王舉

【摘要】山區(qū)公路由于受到地形復(fù)雜及地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件的限制，某些連續(xù)長(zhǎng)下坡路段是不可避免的，所以為了改善這種交通地形狀況，提升公路行車(chē)質(zhì)量及安全，應(yīng)該為山區(qū)公路設(shè)計(jì)應(yīng)用避險(xiǎn)車(chē)道。本文深入分析了山區(qū)公路避險(xiǎn)車(chē)道的位置及技術(shù)設(shè)置，并通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)案例證明了它之于山區(qū)公路安全運(yùn)營(yíng)的有效性。

【關(guān)鍵詞】避險(xiǎn)車(chē)道；山區(qū)公路；連續(xù)長(zhǎng)下坡；技術(shù)參數(shù)設(shè)置

一、避險(xiǎn)車(chē)道的相關(guān)理論研究

（一）基本原理

避險(xiǎn)車(chē)道（TruckEscapeRamp）是指為公路的連續(xù)長(zhǎng)下坡路段路測(cè)設(shè)置交通主線(xiàn)的車(chē)輛分離設(shè)施，它基于滾動(dòng)阻力或重力減速度的方法為車(chē)輛降低能量，可以達(dá)到控制在長(zhǎng)下坡路段失控車(chē)輛的目的。這種輔助車(chē)道實(shí)際上是一種被動(dòng)型道路安全設(shè)施，它的主要形式是上坡車(chē)道，而且車(chē)道表面鋪有大量的軟砂礫作為制動(dòng)層。如圖1.

（二）避險(xiǎn)車(chē)道的分類(lèi)

避險(xiǎn)車(chē)道一方面能將在公路中失控的汽車(chē)分流以至于不干擾主線(xiàn)車(chē)輛，也能夠避免駕駛?cè)藛T的傷亡和車(chē)輛受損現(xiàn)象。而在對(duì)避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)之前，也要根據(jù)公路地形、地區(qū)氣候、環(huán)境與公路造價(jià)養(yǎng)護(hù)方面來(lái)綜合考慮對(duì)它的類(lèi)型選擇。按照過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，避險(xiǎn)車(chē)道大體可以分為四類(lèi)，如圖2.

上述四種公路避險(xiǎn)車(chē)道最為常見(jiàn)，其中被應(yīng)用最多且最經(jīng)濟(jì)合理的就是縱坡坡度增加的避險(xiǎn)車(chē)道，它最適合于連續(xù)長(zhǎng)下坡路段，安全性最高，造價(jià)也較為低廉。國(guó)內(nèi)所采用較多的還有砂堆式避險(xiǎn)車(chē)道，它對(duì)于某些地形受限制的特殊公路路段應(yīng)用效果很好[1]。

二、避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)置原則及設(shè)置位置

（一）設(shè)置原則分析

我國(guó)山區(qū)公路規(guī)范中就明確指出在一些連續(xù)長(zhǎng)陡下坡路段中，為了最大限度降低車(chē)輛及第三方由于車(chē)輛失控而造成的損失，應(yīng)該在這些路段的右側(cè)適當(dāng)位置設(shè)置視距較好且易于進(jìn)入的避險(xiǎn)車(chē)道，設(shè)置寬度不可小于4.5m。這一規(guī)定也是基于我國(guó)某些山嶺地區(qū)公路的連續(xù)長(zhǎng)下坡地形而言的。所以在山嶺地區(qū)設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道的基本原則就為：如果平均縱坡≥4%且縱坡連續(xù)長(zhǎng)度≥3km，公路車(chē)道車(chē)輛組成大，中型重車(chē)占到50%以上且重車(chē)在缺乏輔助制動(dòng)裝置的情況下，就應(yīng)該考慮在其路段的右側(cè)山坡適當(dāng)位置設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道。

