李闖民， 王凱， 甘新眾， 劉群艷

(1.長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410114； 2.宜春市公路管理局，江西 宜春 337000)

隔離護欄是一種臨時道路交通安全設(shè)施，又稱作臨時護欄，其適用場景主要為公路養(yǎng)護作業(yè)，通過對施工區(qū)域進行圍擋起到安全保障作用，待養(yǎng)護作業(yè)完成后拆除。隔離護欄組裝方便，通常以相同型號單元框架相互連接，其長度短時僅有百米，長時可達(dá)數(shù)十公里。因此隔離護欄不僅需要較好的耐沖擊性，同樣應(yīng)具有拆裝簡易、運輸便捷、成本低廉的特征。這樣在確保失控車輛不會傷及施工人員及設(shè)備的同時，也能進一步縮短養(yǎng)護作業(yè)的輔助工期，以提高高速公路安全施工與養(yǎng)護運營效率。

隔離護欄最早在西方國家形成科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)體系，美國在1993年頒布的NCHRP 350標(biāo)準(zhǔn)中最早成體系地提出隔離護欄的碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)[1]；到2009年，美國國家高速公路和交通運輸協(xié)會(AASHTO)基于原有研究基礎(chǔ)，發(fā)布了《Manual for Assessing Safety Hardware》(簡稱MASH)。在此次更新中，基于新的行駛車輛數(shù)據(jù)，對原有規(guī)范中的碰撞條件與安全性評價指標(biāo)進行驗算，并提出新的指標(biāo)取值，即增大碰撞角度、增加試驗車輛荷載，使隔離護欄防護等級得到進一步的提高[2]。目前，美國高速公路運營養(yǎng)護中使用的Orion、BarrierGuard 800鋼質(zhì)隔離護欄防撞性能遠(yuǎn)超MASH規(guī)范要求[3]。在中國交通事故高發(fā)的形勢下，相關(guān)部門對交通安全設(shè)施的評定標(biāo)準(zhǔn)一直在進行研究，已有研究側(cè)重于永久性的橋梁護欄以及公路路基護欄，且實際應(yīng)用十分成功，但隨著交通量的增大，對一般公路的隔離護欄研究成為當(dāng)下的熱點[4-5]。文獻[6]從防撞能力、機動性兩方面，對中央分隔帶下設(shè)置的開口型護欄進行研究，使開口護欄整體評價指標(biāo)得到進一步的完善，但開口護欄實際使用長度較短，其試驗條件與隔離護欄的長度要求相差較大；文獻[7]對隔離護欄的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)進行了初步探討，但研究范圍較廣、缺少一定的針對性。一方面，中國汽車產(chǎn)銷量常年位居世界第一，人均汽車持有量穩(wěn)步上升；另一方面，中國公路基礎(chǔ)建設(shè)成績斐然，截至2019年,中國高速公路及公路總里程分別超過14.26萬km與486.65萬km，均為世界第一[8]。但美國與印度國土人均公路擁有量依然遠(yuǎn)超中國，因此公路基礎(chǔ)建設(shè)依然是未來較長時間的國家政策側(cè)重點，伴隨著大量新建與改擴建道路項目的施工，對隔離護欄的需求將逐漸增加。倘若隔離護欄安全標(biāo)準(zhǔn)研究不充分，則極易引發(fā)交通安全問題，造成人身財產(chǎn)損失。因此，該文基于施工全過程交通事故特點，將隔離護欄的碰撞條件與評價標(biāo)準(zhǔn)作為研究內(nèi)容，以期為新型隔離護欄的研制提供理論依據(jù)。

1 養(yǎng)護作業(yè)區(qū)的交通事故特征

交通事故是公害。公路護欄等抗撞結(jié)構(gòu)，因能防止車輛沖出路外或闖入對向車道、遏制惡性事故，被稱為乘員的“最后一條安全帶”[9-10]。但在公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)，由于養(yǎng)護作業(yè)的臨時性質(zhì)，傳統(tǒng)的永久性護欄不能發(fā)揮作用，且在不中斷交通運行的情況下, 需要占用其他車道進行施工, 使駕駛環(huán)境發(fā)生突變, 形成安全隱患[11]。此時，失控車輛對養(yǎng)護作業(yè)人員生命財產(chǎn)的安全構(gòu)成了巨大威脅，特別是在高速公路及高等級公路的養(yǎng)護作業(yè)路段，由于車速高、車流量大，一旦安全防護不到位，事故后果將更加嚴(yán)重。目前，中國對公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域的隔離，大多通過設(shè)置臨時擋板、水馬等不具備防撞能力的警示性設(shè)施，實現(xiàn)對養(yǎng)護作業(yè)人員的隔離與對車流的疏導(dǎo)，對公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域的這種隔離方式，不能有效防護養(yǎng)護作業(yè)人員生命財產(chǎn)的安全，國外早已不再采用，隨著中國綜合國力的不斷增長，人民對美好生活的向往日益強烈，保障養(yǎng)護作業(yè)人員生命財產(chǎn)安全已刻不容緩。

