文 / 固安縣日新月異交通設(shè)施有限公司 雷久倫

隨著高速公路改擴(kuò)建進(jìn)程不斷加快，高速公路的隔離防護(hù)安全要求也在不斷提高。本文對(duì)移動(dòng)鋼護(hù)欄的穩(wěn)定性與安全性進(jìn)行了分析，并對(duì)幾種常用移動(dòng)隔離護(hù)欄進(jìn)行了比較，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外護(hù)欄技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行了闡述，最終在成本、存儲(chǔ)、環(huán)保及壽命等方面，得出鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄適用性進(jìn)行分析結(jié)果。

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，人民生活物質(zhì)的水平不斷提高，國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)幾乎飽和，下一步將面臨擴(kuò)建、改建或大修。在高速公路改擴(kuò)建進(jìn)程中，移動(dòng)隔離護(hù)欄作為高速公路上隔離防護(hù)的基本安全設(shè)施和重要組成部分，其安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)適用性和易設(shè)便捷性也越來(lái)越引起人們的重視。部分公路在改擴(kuò)建時(shí)原先采用水馬或者混凝土隔離墩，前者考慮了便捷性，但在防撞方面表現(xiàn)并不如意，后者雖然可以抵擋一定的沖擊，但卻屬于硬隔離，對(duì)人的傷害較大，也不便安裝，同時(shí)二者均沒(méi)有考慮環(huán)保的問(wèn)題。近年來(lái)，移動(dòng)鋼護(hù)欄的出現(xiàn)改變了這一情況。

護(hù)欄技術(shù)的應(yīng)用

護(hù)欄的功能是一個(gè)系統(tǒng)，它包括護(hù)欄本身、立柱、立柱被打入的土壤、護(hù)欄與立柱的連接、終端以及終端的錨固系統(tǒng)，這些因素都對(duì)護(hù)欄的作用有影響。為了簡(jiǎn)化，護(hù)欄由兩個(gè)關(guān)鍵的功能組件組成：終端和護(hù)欄面。

護(hù)欄的分類

1. 鋼肋導(dǎo)軌

常見(jiàn)的工業(yè)或設(shè)施安全護(hù)欄系統(tǒng)由鋼制成，其中立柱由厚壁鋼管制成，通常為圓形或者方形，重型帶肋鋼軌通過(guò)螺栓或其他緊固件機(jī)械連接到立柱上。立柱可以焊接到底板并錨固到地板上，或者設(shè)置并澆注到地板上。在工業(yè)和配送設(shè)施中，鋼制護(hù)欄系統(tǒng)通過(guò)限制和控制廠內(nèi)車輛通行的位置，為財(cái)產(chǎn)和人員提供了堅(jiān)實(shí)的保護(hù)。這些護(hù)欄系統(tǒng)還可以提醒人們注意設(shè)施車輛交通中的危險(xiǎn)。一些設(shè)施安全鋼護(hù)欄系統(tǒng)使用一根水平導(dǎo)軌，而另一些則使用兩根或三根導(dǎo)軌。

取決于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，比如設(shè)施中使用的車輛的大小和類型、要控制的交通量或與被保護(hù)區(qū)域相關(guān)的價(jià)值/風(fēng)險(xiǎn)，制造商生產(chǎn)了不同等級(jí)的鋼安全護(hù)欄。

2.聚合物護(hù)欄

用于制造安全護(hù)欄的聚合物有很多種，常用的聚合物類型有：聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯。安全護(hù)欄使用這些聚合物有三種基本設(shè)計(jì)理念：（1）影響分散，它應(yīng)用多組件工程，使護(hù)欄能夠在撞擊時(shí)彎曲，吸收和分散能量，然后再恢復(fù)其原始形狀；（2）混合型，其特點(diǎn)是采用聚合物包裹的鋼芯；（3）中央固定，它利用固體聚合物柱固定在地面上，用水泥和鋼地下固定裝置固定。

