《山区高速公路长陡下坡路段行车安全性分析》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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山区高速公路长陡下坡路段行车安全性分析

范文

傅龙呈　赵丹婷

摘要：文章以贵州省毕都高速公路的一长陡下坡路段为例，分析山区高速公路长陡下坡路段的大车制动安全性，并结合实际工程情况所采取的安全措施。

Abstract： Taking a long and steep downhill section of BIDU Expressway in Guizhou Province as an example， this paper analyzes the safety of crane braking in the long and steep downhill section of mountainous expressway， and the safety measures taken in combination with the actual engineering situation.

关键词：长陡下坡;汽车制动;行车安全性

Key words： long and steep downhill;automobile braking;driving safety

中圖分类号：U412.3;U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）12-0156-03

0? 引言

对于山区高速公路而言，受地形条件限制，长大纵坡路段在所难免，通过对近几十年高速公路交通事故的调查分析，长陡下坡路段是交通事故多发路段，尤其是近年来货车载重量越来越大且货车改装超载现象屡禁不止，这些超重货车在连续下坡路段需要长时间进行连续制动，车辆的刹车系统不断升温，车辆刹车容易失灵，驾驶员会对车辆失去控制，进而造成车毁人亡的重大交通事故。

对于连续下坡路段，《路线规范》8.3.5规定了高速公路和一级公路在连续下坡时，不同平均纵坡所能使用的最大连续下坡坡长和连续下坡路段的最大相对高差。当连续下坡路段对应的平均纵坡连续坡长或相对高差超过《路线规范》表8.3.5规定时，应对该连续下坡路段进行专项交通安全评价，分析大货车在该连续下坡路段行驶的刹车性能，并根据项目的实际地形和构造物设置情况确定适合该项目的具体重车通行管理方案，包括：速度控制措施、交通安全设施以及是否设置避险车道，并结合具体项目的平面线形、地形和构造物设置情况确定避险车道设置位置。

下面就以毕都高速公路北盘江特大桥之前的连续长大下坡路段为例，分析该路段的6轴货车（55吨）、3轴货车（超载至50吨）、6轴货车（超载至100吨）制动器温度曲线，并结合该项目的地形、桥梁隧道等构造物的布置情况，以及平面线形，确定该路段对重车所采取的安全措施。

1? 项目概况

毕都高速公路即国高网G56杭瑞高速公路毕节至都格段，该项目设计速度为80km/h，路基宽24.5m，双向四车道。该项目连续下坡路段指标示意图，如图1所示。

2? 平均纵坡分析

该项目连续长大下坡路段起点（顶点）位于K202+500白龙山隧道人字坡顶点处，高程1909.23m;长大下坡终点（底点）位于K218+148北盘江特大桥贵州岸桥头（北盘江特大桥起点），高程1509.97m;该连续下坡路段总长16.165km，相对高差393.26m，平均纵坡2.47%。由于该路段K207+710设置一主线收费站，车辆进入主线收费站需要减速至0，因此主线收费站将车辆的连续下坡分成独立的两段：顶点至主线站、主线站至底点。

顶点至主线站，连续下坡长度5.727m，相对高差96.97m，平均纵坡1.8%，根据《路线规范》8.3.5，不属于长大下坡路段，且参考《公路避险车道设计规范》（DB 45/T 1957-2019）当平均纵坡小于2%时，不需要考虑设置避险车道。

主线站至底点段，连续下坡长度10.438km，相对高差296.2m，平均纵坡2.84%，满足《路线规范》8.3.5条要求，但是平均纵坡大于2%，需要考虑设置避险车道。