由于養(yǎng)護作業(yè)區(qū)本身就是道路的一部分，對養(yǎng)護作業(yè)區(qū)的圍護，將占據(jù)必要的行車空間，實際上是縮小了原有道路的行車空間，使流暢的道路變成了寬窄不均的崎嶇道路，此時，在道路寬窄變化的過渡區(qū)域，一旦發(fā)生交通事故，則失控車輛撞擊護欄的撞擊角度將明顯加大，這是隔離護欄與永久性護欄設(shè)計所不同的一個重要方面。此外，在養(yǎng)護作業(yè)區(qū)，由于車輛可用的行車道的寬度減少，而且通常會比正常車道寬度減少很多，此時，車體寬度大的大型車輛如大客車、大型貨車等的行車速度會更低，車體寬度小的乘用車、小型載貨汽車(皮卡)等的行車速度雖然也會下降，但其下降幅度將明顯小于大型車輛的下降幅度，即小型車輛與大型車輛的行車速度差將進一步拉大，或者說，在道路寬窄變化的過渡區(qū)域，小型車輛更加具備超越大型車輛的相對行車速度，超越大型車輛、快速駛離養(yǎng)護作業(yè)區(qū)將成為小車司機的心里常態(tài)，相應(yīng)地，小型車輛成為肇事車輛的概率將大幅提升，這是隔離護欄與永久性護欄設(shè)計所不同的另一個重要方面。

2 隔離護欄的試驗條件

2.1 試驗車輛與碰撞條件

中國的高速公路通車?yán)锍屉m然已經(jīng)是世界第一，但中國的公路總里程還只有480萬km，中國公路建設(shè)的任務(wù)仍然艱巨。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對護欄的試驗條件進行了規(guī)定，但未涉及隔離護欄。美國有655萬km公路，養(yǎng)護作業(yè)任務(wù)繁重，為此，美國交通運輸管養(yǎng)部門提出“長壽命路面”這一概念，路面的價值在于路面質(zhì)量，通過提升路面使用年限、改進路面綜合性能、增強駕駛安全水平以及優(yōu)化用戶體驗，結(jié)合“全面性、良好經(jīng)濟性、全路網(wǎng)覆蓋、長期有效運營”的道路管養(yǎng)行為，進行路面保值進而構(gòu)筑長壽命路面。因此，美國對道路的養(yǎng)護作業(yè)非常重視，通常在路面尚未產(chǎn)生病害時進行提前養(yǎng)護作業(yè)，即在預(yù)期時間與預(yù)期性能的路面上，采取對應(yīng)技術(shù)等級的養(yǎng)護作業(yè)方式。但路面的預(yù)防性養(yǎng)護工作需要進行大量的前期調(diào)查工作，例如對現(xiàn)有路況評定并對病害進行區(qū)分，以及對識別的隱性病害在表面處治前進行修復(fù)。為了適應(yīng)頻繁的養(yǎng)護作業(yè)需要，美國在MASH規(guī)范中，對隔離護欄，共約定了6個碰撞試驗條件，與之對應(yīng)的是隔離護欄的3個防撞等級，TL-1、TL-2、TL-3，具體見表1。

表1 美國在MASH規(guī)范中規(guī)定的試驗條件

中國的國情與美國不同，中國道路上運營車輛的構(gòu)成比例與美國的情況也有差異，隨著中國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，道路上運營車輛的構(gòu)成比例的差異正在迅速縮小，據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知：目前中國機動車保有量累計達(dá)2.4億輛，其中83.92%的車輛為中小型車輛(圖1)，這種中小型車輛占主導(dǎo)地位的狀況與美國的情況越來越具有可比性，因此，參照美國MASH規(guī)范來確定中國的隔離護欄試驗條件，符合中國道路上運營車輛構(gòu)成比例這一特征，于是，參考表1的規(guī)定，結(jié)合公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域的交通事故特征，中國隔離護欄的試驗車型確定為小型乘用車和小型載貨汽車(皮卡)是合適的，這樣，只需對表1的車輛總質(zhì)量進行規(guī)整，即可得到隔離護欄的碰撞試驗條件(表2)。