圖 2 混凝土護(hù)欄

聚合物沖擊分散安全護(hù)欄設(shè)計(jì)提供了優(yōu)于鋼護(hù)欄的優(yōu)勢(shì)。與鋼制護(hù)欄相比，如果受到足夠的能量撞擊，鋼制護(hù)欄將永久變形，而沖擊分散安全護(hù)欄設(shè)計(jì)允許護(hù)欄在沖擊時(shí)彎曲、分散能量并恢復(fù)其原始形狀，不會(huì)損壞護(hù)欄或撞擊車輛。

3. 移動(dòng)隔離護(hù)欄

移動(dòng)隔離護(hù)欄作為高速公路主要附屬設(shè)施，在防止車輛過(guò)馬路、保護(hù)車輛和駕駛員、防止物體駛?cè)氲缆返确矫姘l(fā)揮著重要作用。在道路養(yǎng)護(hù)中，通常需要檢查護(hù)欄的完整性和合理性。在自動(dòng)駕駛的情況下，車輛通常需要檢測(cè)護(hù)欄以防止碰撞。在高精度地圖中，護(hù)欄可以提供邊界信息。高速公路兩側(cè)的移動(dòng)隔離護(hù)欄有兩種類型。一種是鋼護(hù)欄板拼接在一起并由柱支撐的連續(xù)結(jié)構(gòu)，本文稱為鋼護(hù)欄，如圖1所示。另一種是混凝土護(hù)欄，如圖2所示。在一些路段，這兩種護(hù)欄是相連的，如圖3所示。

圖 1 鋼護(hù)欄

圖 3 鋼-混護(hù)欄

作為新興的隔離護(hù)欄，移動(dòng)鋼護(hù)欄使用新型鋼制作，護(hù)欄兩側(cè)進(jìn)行特殊的角度的折彎，使護(hù)欄兩側(cè)形成防撞弧形，內(nèi)部結(jié)構(gòu)協(xié)助吸收車輛撞擊過(guò)來(lái)產(chǎn)生的沖擊力，并矯正車輪，改變行車方向，降低對(duì)人和對(duì)車的傷害。同時(shí)采用熱侵鍍鋅，具有非常強(qiáng)的抗老化，也具備了所有的隔離產(chǎn)品不具備的防腐性能?？梢苑磸?fù)周轉(zhuǎn)20次以上，并且周轉(zhuǎn)費(fèi)用低，極大的提高了使用率。上部與底部的塑料反光裝置，也保證了在狹窄、轉(zhuǎn)彎多的道路區(qū)域行駛，特別是在夜晚、雨中或霧中行駛的時(shí)候，駕駛員能非常清楚道路狀況，有充足時(shí)間避讓施工作業(yè)區(qū)域。

1.2 移動(dòng)隔離護(hù)欄的對(duì)比

（1）水馬。水馬一直以紅黃兩色為傳統(tǒng)色，顏色醒目，但其只有隔離效果，并無(wú)防撞性能，無(wú)防護(hù)等級(jí)，破碎后滿地碎片，容易引發(fā)第二次交通事故，且增加人工成本。水馬周轉(zhuǎn)次數(shù)低，無(wú)重復(fù)使用，存儲(chǔ)占地面積大。同時(shí)水馬得安裝需灌水或沙，安裝周期較長(zhǎng)，質(zhì)量差異較大。此外，養(yǎng)護(hù)成本高、易自然損壞、壽命較短且無(wú)法回收利用。

（2）混凝土隔離墩。隔離墩屬于硬隔離法，可以吸收沖擊波但無(wú)法改變行車方向，容易對(duì)人、車產(chǎn)生較大傷害；同時(shí)不易周轉(zhuǎn)，且周轉(zhuǎn)成本高；占地面積也較大，存儲(chǔ)不便；安裝速度慢，耗時(shí)耗力；成本高，無(wú)回收利用價(jià)值；在惡劣環(huán)境下，壽命較短。在廢棄之后，對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重。