（二）設(shè)置位置分析

在設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車(chē)道時(shí)，設(shè)置位置的合理性事關(guān)重大，它決定了能否在正確位置、正確時(shí)刻為需要得到緊急控制的車(chē)輛提供避險(xiǎn)機(jī)會(huì)。通常講，避險(xiǎn)車(chē)道的位置要根據(jù)公路段的實(shí)際地形、下坡坡道的長(zhǎng)度以及道路的幾何特性來(lái)確定，如果希望在長(zhǎng)下坡路段設(shè)置避險(xiǎn)通道，要盡量選擇在下坡的坡中段或坡底段，并且位置要相靠于山體一側(cè)。在材料選擇方面，也要盡量減少對(duì)于土石方的使用，進(jìn)而降低工程造價(jià)。就目前的工程技術(shù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，國(guó)內(nèi)避險(xiǎn)車(chē)道的位置設(shè)置主要會(huì)采用兩種方法。1.工程法。工程法所提供的就是過(guò)往避險(xiǎn)車(chē)道的施工經(jīng)驗(yàn)，它建議避險(xiǎn)車(chē)道應(yīng)該設(shè)置在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段中陡坡路段小半徑曲線(xiàn)的下坡道路坡底部分，因?yàn)檫@一位置是失控車(chē)輛事故的多發(fā)區(qū)域，所以在小半徑曲線(xiàn)的切線(xiàn)位置設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道，就能極大緩解失控車(chē)輛的危險(xiǎn)性，為他們創(chuàng)造安全進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道的機(jī)會(huì)。再者從駕駛員的駕駛心理角度出發(fā)，在連續(xù)長(zhǎng)下坡路段的下半段位置設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道也是合理的。2.坡度嚴(yán)重率的系統(tǒng)分級(jí)法。上世紀(jì)90年代初，美國(guó)聯(lián)邦公路局就研究了一套關(guān)于山區(qū)公路坡路的行車(chē)研究標(biāo)準(zhǔn)，叫做“坡度嚴(yán)重率分級(jí)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)可以對(duì)公路危險(xiǎn)路段的具體位置進(jìn)行定量分析，同時(shí)計(jì)算載重車(chē)輛所對(duì)應(yīng)的最大安全行駛速度。它的主要操作方法就是要首先選定一段山區(qū)公路長(zhǎng)下坡路段，根據(jù)該段公路的長(zhǎng)下坡數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算車(chē)輛每行駛1km時(shí)的剎車(chē)片溫度，根據(jù)這一數(shù)據(jù)，系統(tǒng)軟件就可以推導(dǎo)出車(chē)輛剎車(chē)片溫度的增值。利用此增值與汽車(chē)動(dòng)力學(xué)原理就能反算出車(chē)輛在該長(zhǎng)下坡路段的行駛速度。另一方面，汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)它的制動(dòng)鼓溫度能否達(dá)到使制動(dòng)器效能失效的程度也是設(shè)置避險(xiǎn)車(chē)道的重要考量因素。為此，本文利用到了我國(guó)合肥工業(yè)大學(xué)所研究建立的連續(xù)長(zhǎng)下坡路段車(chē)輛制動(dòng)溫度預(yù)測(cè)模型：T=-383.756+158.757·ln（G）+74.698·ln（V）+82.266·ln（L）

由上式可得距離坡頂?shù)木嚯x影響因素為：

在公式中，T表示制動(dòng)鼓的溫度，G表示連續(xù)長(zhǎng)下坡坡度的影響因素，V表示車(chē)輛下坡時(shí)速度的影響因素。不同于工程法以及其它一些對(duì)事故頻率的分析方法，坡度嚴(yán)重率系統(tǒng)分級(jí)法可以較為科學(xué)的利用汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)原理并結(jié)合公路的實(shí)際幾何線(xiàn)形定量來(lái)分析路段中危險(xiǎn)性最為突出的位置，是一種具有深刻理論預(yù)測(cè)性的避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)置方法，所以目前在我國(guó)，這種方法也是最為常用的。而工程法則會(huì)被運(yùn)用于對(duì)一些公路緊急避險(xiǎn)車(chē)道位置的確定工作中[2]。

三、避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)研究

（一）引道的設(shè)計(jì)

