山区高速公路避险车道方案研究

摘要 文章结合九绵高速公路项目避险车道的设计特点，介绍了三种避险车道设计方案，通过综合对比分析，提出了将避险车道制动坡床设置在隧道内的优化方案，由传统路基式避险车道转变为隧道式避险车道，减少了土石方开挖量和对原地貌的破坏，保护了耕地和自然环境，达到了绿色环保的目的，为解决山区复杂地形地质条件下设置避险车道提供了一种新思路。

关键词 避险车道；制动坡床；隧道；山区复杂地形；长大纵坡

中图分类号 U412 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）16-0001-03

0 引言

随着经济发展和基础设施建设步伐的加快，在山区中建设公路已成为国家路网规划的重要组成部分，同时高速公路建设逐渐向川西北、攀西高原等高山峡谷地区延伸。在山区公路规划中，由于选线点高差大，隧道占路线比例高，公路纵坡出现长大下坡的现象不可避免。为提高车辆在长大下坡路段的安全性，对路网系统进行改善就显得尤为重要。设置避险车道是目前解决连续长大下坡路段交通安全问题最有效的工程措施[1-2]，而在山区高速公路中既有设计中，避险车道设置位置相对固定，存在较多难以设置甚至无法设置常规路基式避险车道的客观现实。

该文根据九绵高速公路项目中避险车道的设计特点，结合公路设计规范，提出了三种设置避险车道的设计方案，并通过综合对比运营安全性、经济性、环保性，提出了一种将避险车道制动坡床设置在隧道内的优化方案。此方案可有效解决山区复杂地形地质条件下避险车道设置困难的实际问题，也是对交通隧道工程的功能需求及应用场景有效拓展的大胆探索。

1 工程背景

九寨沟至绵阳段高速公路是《国家高速公路网规划（2013—2030）》中平凉至绵阳高速公路中成都经绵阳、九寨沟至甘肃放射线的重要组成部分，路线全长约242.3 km，设计速度为80 km/h，路基宽度为25.5 m，为双向四车道高速公路，全线共设置4处避险车道。

在九绵高速ZK43+420～ZK18+420段，平均纵坡为-2.48%，相对高差约953 m，且路线长度约38.44 km，远大于长大纵坡坡长界定标准的建议值，属连续的长大下坡路段[3]。

依据该项目的安全评估报告，大型车辆从白马隧道内的人字坡顶点开始一路下坡，经历漫长的长大下坡，行驶至ZK23+870附近时，刹车制动鼓温度将达到250℃左右，存在巨大的安全风险，需设置避险车道[4]。

2 场地地质情况

2.1 地形、地貌

勘察区地貌为构造剥蚀高中山区，线路跨越汤珠河，河流两岸地势整体上较为狭窄，属典型的深山峡谷区域，斜坡地形起伏较大，坡度一般为30°～50°。区内最高海拔约2 050 m，最低海拔约1 475 m，高差约575 m。

2.2 场地地层构成及特征

勘探深度范围内场地地层由上至下分别为：第四系全新统崩坡积层（Q4c+dl）、冲洪积层（Q4al+pl）及上古生界二迭系下统（P12-2）。

隧址区出露地层主要为碎石土、黏土层，黏土呈可塑状，碎石土为松散状～中密状。地形较陡，自然斜坡坡度约40°～60°。

2.3 地质构造、新构造运动特征及地震

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015），工程区地震动峰值加速度为0.20 g，地震动反应谱特征周期为0.40 s，对应地震烈度Ⅷ度。

3 避险车道方案研究

该避险车道设计的平面控制因素有以下三点：（1）项目用地不能占用基本农田；（2）避险车道从主线分离时，不对已建主线路基、桥墩造成影响；（3）减少对现状构筑物造成影响。

3.1 方案一：将避险车道制动坡床设置在路基段

采用4%纵坡的桥梁跨越汤珠河后，将避险车道制动坡床设置在深挖方段，制动坡床纵坡采用20%。桥梁采用10×40 m预制连续T梁，下部结构采用双柱墩和空心薄壁墩。

3.2 方案二：将避险车道制动坡床设置在桥梁上

将避险车道在方案一的基础上偏出角度从10°调整为7°，在桥头路基端设置抗滑桩，以避免占用基本农田及开挖旧路回头弯；桥梁纵坡采用4%，将桥梁全长400 m的前80 m作为引道，中80 m作为制动坡床厚度从7.5 cm到60 cm/81 cm/100 cm的过渡段，后220 m作为制动坡床的等厚段，桥梁终点端堆载厚轮胎、防撞桶等消能物，从而完成将制动坡床设置于桥梁上的设计。