3? 避险车道设置分析

根据《公路避险车道设计规范》（DB 45/T 1957-2019），当长、陡下坡路段考虑设置避险车道的平均纵坡和坡长及增设避险车道的间距见表1。

根据图1和表2，该项目连续下坡路段从主线站至坡底段宜设置2处避险车道：坡中一道，坡底一道。根据该路段地形和桥隧构造物设置情况，自主线站至坡底，大部分路段均为桥隧相连路段，桥梁与隧道之间路基段很短，只有K213+800附近的耿家屋脊平台有足够长的路基段设置避险车道，综合路线平面、地形以及与隧道出口的间距要求，第一处避险车道设置于K213+800处，距该下坡段起点（主线站处）6.09km，距坡底4.348km。可仅考虑在坡底增设一个避险车道。根据该项目设计情况第一处避险车道至坡底均为桥接隧的设计，无避险车道设计空间，仅在坡底位置有设置避险车道空间。且第二处避险车道只能设置在下寨隧道和北盘江特大桥之间。在K217+315～K218+100之间设置避险车道，需要在路线为半径1089.8m右偏圆曲线上继续右偏不小于8度，存在较大的安全隐患，同时受限于地形，在下寨隧道进口K217+280～K217+475段路基长190m，右侧为3级边坡，在下寨隧道出口K217+790～K217+925段路基长135m，右侧为4级高边坡，其余路段全为桥梁和隧道，边坡和隧道对右偏避险车道视距影响大，不利于紧急避险。如果不设置避险车道，从K218+900开始，路线进入北盘江大桥段，为1.6公里平直线，可以作为超载失控车辆的缓冲区。下面通过重车下坡时的刹车毂温度曲线进行汽车制动性能分析，进一步论证第二处避险车道设置的必要性。

4? 汽车制动性能分析

重载货车在下长坡时，如果下坡坡度超过临界纵坡，不采用强挂低档发动机制动、排气制动和淋水降温等辅助设施时，其主制动器将长时间、连续地做强度很大的制动，制动器温度升高很快，从而出现刹车效能衰减现象。

通过制动器温升模型对不同重载货车、不同下坡速度时制动器温度进行预测，分析连续下坡的危险路段，有助于进行安全设施和避险车道的设计。

大货车在长大下坡行驶时，制动器持续制动，制动器摩擦片与制动鼓会产生大量的热量，使摩擦片和制动鼓温度不断上升，高温的制动鼓通过各种方式将热量传递出去。假设大货车在下坡过程中保持匀速直线运动，根据汽车动力学原理、热能原理及能量守恒原理，建立制动温度模型。

根据实验测试，在下坡坡度较小时（小于临界坡度，如75km/h下坡，临界坡度为-2.8%），制动鼓温度并没有上升，驾驶员可能轻微脚踩油门，或轻踩刹车、或完全松开刹车，制动鼓的温度降不在升高而是在下降，制动器生热功率P=0，得到降温模型。

根據以上模型，假设货车经历了较长下坡，在第一处K213+800避险车道处刹车制动温度已达到160摄氏度，并持续以75km/h左右速度下坡，测算到达坡底K218附近的刹车鼓温度。

由温升模拟图表（图2～图4）可以看出，对于正常装载货车，下至坡底温度刹车温度上升不明显;而对于超载车辆，下至坡底刹车温度超过200摄氏度，已经进入衰减区间，刹车性能衰减较快，其失效风险大幅增加。

综上，从偏于安全考虑，坡底K218附近应设置避险车道。

由于八级边坡位置边坡未到顶，如在该处设置避险车道，则边坡收不住，因此从地形条件考虑，避险车道应设置在八级边坡之前的桥上，即K217+900处。对于该处避险车道，由于设置与桥梁上，避险车道纵坡为8%，且由于避险车辆对桥台附近的冲击比较剧烈，对桥梁结构不利，需要对避险车道的桥梁结构进行特殊设计，同时桥梁护栏应加强，流出鼻端位置注意护栏强度过渡。

5? 其他安全设施

对于长大下坡路段，除了设置避险车道，还应加强交通安全防护措施，如在坡顶设置制动检查区、坡中设置长大下坡警告标志和大车强制停车区等各种措施，防止重车在长大下坡路段的制动失控风险，进而阻止交通事故的发生。

6? 结论

对于高速公路连续长大下坡路段，尤其是重车比例较多的路段，应严格控制路线的平均纵坡。对于受地形限制，平均纵坡无法满足规范要求的路段，应采取适当措施控制重车的运行速度，并结合规范和重车下坡时的刹车毂温度曲线分析汽车的制动性能，确定重车是否有失控风险，进而确定在一定区域内是否需要设置避险车道。避险车道具体位置的确定还应结合项目具体的地形和桥隧构造物设置情况，选择工程规模较小、视距良好的位置。

参考文献：

[1]JTG D20-2017，公路路线设计规范[S].

[2]DB 45/T 1957-2019，公路避险车道设计规范[S].

[3]肖润谋，王剑波，周维新.山区高速公路长下坡段专用减速带设计与应用[J].公路与汽运，2010（03）.

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