表2 中國隔離護欄的碰撞試驗條件

圖1 機動車保有量

2.2 隔離護欄的試驗長度

隔離護欄的總長從數(shù)百米至數(shù)公里甚至數(shù)十公里不等，但汽車撞擊隔離護欄時，隔離護欄的受撞擊區(qū)域是有限的，因此，碰撞試驗只需要取其中一部分長度即可，沒有必要按實際總長進行試驗，根據(jù)MASH規(guī)范，對標(biāo)準(zhǔn)段而言，剛性隔離護欄的試驗長度應(yīng)≥23 m，半剛性隔離護欄的試驗長度應(yīng)≥30 m；但從Orion、BarrierGuard 800等隔離護欄的實際碰撞試驗情況看，其碰撞試驗長度一般為50～60 m?？紤]到實際應(yīng)用中的隔離護欄，其真實長度各不相同，因此，兼顧MASH規(guī)范、實際應(yīng)用中的隔離護欄長度、Orion、BarrierGuard 800等隔離護欄的實際碰撞試驗情況，隔離護欄的試驗長度可按下列方式確定：① 當(dāng)實際應(yīng)用中的隔離護欄長度≥60 m時，其試驗長度考慮60 m比較合適；② 當(dāng)實際應(yīng)用中的隔離護欄長度≤60 m時，其試驗長度采用隔離護欄的實際長度且不低于30 m比較合適。

3 隔離護欄的評價標(biāo)準(zhǔn)

評價標(biāo)準(zhǔn)是確定隔離護欄安全防護效能的依據(jù)，是引導(dǎo)隔離護欄產(chǎn)品研發(fā)的指南針。就護欄的防撞能力而言，通常采取定性與定量評價相結(jié)合的方式進行，在這一點上中國規(guī)范與MASH規(guī)范具有一致性。但MASH規(guī)范側(cè)重于隔離護欄，故對永久護欄與臨時護欄之間的區(qū)別給予了充分考慮，具有重要借鑒意義。

3.1 定性指標(biāo)

定性指標(biāo)是指由于缺少直接測定所需數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，而通過間接測定進行評估的評價指標(biāo)。通常先對測定實物進行模糊性評價，再對相關(guān)因素進行量化取值。這一方法的缺點是評價值因自身主觀判斷導(dǎo)致定性指標(biāo)的可區(qū)分性與可信度較低，從而影響評價的客觀公正。為此，參考MASH規(guī)范及JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》[12]，制定如下隔離護欄的定性指標(biāo):

(1) 無論是隔離護欄還是永久性護欄，阻擋失控車輛穿越，以遏制惡性事故，同時對失控車輛進行導(dǎo)向，以使其返回正確行駛路徑，避免占據(jù)相鄰車道，以避免二次事故，都是必須具備的基本功能，因此，在對隔離護欄的碰撞試驗中，就得確保不會發(fā)生車輛橫轉(zhuǎn)、調(diào)頭、騎跨護欄等現(xiàn)象。

(2) 保護車內(nèi)乘員生命安全始終是護欄的主要職責(zé)之一，無論是隔離護欄還是永久性護欄，概不例外，因此，在對隔離護欄進行碰撞測試時，隔離護欄上的部件、脫落件以及完全粉碎片狀物等不得進入車輛乘坐室內(nèi)部，以防止車內(nèi)乘員受到傷害。

(3) 針對碰撞試驗中，失控車輛在隔離護欄作用下導(dǎo)向成功時，駛離護欄瞬時時間難以記錄，以及駛離護欄后的車輛運行輪跡需要專業(yè)記錄設(shè)備的試驗困難時，借鑒JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》對永久性護欄的評價方法，采用導(dǎo)向駛出框?qū)︸傠x車輛進行評價將是一個不錯的方法：試驗車輛的輪跡線經(jīng)過導(dǎo)向駛出框時不得越出最外端的直線。

(4) 為進一步保障車內(nèi)乘員安全，在碰撞試驗中，試驗車輛不僅不得側(cè)翻、傾覆，而且車體應(yīng)與地面大體保持垂直，以免車內(nèi)乘員因車體姿態(tài)的劇烈變動而受到額外傷害。

3.2 定量指標(biāo)

定量指標(biāo)是指通過標(biāo)準(zhǔn)測定儀器對測定事物指標(biāo)進行直接測量獲得測值，且可以精確衡量的評價指標(biāo)，通常有絕對量與相對量兩種指標(biāo)。參考MASH規(guī)范及JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》，制定如下隔離護欄的定量指標(biāo)：