此方案的关键是在桥上设置制动车道时，需要增加桥梁的二期恒载。桥梁方案一：如果采用钢筋混凝土简支T梁结构，考虑必要的安全储备，将桥上制动坡床豆砾石材料厚度应设计为60 cm以下，将原40 m跨预制T梁减小为31 m，跨径为13×31 m的预制连续T梁，上部梁高仍采用2.5 m不变。桥梁方案二：如果在桥上铺筑100 cm的集料厚度，考虑减少结构自重，桥梁上部结构应采用10×40 m的简支分体钢箱梁。综合分析以上两个方案，考虑安全性，推荐桥梁采用钢结构方案。

3.3 方案三：将避险车道制动坡床设置在隧道内

避险车道采用桥梁接隧道方案，路线全长581 m，如图1所示。起点为30+7×40+2×30 m桥梁，纵坡为4%，上部结构采用简支T梁，下部结构采用双柱式桥墩和空心薄壁墩。隧道全长101 m，纵坡为15%。桥梁与路基之间采用路基进行衔接，桥面宽度由9 m线性渐变为13 m。在隧道洞门两侧设置停车区和机电设备区，保证清障车辆的转向、机电设备的安放[5]。

4 方案对比分析

4.1 方案一分析

方案一的优点：它是目前设置避险车道的常规方式，理论研究及工程应用较成熟。缺点：在该项目实际施工过程中，因挖断老路的两处回头弯，且老路无法移改，导致后续的征拆工作无法开展。2021年底，九寨沟地方政府扩大了基本农田的划定范围，制动坡床段的挖方用地被纳入基本农田范围，造成设计方案由于用地政策原因无法执行。

4.2 方案二分析

方案二的优点：将制动坡床设置在桥梁段不占基本农田，占地少，对生态环境影响小，对既有道路基本无影响。缺点：一是由于桥下有民房和省道，在桥上铺筑的豆砾石存在从桥上飞溅至桥下，造成二次事故的风险；二是由于桥上铺筑了豆砾石，对本已失控的避险货车的操作增加了难度，存在避险货车失稳倾覆甚至冲到桥下引起二次事故的风险；三是重车失控撞毁防撞护栏坠落的风险高。

4.3 方案三分析

方案三的优点：将制动坡床设置在隧道段，一是不占基本农田，占地少，对生态环境影响小，对既有道路基本无影响；二是采取措施后安全风险可控；三是对既有道路基本无影响。缺点：属于创新设计，目前在实际工程中未有应用案例，需要进一步开展相关研究。

4.4 方案比较

据计算，上述三种方案的工程建设安装费对比：方案一＞方案二＞方案三。综合考虑该项目的经济性、安全性、环保性，该项目推荐方案三为优化方案，即将制动坡床设置在隧道内的优化方案。

该方案由传统路基式避险车道转变为隧道式避险车道，不仅降低了项目成本，还减少了土石方开挖量和对原地貌的破坏，保护了耕地和自然环境，达到了绿色环保的目的。

5 隧道式避险车道

该文提出避险车道采用“桥梁+隧道”方案，即隧道式避险车道方案，具体方案如下：

5.1 总体概况

避险车道总长为581 m，其中桥梁长382 m，隧道长101 m。制动坡床的长度为112 m，考虑设置10 m减速消能设施，总长度按照122 m进行设置。引道宽度为7.5 m=1.75 m安全带+4 m行车道+1.75 m安全带，土路肩宽度采用0.75 m。

制动床路面结构为100 cm厚的豆砾石减速路面，豆砾石路面起点厚度为7.5 cm，采用线性渐变，渐变段长度为30 m。

避险车道横断面因考虑隧道内救援因素，服务车道采用双侧布置，宽度均为3.5 m。

5.2 隧道建筑限界

经过三车道和两车道的建筑限界比较，建筑限界建议采用三车道，主要原因如下：

（1）为降低避险车辆进入隧道的恐慌感，避免驾驶员操作失误，尽量使进入车辆停在隧道中间。

（2）避险车辆在入坡时可能会产生较大幅度的颠簸，如采用两车道，通过隧道一侧制动坡床进洞，可能会与隧道壁发生碰撞；而在三车道隧道中间车道行驶，则可以完全避免该问题。

（3）隧道内施救空间相对狭窄，对于大型车辆采用一侧救援车辆施救可能存在较大困难，并且施救效率较低；同时采用两侧救援的通道设置，在一侧救援通道堵塞时，另一侧还可以起到救援和逃生的作用。

5.3 隧道通风及排烟

避险车道隧道内设置抢险救援通风及火灾排烟通风设施，主体工程设置专用排烟通道。在隧道竖井安装避险车道隧道射流风机，向外排烟。考虑地面风机房及施工场地布设，竖井井位应靠近隧道端部。竖井顶部采用雨棚遮雨。

