山区公路避险车道的设计要点分析

潘喜朋

（华杰工程咨询有限公司，北京100029）

0 引言

山区公路连续下坡段危险系数较大，有可能引发车辆失控事故，造成人员伤亡、交通中断，经济损失惨重。车辆制动问题是导致连续下坡段交通事故的关键因素之一。为了防止这类事故的发生，通常在山区公路容易发生交通事故的路段设置避险车道，如图1所示。但是，在车辆减速过程中，受到各种因素影响会发生侧翻、翻滚等二次事故，导致车辆结构受损、人员受伤，增加了施救成本。因此，根据山区公路连续下坡段交通安全特性对避险车道的设计要点进行分析，降低车道使用过程中的二次事故率，对提高山区公路行驶安全性具有十分重要的意义[1，2]。

图1 山区公路避险车道

1 山区公路连续下坡段交通安全特征分析

山区公路避险车道在很大程度上提高了连续下坡路段的安全性，一方面，能够为连续下坡段失控车辆提供避难场所，防止车辆因车速过高在转弯处发生翻车、碰撞或坠落等交通事故；另一方面，避险车道还能够减少失控车辆对正常行驶车辆的影响，防止车辆之间发生剐蹭、追尾、碰撞事故，降低人员伤亡的概率。山区公路连续下坡段车辆失控主要是车辆长时间频繁制动、刹车疲软失灵，驾驶员无法很好的控制车辆行驶速度等问题导致的。因此，山区公路连续下坡段避险车道的设计与该路段失控车辆的车速变化以及交通事故特征有着密切的联系。

对某山区公路连续下坡段的交通事故进行了调查，分析了该路段交通安全特性，并对该路段失控车辆行驶速度规律进行了研究，为山区公路避险车道的设计提供依据。

表1 和图2、图3 为该路段交通事故的调查数据，通过上述图表可知山区公路连续下坡段交通事故有以下特征：其一，在连续下坡段发生事故的车型中，大货车占比80%，小货车占比15%，轿车占比2%，其他车辆占比3%，大货车发生交通事故的概率远远大于其他车型，且事故的严重程度也较高；其二，连续下坡段发生的事故类型以翻车和追尾为主，分别占比35%、32%，正面碰撞占比18%，对向刮擦与同向刮擦分别占比8%、3%，其他类型占比4%；其三，连续下坡段行驶的车辆在环境因素的影响下，其行驶速度会沿下坡段高低交替变化，此时车辆频繁制动会导致刹车系统温度持续升高，不利于行车安全[3]。

表1 连续下坡段交通事故分类及数量

图2 连续下坡段交通事故车型统计

图3 连续下坡段车辆速度变化

2 山区公路避险车道设计研究

2.1 山区公路避险车道的类型

根据避险车道与主线车道纵断面坡度不同，可以将避险车道分为上坡道型避险车道、下坡道型避险车道、水平坡道型避险车道、沙堆型避险车道四类，如图4所示。

图4 常见避险车道类型

其中，上坡道型避险车道是在连续下坡段车道外侧设置的，纵坡与主线行车道相反的避险车道。由于其纵坡方向与主线行车道相反，避险车道的终点较高，对地形的要求高，施工的工程量也较大，施工的难度也较高。在上坡道型避险车道中，坡度设置也是应慎重考虑的问题，如果坡度设置不当，会对主线行车安全产生影响。当失控车辆驶入上坡道型避险车道时，车辆不仅受到制动床的减速作用，还受到重力的影响，因此该类避险车道减速效果较好，长度较短。由于该类避险车道的长度较短，无须设置返回车道。

水平坡道型避险车道是指在连续下坡段车道外侧设置的，纵断面坡度为0 的避险车道。水平坡道型避险车道由于纵断面坡度为0，在对失控车辆进行减速时重力不再发挥作用，当车辆制动系统完全失效的情况下，减速完全由制动床来提供。因此，该类避险车道制动床的制动材料选择是其制动效果的关键影响因素。该类避险车道长度相较于上坡道型较长，建设成本以及工程量适中，失控车辆驶入后稳定性也较高，减小了出现二次事故的概率。但是，水平坡道型避险车道由于自身坡度的原因，排水较困难，在雨水以及自身重力的作用下制动材料会逐渐密实，降低制动效果。因此，该类避险车道的养护频率较高。根据实际地形条件及其修建成本，综合考虑是否修建返回车道。

下坡型避险车道是指在连续下坡段车道外侧设置的，纵断面坡度与主线行车道相同的避险车道。由于其纵断面坡度与主线相同，该类避险车道的地形适应能力较强。在施工过程中不需要进行大规模填方，建造成本和施工难度都较低。该类避险车道对车辆速度的控制主要通过制动材料提供，制动材料的质量会在很大程度上影响该类避险车道的避险效果。失控车辆驶入下坡型避险车道后，在重力的作用下制动距离会有一定的增长，因此该类避险车道的长度在各类避险车道中最长，总工程量较大。