（3）移動(dòng)鋼護(hù)欄。這種護(hù)欄具有防撞性能，能夠吸收車輛撞過(guò)來(lái)的沖擊力并矯正車輪、改變行車方向，從而不會(huì)沖出道路，減少對(duì)人對(duì)車的傷害。移動(dòng)鋼護(hù)欄隔離道路施工區(qū)域跟通車路段，起到很強(qiáng)的安全防護(hù)的作用。在外屏障兩側(cè)各有一處折彎伸出結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了護(hù)欄整體的穩(wěn)定性，在車輛碰撞到護(hù)欄時(shí)，車輛的輪胎能壓到護(hù)欄底部的伸出結(jié)構(gòu)，靠車輛的自重壓住護(hù)欄以引增強(qiáng)護(hù)欄在受撞擊時(shí)的穩(wěn)定性，保證車輛及護(hù)欄不會(huì)傾覆，增強(qiáng)了護(hù)欄整體的安全性。此外，移動(dòng)鋼護(hù)欄可根據(jù)要求噴繪不同顏色，造型也可根據(jù)要求進(jìn)行加工。存儲(chǔ)空間較前兩者也是大大減少，僅需水馬的1/3；主裝幾乎不存在交通干擾，具有優(yōu)秀的交通分流、解決交通擁堵的功能。價(jià)格較為低廉的同時(shí)保證可以重復(fù)多次使用，相對(duì)其它材料更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

護(hù)欄技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1994年初，交通部頒布了第一個(gè)公路護(hù)欄行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ074-94)》。2013年12月1日，交通運(yùn)輸部頒布實(shí)施了最新的《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。在新標(biāo)準(zhǔn)中，護(hù)欄防護(hù)等級(jí)分為8個(gè)等級(jí)。同時(shí)，隔斷中央開(kāi)有活動(dòng)護(hù)欄、防撞墊、兩端及過(guò)渡段等結(jié)構(gòu)碰撞條件及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

袁大杰等人建立了用于車輛碰撞的金屬梁柱護(hù)欄有限元數(shù)據(jù)模型，通過(guò)數(shù)值模擬，分析了防撞護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形對(duì)車輛質(zhì)量、碰撞速度和碰撞角變化的敏感性。在分析過(guò)程中，采用平均靈敏度系數(shù)作為靈敏度評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

仿真結(jié)果表明，碰撞速度是影響防撞護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形最敏感的因素。Hai，Y. 針對(duì)路側(cè)護(hù)欄存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)護(hù)欄防護(hù)性能、緩沖性能、施工工藝、景觀造型、除雪便利性等方面的研究，研制了一種路側(cè)高防護(hù)等級(jí)梁柱混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了工藝試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真方法。通 troer試驗(yàn)驗(yàn)證了護(hù)欄墻的基本強(qiáng)度，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均滿足五級(jí)(SA)防護(hù)等級(jí)要求。

國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

在公路護(hù)欄的安裝方面，歐洲國(guó)家對(duì)護(hù)欄結(jié)構(gòu)的研究很早就開(kāi)始了，并建立了一套完整的試驗(yàn)設(shè)施和相應(yīng)的試驗(yàn)程序。日本根據(jù)護(hù)欄的適用條件和性能要求制定了護(hù)欄安裝大綱[6]。Stolle， Coty S.開(kāi)發(fā)了一種短半徑護(hù)欄系統(tǒng)，以提高十字路口的安全性。他提出對(duì)于一些交叉的道路位置，需要一個(gè)半徑大于10米的彎曲系統(tǒng)。美國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始對(duì)公路護(hù)欄的再利用進(jìn)行研究，在一些領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，比如安全護(hù)欄的木樁再利用。在2011 年版的“美國(guó)州公路和運(yùn)輸官員協(xié)會(huì) (AASHTO)” 中。在《路邊設(shè)計(jì)指南》中，詳細(xì)討論了“護(hù)欄升級(jí)系統(tǒng)”，并建議將舊護(hù)欄作為新建或改建公路項(xiàng)目的一部分。日本通過(guò)碰撞試驗(yàn)確定了具有緩沖功能的鋼絲繩防護(hù)柵欄的保護(hù)性能，并通過(guò)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了作為中央隔離設(shè)施使用的可行性。