如今，引道設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了避險(xiǎn)車(chē)道設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，一般要求它與公路行車(chē)道的連接距離要≥305m，而它的寬度應(yīng)該在3.5～5.5m左右。在設(shè)計(jì)引道時(shí)，最首要考慮的就是它的引導(dǎo)長(zhǎng)度，具體分為漸變段長(zhǎng)度與引導(dǎo)度長(zhǎng)度。1.漸變段長(zhǎng)度。這里將漸變度的長(zhǎng)度設(shè)置為L(zhǎng)，避險(xiǎn)車(chē)道從主車(chē)道分離而出的偏角則用漸變率來(lái)表示。因?yàn)槠?chē)在制動(dòng)失效后其速度會(huì)很快導(dǎo)致駕駛員無(wú)法操縱，所以為了讓已失控汽車(chē)能順利進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道，就應(yīng)該著重考慮對(duì)避險(xiǎn)車(chē)道漸變率的設(shè)計(jì)。對(duì)于漸變率來(lái)說(shuō)，應(yīng)該考慮失控車(chē)輛的速度和行駛軌跡擺動(dòng)變化，確保漸變率處于較小狀態(tài)，而此時(shí)汽車(chē)從主線(xiàn)道、引道最后到避險(xiǎn)車(chē)道過(guò)渡段長(zhǎng)度也應(yīng)該有所增加。

2.引導(dǎo)段長(zhǎng)度。因?yàn)楸茈U(xiǎn)車(chē)道均為上坡設(shè)計(jì)，所以引道中的引導(dǎo)段應(yīng)該設(shè)計(jì)為凹形豎曲線(xiàn)模式，而其長(zhǎng)度也應(yīng)該滿(mǎn)足于凹形豎曲線(xiàn)的基本長(zhǎng)度要求。再者，在設(shè)計(jì)引導(dǎo)段長(zhǎng)度時(shí)也應(yīng)該考慮所設(shè)置最小長(zhǎng)度時(shí)可能受到的來(lái)自于失控車(chē)輛的沖擊和行程時(shí)間，所以應(yīng)該考慮如何緩和失控車(chē)輛的沖擊力并控制車(chē)輛失控行程時(shí)間。2.1對(duì)失控車(chē)輛的沖擊力緩和。當(dāng)車(chē)輛失控并行駛在凹形豎曲線(xiàn)上時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生向心力，這種向心力會(huì)在凹形豎曲線(xiàn)上形成增重趨勢(shì)，當(dāng)增重達(dá)到一定程度時(shí)，駕駛員就會(huì)無(wú)法承受。所以要根據(jù)駕駛員對(duì)于車(chē)輛失控后加速度及增重的極限反映來(lái)測(cè)算車(chē)輛的沖擊力緩和對(duì)策。首先計(jì)算車(chē)輛的離心加速度為0.3g，公式為：

如此可以求得最小凹形豎曲線(xiàn)的長(zhǎng)度應(yīng)該為：

2.2行程時(shí)間的控制。首先不能讓失控車(chē)輛在凹形豎曲線(xiàn)上的行程時(shí)間太短，因?yàn)檫@樣會(huì)讓駕駛員產(chǎn)生急速變破的錯(cuò)覺(jué)，從而加大事故的發(fā)生可能性。所以應(yīng)該嚴(yán)格控制車(chē)輛失控時(shí)的行程時(shí)間，為其設(shè)置最小的引導(dǎo)豎曲線(xiàn)，如果取失控車(chē)輛最短行程時(shí)間為3s，就有：

所以根據(jù)以上計(jì)算出的兩個(gè)凹形豎曲線(xiàn)的最小長(zhǎng)度，就可以為避險(xiǎn)車(chē)道的引道確定引導(dǎo)段的最終長(zhǎng)度為：

因此避險(xiǎn)車(chē)道的最小引道長(zhǎng)度就應(yīng)該為漸變段長(zhǎng)度L和引導(dǎo)段長(zhǎng)度L引導(dǎo)段之和。

（二）避險(xiǎn)車(chē)道的線(xiàn)形設(shè)計(jì)