(1) MASH規(guī)范要求碰撞過程中，車輛質(zhì)心加速度≤20g，且最好≤15g。JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》中，在碰撞過程下，行駛車輛質(zhì)心加速度≤20g。因此，在隔離護欄碰撞試驗中，宜規(guī)定車輛質(zhì)心3個方向的最大加速度≤20g，以避免因碰撞過程中傳遞給車內(nèi)乘員的加速度過大而直接造成車內(nèi)乘員重傷甚至死亡的事故發(fā)生。

(2) MASH規(guī)范要求碰撞過程中，乘員碰撞后的速度極限值≤12 m/s，以避免車內(nèi)乘員頭部腦震蕩，這一要求與JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》保持一致。因此，在隔離護欄碰撞試驗中，宜規(guī)定乘員碰撞后的速度極限值≤12 m/s。

(3) MASH規(guī)范認(rèn)為，在碰撞試驗中，隔離護欄橫向偏移量的大小，與碰撞試驗時所用車型、試驗場地地基條件、撞擊點位置、隔離護欄設(shè)置長度等諸多因素密切相關(guān)，很難用一個絕對的數(shù)值予以評價，因此，MASH規(guī)范中，隔離護欄的橫向偏移量最大允許值是因地制宜選取，或者說，隔離護欄的橫向偏移量最大允許值是由設(shè)計部門根據(jù)隔離護欄的實際情況自行確定的，在MASH規(guī)范中并沒有給出一個普遍適用的評價準(zhǔn)則。JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》中的護欄最大橫向動態(tài)變形值及其位移外延值，也同樣沒有給出一個普遍適用的具體的評價標(biāo)準(zhǔn)，這本質(zhì)上也是學(xué)習(xí)美國、歐洲等西方發(fā)達(dá)國家護欄標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果，從而給護欄設(shè)置的因地制宜留出了足夠的設(shè)計空間?？紤]到中國對隔離護欄的研究剛剛起步，相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)也正在摸索之中，而歐美等發(fā)達(dá)國家的公路已實際設(shè)置過系列化的成熟的隔離護欄產(chǎn)品，也開展過大量的隔離護欄碰撞試驗，且已有隔離護欄產(chǎn)品基本是鋼制產(chǎn)品，因此，該文將根據(jù)對Orion、BarrierGuard 800等隔離護欄的實車碰撞試驗報告的大量數(shù)據(jù)，匯總并提出碰撞作用下護欄標(biāo)準(zhǔn)段橫向偏移量的取值范圍：皮卡撞擊時為1 800 mm左右，小型乘用車撞擊時為1 400 mm左右。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，隔離護欄的橫向偏移量以采用因地制宜的方式確定是最合適的。上述隔離護欄的試驗標(biāo)準(zhǔn)歸結(jié)為表3所示。

表3 隔離護欄評價標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論

(1) 通過對公路養(yǎng)護作業(yè)區(qū)域的交通事故特征分析，得出車輛與護欄之間的撞擊角度大于JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》中碰撞試驗角度的結(jié)論。

(2) 基于MASH規(guī)范和Orion、BarrierGuard 800等大量隔離護欄的實車試驗報告，結(jié)合中國機動車保有量的實際情況，提出適用于中國隔離護欄設(shè)計的3種碰撞防護等級，并給出了實車碰撞試驗中，試驗用車的車型、質(zhì)量、碰撞速度和碰撞角度等參數(shù)。

(3) 從定量與定性兩個方面，提出隔離護欄實際應(yīng)用下的安全性評價指標(biāo)：① 以JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)，進一步對測試車輛的駕駛軌跡、撞擊后姿態(tài)和脫離部件提出了定性要求；② 為保障乘員安全，提出碰撞試驗車輛在整個碰撞過程中，車輛質(zhì)心處加速度最大值≤20g，碰撞后的最大相對速度≤12 m/s；③ 提出在碰撞試驗中，對隔離護欄標(biāo)準(zhǔn)段橫向偏移量不做具體數(shù)值限制，而是由設(shè)計單位根據(jù)隔離護欄的實際情況，采用因地制宜的方式設(shè)定隔離護欄橫向偏移量限制值的思想，并參考國外隔離護欄碰撞試驗結(jié)果，給出皮卡撞擊隔離護欄標(biāo)準(zhǔn)段的橫向偏移量為1 800 mm左右，乘用車撞擊隔離護欄標(biāo)準(zhǔn)段的橫向偏移量為1 400 mm左右的參考值，供設(shè)計單位參考使用。

(4) 與JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》不同，參考MASH規(guī)范，隔離護欄的碰撞試驗車型為乘用車和皮卡兩種車型，從而使護欄碰撞試驗車型囊括了乘用車、皮卡、中大型車輛等多種車型，縮小了與國外試驗車型方面的差距。