高速公路改擴(kuò)建護(hù)欄施工技術(shù)的應(yīng)用

改擴(kuò)建過(guò)程中移動(dòng)隔離護(hù)欄的重要性

在高速公路改擴(kuò)建過(guò)程中，由于路線長(zhǎng)、工期長(zhǎng)及人員設(shè)備的問(wèn)題，使得施工區(qū)始終存在著四大安全隱患：一是高速上行車速度快、行車密度大，即便有遠(yuǎn)端施工警示和提示牌，但因擁堵、超車、疏忽造成進(jìn)入施工區(qū)域車輛仍不在少數(shù)；二是施工區(qū)域根據(jù)施工內(nèi)容不同，場(chǎng)地變化快，在車流中移動(dòng)施工更容易引發(fā)交通事故；三是施工人員、設(shè)備在施工場(chǎng)地穿梭較為頻繁，存在個(gè)別安全盲區(qū)；四是雨雪霧天氣、夜間施工，安全視線受限，更易發(fā)生事故。同時(shí)高速公路上一旦發(fā)生事故，極易形成連鎖反應(yīng)，造成重大交通事故，造成惡劣的社會(huì)不良后果。因此，施工區(qū)的安全防護(hù)非常必要和重要， 這樣就必須設(shè)置必要的移動(dòng)隔離防護(hù)設(shè)施，防止車輛沖入施工區(qū)，同時(shí)利用防護(hù)設(shè)施的引導(dǎo)作用和阻擋作用渠化交通，可對(duì)車輛和司乘人員起到很好的保護(hù)作用。

移動(dòng)隔離護(hù)欄的應(yīng)用

在交通工程中，高速公路護(hù)欄可以防止錯(cuò)誤的車輛撞到路邊障礙物。今天使用的最常見(jiàn)的護(hù)欄類型是封閉式W型梁。強(qiáng)力柱W型梁護(hù)欄由木柱和木擋板或帶有木頭或塑料擋板的鋼柱組成。木頭或塑料擋板減少或最小化車輛在撞擊時(shí)卡在柱子上。此外，可以使用擋板來(lái)增加護(hù)欄與障礙物的偏移量。保持護(hù)欄高度還可以降低車輛在初始撞擊時(shí)越過(guò)護(hù)欄的可能性。

強(qiáng)柱式W型梁護(hù)欄的主要問(wèn)題之一是該系統(tǒng)能夠容納和重定向具有更高重心以及這些車輛重量增加的現(xiàn)代車輛的能力。這樣做的問(wèn)題是，汽車最佳高度的護(hù)欄可能無(wú)法防止卡車翻倒，而摩托車可能會(huì)在更高的欄桿下滑倒。在大多數(shù)情況下，僅靠車輛撞擊區(qū)域中各個(gè)柱子的強(qiáng)度，護(hù)欄將無(wú)法承受車輛的沖擊。護(hù)欄作為一個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮作用，護(hù)欄、立柱、軌道與立柱之間的連接以及彼此之間的連接，以及端部錨都在護(hù)欄在沖擊時(shí)如何發(fā)揮作用方面發(fā)揮著不可或缺的作用。土壤條件、鐵軌高度、路緣石或堤壩的存在、撞擊車輛的重量、樁后部到鉸鏈點(diǎn)的距離以及樁在土壤中的深度都可以決定系統(tǒng)在撞擊時(shí)的運(yùn)行情況。