避險(xiǎn)車(chē)道的線(xiàn)形設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)方面，平面設(shè)計(jì)與縱面設(shè)計(jì)。1.平面設(shè)計(jì)。在我國(guó)，避險(xiǎn)車(chē)道的一般平面夾角角度都會(huì)設(shè)置在3～5°的范圍內(nèi)，同時(shí)為了降低用地量，也將避險(xiǎn)車(chē)道的線(xiàn)形設(shè)計(jì)的盡量與主線(xiàn)平行。如果公路較寬，也可以設(shè)置兩排道或三排道，這對(duì)于一些由于汽車(chē)失控而難以把握時(shí)機(jī)進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道的駕駛者更為有利，多車(chē)道的設(shè)計(jì)讓他們有了更多的進(jìn)入機(jī)會(huì)。另外，避險(xiǎn)車(chē)道的寬度設(shè)計(jì)應(yīng)該大于3輛車(chē)的寬度，這樣能保證多輛車(chē)在進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道時(shí)不會(huì)出現(xiàn)二次事故。2.縱面設(shè)計(jì)。縱面設(shè)計(jì)的基本原則是設(shè)置上坡，且坡度要設(shè)置成從小到大的形式，這樣能夠盡量避免失控車(chē)輛由于進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道而受到高阻力，保證車(chē)輛的安全緩沖。對(duì)于縱面設(shè)計(jì)而言，應(yīng)該通過(guò)加大坡度來(lái)消減失控車(chē)輛的能量，所以可以考慮利用回旋曲線(xiàn)曲率的變化規(guī)律來(lái)進(jìn)行多段落的折線(xiàn)縱面設(shè)計(jì)，它所要達(dá)到的效果就是盡量降低避險(xiǎn)車(chē)道的初始坡坡度，同時(shí)降低阻力，讓駕駛者能夠更好的控制方向，起到引導(dǎo)汽車(chē)入道的作用。

四、避險(xiǎn)車(chē)道實(shí)車(chē)試驗(yàn)案例分析

（一）試驗(yàn)方法

在避險(xiǎn)車(chē)道進(jìn)行了12次實(shí)車(chē)試驗(yàn)，前6組為平坡面試驗(yàn)，后6組為上坡面試驗(yàn)，所以它的避險(xiǎn)車(chē)道形式應(yīng)該是平坡面配合過(guò)渡段，兩組避險(xiǎn)車(chē)道的路面材料均采用了厚為60cm的碎石。如圖3.

（二）試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.車(chē)重與避險(xiǎn)車(chē)道路面平均阻尼系數(shù)的關(guān)系分析。由于碎石與避險(xiǎn)車(chē)道路面會(huì)對(duì)失控車(chē)輛產(chǎn)生較大的滾動(dòng)摩擦阻力，所以當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入避險(xiǎn)車(chē)道路面時(shí)碎石會(huì)對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生較大的反作用力，從而形成對(duì)車(chē)輛的摩擦阻力。當(dāng)車(chē)輪陷入較深的碎石層時(shí)，車(chē)輪的拖滑程度就會(huì)越深，而其受到的阻尼效果也就越明顯。這一段主要是針對(duì)上坡路面情況進(jìn)行分析，所以當(dāng)車(chē)輛重量不同時(shí)，它的平均阻尼系數(shù)也是不同的。如圖4.

2.車(chē)速與避險(xiǎn)車(chē)道路面平均阻尼系數(shù)的關(guān)系分析

當(dāng)車(chē)輛在高速狀態(tài)下駛?cè)氡茈U(xiǎn)車(chē)道時(shí)，其速度還是會(huì)急速增加的，此時(shí)它與避險(xiǎn)車(chē)道的路面平均阻尼系數(shù)也會(huì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如此一來(lái)車(chē)速就會(huì)在達(dá)到某個(gè)程度時(shí)隨著阻力的不斷增大而減小，最終達(dá)到車(chē)速減緩的效果[3]。

總結(jié)

避險(xiǎn)車(chē)道是解決山區(qū)公路連續(xù)長(zhǎng)下坡路段車(chē)輛制動(dòng)失控的最好方法，但也要明確這種防護(hù)措施的被動(dòng)性。所以在未來(lái)的研究中也要從車(chē)輛的行駛特征與公路的地形及設(shè)計(jì)來(lái)研究某些主動(dòng)預(yù)防車(chē)輛失控的措施，比如設(shè)置連續(xù)長(zhǎng)下坡路段的臨時(shí)停車(chē)點(diǎn)，加強(qiáng)路段的警示標(biāo)志設(shè)置等等，從根本上影響駕駛員的駕駛行為，進(jìn)而幫助他們實(shí)現(xiàn)安全行車(chē)。

參考文獻(xiàn)

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