡路段各预测年的设计小时标准车交通量，如表2所示。服务水平按照《公路路线设计规范(JTG D20-2017)》3.1.2相关规定进行预测。

表2 上行K270+396～K274+936连续上坡路段服务水平预测

根据分析结果，该连续上坡路段至2030年服务水平已达到四级，高速公路服务水平已不满足高速公路对应的服务水平要求。

2.2 连续上坡路段安全改善方案

连续上坡路段大型车速度降低较快，大小车速度差较大，影响连续上坡路段交通安全。通过对爬坡车道设置必要性分析可知，本项目连续上坡路段大型车运行车速均大于容许最低速度，可不设置爬坡车道。建议下阶段考虑以下问题，提高连续上坡路段的运行安全性。

(1)交通标志标线设置

①建议在连续上坡路段设置“大型车靠右”标志牌，提示爬坡的大货车靠右行驶，降低运行速度较低的货车对路段通行能力的影响。本项目建议在互通立交段K271+096～K271+836和纵坡段K274+136～K274+496分别设置“大型车靠右”行驶标志牌。

②在连续上坡路段设置距离确认标志标线，提示车辆控制车距防止追尾。

(2)管理措施

在运营过程中应加强上述长上坡路段的监控，根据交通流情况采取相应的管理措施。

①交通高峰时段，采取适当分流措施，确定合适的分流方案，严禁大货车长时间占用快车道，以此缓解因通行能力不足导致的交通堵塞现象的发生，提高道路通行能力。

②加强对占用左侧行车道货车的处罚力度、限制超载车辆进入高速公路等。

3 连续下坡路段安全性分析

3.1 长下坡路段刹车毂温度分析

采用PIARC的刹车毂温度计算模型对长下坡路段刹车毂温度进行预测，PIARC制动器模型是根据制动系统的能量守恒方程得到的，最终计算得到的制动器温升模型为

T(t)=(Ti×e-k1×t)+Ta×(1-e-k1×t)+k2×PB×(1-e-k1×t)

(1)

式中：Ti为初始刹车毂温度；Ta为外界环境温度；k1=1.23+0.025 6×V；k2=0.1+0.002 08×V；V为货车车速；PB为制动功率，其计算公式见(2)式：

PB=PG-PE-PF

(2)

式中：PG为重力作用在纵坡上对货车产生的功率；PE为车辆制动系统的功率；PF为摩擦力对货车作用的功率。根据PIARC制动器温升模型，最终的温度跟5个参数有关，即：

T(t)=T(G，X，V，P，W)

(3)

PIARC基于此模型开发了计算制动温度的软件，如图1所示。

图1 刹车毂温度计算示意图

在PIARC软件中，以200 ℃作为警戒温度，260 ℃作为危险温度，根据计算结果，得到不同载重情况下的刹车毂温度变化如图2所示。

图2 长下坡路段刹车毂温度变化

从图2可以看出，对于满载和超载30%的情况，车辆在路段上的刹车毂温度始终保持在警戒温度以下；对于超载50%，虽然整体未超过刹车毂温度警戒温度，但在坡底位置，刹车毂温度稳定阶段，其温度已接近200 ℃的警戒温度；对于超载100%，可以看出，该情况下，虽然整体均未超过260 ℃的危险温度，但在长下坡路段的中间段，其刹车毂温度已超过警戒温度200 ℃，存在较大的风险，因此，长下坡路段各情况下的刹车毂温度风险位置如表3。

表3 刹车毂温度警戒位置

3.2 长下坡路段安全保障措施建议

对于连续长大纵坡，可将其看成由4部分组成：连续长下坡开始前、长下坡起始位置(坡顶)、长下坡中间段、长下坡终止位置(坡底)，分别针对这4部分采取适当的交通安全设施。

(1)长下坡开始前

①在长陡下坡之前500 m(K275+436处位置)和100～150 m处(K275+086～K275+036位置)设置“前方长下坡路段”预告标志，并且可结合限速标志使用；②在长陡下坡前(K274+936处)设置减速震动标线。

(2)长下坡起始位置

在长下坡起始位置主要告知驾驶员在长大纵坡正确的驾驶行为，保持适当的车速，对长下坡的危险性产生一定的警惕。具体措施包括以下几点：①在长下坡起始位置(K274+936处)设置“4.5 km长下坡开始”标志，进行长下坡提示；②长下坡起点K274+936前设置门架式车型分道行驶标志与路面突起标线、路肩振动带。

(3)长下坡中间段

长下坡路段的事故最主要表现为车速过快以及车辆的失控，主要原因为长时间的车辆制动导致的刹车毂温度过高而产生的制动问题，因此该过程采取的最主要措施为控制车辆的速度，同时还可结合道路实际条件和事故资料，设置相应的防护措施。

①根据运行速度计算结果，在车辆易超速与车辆需减速才能安全通过的路段前，施画减速标线。根据运行速度测算，长下坡路段易超速路段有K273+246.66～K271+760和K270+860～K270+578(与设计速度差值均为30 km/h)，因此，在K273+246和K270+860附近位置，设置减速标线；②长下坡路段长度为4 540 m，建议在K274+396位置设置低速、限速、车距确认、剩余坡长4 km预告、车型分道标志；在K272+396位置设置低速、限速、车距确认、剩余坡长2 km预告、车型分道标志；③在坡度较大的陡坡路段处设置，陡坡警告标志；该长大下坡路段中，最大纵坡路段为K274+496～K274+136段，纵坡-3.612%，因此，在K274+496位置设置陡坡警告标志；④长下坡路段中陡坡路段为K274+496～K274+136，小半径曲线路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270+024，在上述路段前(K274+496、K273+626、K271+726、K270+578)设置禁止停车、禁止超车标志，路段范围内曲线外侧设置视线诱导标志；⑤在小半径曲线路段K273+626～K273+246，K271+726～K271+253，K270+578～K270～024，设置强制消能护栏。

(4)长下坡终止位置

在长下坡坡底路段，往往车辆速度较快，且经过长时间的刹车制动，车辆刹车毂温度已相当高，制动性能较差，在该处采取的措施，主要以防护和应急措施为主。具体措施如下。

①在长下坡结束位置(K270+396处)设“下坡结束”标志；②坡底路段存在小半径曲线路段K270+578～K270～024(半径600 m)，因此在该路段范围内设置消能护栏，并在曲线外侧设置视线诱导标志。

4 结 语

在连续坡上坡路段，小客车和大型货车运行速度差加大，易发生车辆追尾等交通事故，形成安全隐患；在连续长陡下坡段小客车易超速，大型货车为控制车速频繁制动，导致刹车片过热，对安全行驶不利。重点对行车安全有影响的连续上、下坡路段进行安全分析，可为类似工程提供一定的参考。