沙堆型避险车道是指在避险车道上将沙粒堆砌成具有一定坡度沙堆的避险车道。该类避险车道对失控车辆的减速作用是通过沙子与车辆轮间的阻力、失控车辆自身重力实现的。另外随着高度的增加，制动材料的厚度也逐渐增大，失控车辆速度减小幅度也逐渐增大。车辆驶入该类避险车道后，车速快速降低，车辆制动距离最短，避险效果较好。但是，该类避险车道减速效果较为激烈，导致失控车辆稳定性降低，很容易发生二次事故。因此，对该类避险车道进行设计时，长度不应过长。当地形条件较差且预算充足时，才会考虑该类避险车道。沙堆型避险车道通常不设置返回车道。

2.2 山区公路避险车道位置设计

对于山区公路避险车道位置的设计，关键在于车辆出现刹车失灵、失控时所处的位置以及进入避险车道的时机，目的在于能够最大程度地降低交通事故发生的频率和减少人员伤亡。不合理的避险车道位置不仅不能为失控车辆提供一个安全的减速场所，还会对驶入车辆和人员产生二次伤害。避险车道位置不合理还会造成车道闲置等问题，大大增加公路的修建成本。根据相关学者的研究，主要应用以下几种方法确定山区公路避险车道的位置[4]。

2.2.1 工程经验法。工程经验法是指设计人员通过以往工程经验确定山区公路连续下坡段避险车道位置的方法。在山区公路连续下坡段曲线半径较小的位置或连续下坡段的底部容易发生交通事故，因此避险车道常设置于该处。在小半径曲线处修建避险车道时，应将其设置于车辆行驶方向的右前方。车辆在连续制动的过程中刹车系统温度升高，刹车性能变差。在车辆行驶中，驾驶员对车速估计存在偏差，当公路曲线半径过小时，会造成车辆撞击山体或者与其他车辆相撞等事故。因此，在连续下坡段修建避险车道时，应当结合驾驶员心理状况以及车辆行驶速度等因素优化避险车道的修建位置。

采用工程经验法确定山区公路避险车道的位置时，受主观因素影响较大，缺乏对公路实际安全特性的考虑。受工程经验的影响，不同设计人员的设计方案可能大不相同。现阶段工程经验法常用于新建山区公路的避险车道设计中。

2.2.2 交通事故频率法。交通事故频率法是指对实际运营中的公路连续下坡段的交通事故统计资料进行分析，将实际交通事故数据作为避险车道位置确定依据的设计方法。该方法主要应用于已经运营的山区公路避险车道的设计。与工程经验法相同，交通事故频率法也是通过工程经验对山区公路中危险路段进行识别，缺乏对影响避险车道位置的理论研究，无法对其位置进行量化分析。

2.3 山区公路避险车道结构设计

山区公路避险车道的结构设计主要是指对制动床路面材料和结构层的设计。失控车辆轮胎与制动床之间的阻力系数以及避险车道的长度会受到制动床路面材料的影响。根据避险车道减速原理，制动床路面材料应当优先选用高阻尼系数材料。为防止制动床路面材料在雨水的作用下产生板结现象，应当选用圆形、完整的材料。根据相关研究，避险车道中的圆形制动材料更容易使失控车辆车轮陷入。如果制动床路面材料较为密实，则会降低其制动效果，增加制动距离。因此，制动床路面材料还应该具备较高的松散程度，防止其在重力作用下压实。

在对山区公路避险车道结构层进行设计时，为防止制动床路面材料与基层材料在水的作用下混合，导致制动床路面材料板结的现象，应当对结构层进行加固处理。为减小制动床路面材料被雨水冲刷破坏，在对结构层进行设计时，也应当设置完善的排水结构，将避险车道内部积水通过排水设施以及横坡迅速排出。在降雪较多的地区，应当在层面交界处设置土工布等材料，防止基层产生冻胀效应。另外，失控车辆可能装载有毒、有害物质，在对结构层进行设计时，还应考虑在路基与面层之间设置防渗层与收集容器，防止周围环境出现大面积污染。

2.4 山区公路避险车道附属结构设计

考虑到车辆超载等因素，可能出现避险车道设计长度不足的情况。尤其是上坡道型避险车道的坡道顶端高于地面，如果失控车辆不能及时停止，则会造成严重的二次事故。因此，在山区公路避险车道设计中，应在避险车道终端以及其他位置设计防撞消能设备。

山区公路避险车道是失控车辆的最后一道防线。如何快速准确引导失控车辆进入避险车道成为其发挥设计效果的关键因素。因此，在对避险车道进行设计时，应同时设计公路标志、标线。

3 结论

从山区公路连续下坡路段的交通安全特性入手，对该类路段常见的交通事故类型进行了总结，阐述了山区公路避险车道的重要性，从避险车道类型及其适用条件、位置、结构等方面对山区公路避险车道设计要点进行了分析，主要得到以下结论：

其一，车辆频繁制动导致的刹车系统温度升高、刹车性能衰减是造成山区公路连续下坡段车辆失控的主要原因。

其二，在设计山区公路避险车道时，应当根据施工难度、地形地貌等因素去选择合适的避险车道类型。在确定避险车道位置时，应根据工程经验以及车辆制动衰减理论进行设计。避险车道的结构设计主要是对制动床路面材料和结构面进行设计。在设计山区公路避险车道时，还应当考虑附属结构的设计。