5.4 隧道照明

考虑车辆到达隧道洞口的速度约100 km/h，为减少驾驶员进入避险隧道的视觉突变，隧道照明强度应根据隧道长度进行相应变化。起点段落（约20 m）的照明最重要，考虑时段强度，比如白天强晚上弱，排除白天情况下的视觉黑洞情形，减少驾驶员进入避险隧道的视觉突变，以及隧道的南北或者东西走向的采光问题。

5.5 隧道监控、消防

采用智能、集成的系统，实时监测车辆进入避险车道的速度、距离等情况，并作出有效应急反应。隧道两侧设置消火栓箱、干冰灭火器等，消防设施预留洞应在隧道施工中按照位置及尺寸进行预留。

考虑隧道内可能发生火灾，可采用以下方式进行灭火：

（1）避险车道隧道配置消防设备箱（含灭火器、消火栓及水性泡沫灭火装置）作为消防设施。消防设备箱设置于隧道两侧，间距为25 m，每个箱内放置一套PMZ30泡沫灭火装置，一套SNSSJ65双口减压稳压消火栓，四件MFZL-6型便携式ABC类干粉灭火器。

（2）后段约30 m范围内配置自动喷淋泡沫灭火系统，灭火喷头布设间距为4 m。根据避险车道隧道所处位置的自然条件，消防供水采用打井取水方式，将水泵至高位水池蓄水及加压，构成无压重力流供水系统。

5.6 隧道内救援

考虑在隧道中间段落（隧道两侧）、止点段落设置多台卷扬机，便于将事故车辆从制动坡床拖拽到服务车道实施救援。卷扬机无法实施救援时，可采用平板车、拖车绳进行拖车，或者救援车进行拖曳、牵引处理。

5.7 交通标识标线

避险车道前2 km、1 km、500 m处设置避险车道预告标志，避险车道前200 m处设置前方200 m范围内禁止停车标志，渐变段起点和入口三角端处设置避险车道入口标志。

避险车道出口前200 m处设置禁止停车标线，线宽15 cm，距路面边缘30 cm；出口处设置引道线（虚实线），由45 cm宽黄色实线和15 cm宽白色虚线（画2 m空4 m）构成，二者间距5 cm；三角端处设置导流斑马线，在避险车道鼻端至制动坡床起点设置双组分雨夜反光型防滑铺装。另外，在救援车道处设置路面文字。

5.8 缓冲设施

在主线避险车道迎车方向匝道分流鼻处设置TS级可导向防撞垫，防撞垫采用镀锌浸塑的双层防腐处理，浸塑层颜色为黄色。具体要求应满足《公路交通工程钢构件防腐技术条件》（GB/T 18226—2015）的相关规定。

制动坡床末端设置消能桶及废旧轮胎。消能桶的填充材料应与制动床集料相同；均需粘贴V类反光膜，反光膜的颜色为红白相间。沿避险车道两侧设置废旧轮胎，对桥梁护栏进行保护，并起到一定的缓冲作用。

5.9 轮廓标

轮廓标的主要作用是使驾驶员在夜间及时了解道路线形变化，清晰地显示道路轮廓，有效地预防事故的发生，确保行车安全。轮廓标的布设原则为：避险车道两侧对称设置红色轮廓标，每12 m一处。附着于各类构造物上的轮廓标，应按照放样确定的位置进行安装。反射器应尽可能与驾驶员视线垂直。

6 结语及建议

（1）该文提出避险车道采用“桥梁+隧道”方案（隧道式避险车道）是一种新的设计思路，通过开展相关科学研究，可为山区复杂地形条件下设置避险车道提供借鉴。

（2）采用隧道式避险车道方案应对行车视线进行检查，保证避险车辆在足够距离能够看清隧道洞底情况，减少驾驶员的心理恐慌。

（3）该项目隧道式优化方案应进一步加强桥梁防撞护栏设计，增大护栏高度和宽度并延伸至隧道洞口，确保车辆在引桥上的行驶安全。

参考文献

[1]刘仁，鲍春晖，吴彪，等.浅析中外规范中长大下坡路段的避险车道设计[J].中外建筑，2019（9）：174-177.

[2]张华.连续长大下坡路段避险车道设计探讨[J].公路交通技术，2013（4）：134-137.

[3]陈云.漳龙高速公路部岭长下坡路段下坡型避险车道设计探讨[J].福建交通科技，2013（1）：72-76.

[4]赵华，易登军.山区高速公路长大下坡路段避险车道设计研究[J].路基工程，2021（3）：28-33.

[5]杨江锋.山区高速公路长大下坡路段避险车道设置与安全措施的研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.