護(hù)欄的現(xiàn)代安裝旨在允許導(dǎo)軌在碰撞載荷下變形，并以較淺的角度安全地將車輛重新引導(dǎo)回道路。重要的是護(hù)欄系統(tǒng)的接近坡度非常平坦，并且護(hù)欄后面的坡度和固定物體放置在一定距離處，以便在撞擊和偏轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)影響護(hù)欄的性能。吸收是沖擊力直接在車輛和護(hù)欄之間傳遞，可能導(dǎo)致端部刺穿車輛。為了減輕這種情況，存在許多導(dǎo)軌端部處理，它們導(dǎo)致鈍端在現(xiàn)代安裝中很少暴露在外。

高速公路改擴(kuò)建護(hù)欄施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

護(hù)欄是高速公路的重要輔助設(shè)施不僅提供路邊信息，還起到保護(hù)司機(jī)的作用。然而，現(xiàn)有的高速公路護(hù)欄提取識(shí)別研究不足，無(wú)法準(zhǔn)確高效地提取和區(qū)分護(hù)欄及其類型。針對(duì)上述缺陷，有學(xué)者提出了一種聚類切片的方法，從道路場(chǎng)景中的護(hù)欄特征識(shí)別護(hù)欄。在護(hù)欄目標(biāo)識(shí)別前，將改進(jìn)的二值編碼樹(shù)平面分割算法應(yīng)用于路面點(diǎn)過(guò)濾，減少了護(hù)欄識(shí)別中的數(shù)據(jù)量，提高了識(shí)別效率。利用護(hù)欄的幾何特征和空間特征，采用切片法對(duì)聚類后的護(hù)欄進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。還提出了一種根據(jù)截面特征來(lái)區(qū)分鋼和混凝土護(hù)欄的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法能夠有效準(zhǔn)確地識(shí)別高速公路點(diǎn)云場(chǎng)景中的護(hù)欄，整體識(shí)別準(zhǔn)確率在90%以上。

我國(guó)高速公路交通的快速增長(zhǎng)和大型車輛所占比例較大，原有護(hù)欄防撞能力的不相容性以及鋪裝增加導(dǎo)致的護(hù)欄工況變化引起了業(yè)界的關(guān)注。目前的護(hù)欄改造計(jì)劃只是針對(duì)個(gè)別情況制定的，對(duì)提高避碰水平的先決條件的研究尚不明確和不完善。因此，現(xiàn)有成果的適用范圍有限。其次，即使舊護(hù)欄的高度和強(qiáng)度通過(guò)一些改造措施達(dá)到了相關(guān)規(guī)范的要求，也只是針對(duì)某一情況下的護(hù)欄改造，不具有普適性，容易造成資源的浪費(fèi)。利用計(jì)算機(jī)仿真分析方法對(duì)方案進(jìn)行比較和優(yōu)化，最終選擇性能安全、可維護(hù)性好的方案在真車上進(jìn)行全尺寸碰撞試驗(yàn)，使改進(jìn)后的護(hù)欄滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)護(hù)欄耐撞性等級(jí)的要求。

結(jié)論

在高速公路改擴(kuò)建的進(jìn)程加快的今天，原先的護(hù)欄技術(shù)逐漸不能滿足現(xiàn)有的需求，移動(dòng)鋼護(hù)欄的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯了出來(lái)，在保證護(hù)欄整體的穩(wěn)定性與安全性的同時(shí)，兼顧了成本問(wèn)題、存儲(chǔ)問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題及壽命問(wèn)題，從而提高了移動(dòng)隔離護(hù)欄的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)保效益。雖然鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄造價(jià)也頗高，其價(jià)格也常常因鋼材市場(chǎng)的波動(dòng)而波動(dòng)，有一定的推廣難度，但從穩(wěn)定性、便捷性和重復(fù)使用率等方面與傳統(tǒng)隔離防撞設(shè)施的綜合性價(jià)比相比，還是具有很好的應(yīng)用推廣前景。