宋楚君

摘要 隨著我國交通運輸和城市化進程的高速發(fā)展，高速公路所承擔(dān)交通任務(wù)量也越來越繁重。文章主要基于高速公路在連續(xù)長大下坡路情況下，研究公路線形優(yōu)化的方法。通過結(jié)合實際案例分析，優(yōu)化了連續(xù)長大下坡路段線形的設(shè)計。研究結(jié)果表明：文章的優(yōu)化方案有效降低了交通事故發(fā)生率、提高了交通流暢度，證明該減速下坡車道的設(shè)計達到了預(yù)期效果。當(dāng)坡度為1 °時，車輛速度提高了75%，距離減少了45%，所以設(shè)置減速下坡位置時，應(yīng)隨著道路長大下坡的坡度增加，減小距坡頂?shù)木嚯x。

關(guān)鍵詞 高速公路；連續(xù)長大下坡；線性組合；減速下坡車道

中圖分類號 U412.366文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0052-03

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展和交通需求的不斷增長，我國的交通設(shè)施網(wǎng)絡(luò)也在不斷完善，同時交通安全的問題也日益突出，而高速公路作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其線形設(shè)計對道路安全、交通效率和行車舒適度等方面起著至關(guān)重要的作用[1]。傳統(tǒng)的高速公路設(shè)計往往以平緩的坡度為主，但在實際運用中，面臨著如何在下坡路段實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定的線形設(shè)計的挑戰(zhàn)[2]。下坡路段的線形設(shè)計直接關(guān)系到車輛行駛的安全性和舒適性，同時也對交通流的穩(wěn)定性和高速公路的整體運行效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，深入研究高速公路連續(xù)長大下坡路段線形的優(yōu)化理論與方法，不僅有助于提升道路的安全性和通行效率，還能夠推動高速公路設(shè)計的創(chuàng)新與發(fā)展。該文旨在探討在下坡路段的線形設(shè)計中，如何通過優(yōu)化理論和方法，實現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)的道路線形，以滿足日益增長的交通需求和提高行車體驗。

1 公路連續(xù)長大下坡路段事故影響因素

在對高速公路長大下坡路段設(shè)計中，坡度設(shè)計過大將會增加車輛的制動難度，容易造成剎車制動難以控制，最終導(dǎo)致交通事故的發(fā)生，因此對于高速公路長大下坡路段需要考慮諸多影響因素，比如彎道設(shè)計時如果半徑過小則增加車輛的側(cè)滑以及翻車的風(fēng)險。其次對于高速公路長大下坡路段而言，路面狀況的質(zhì)量會嚴(yán)重影響行車安全，路面存在裂縫、坑洼或者積水時都會增加行車的安全性。最后是駕駛員的基本素養(yǎng)，需要根據(jù)不同的情況，及時準(zhǔn)確做出最合理、最正確的選擇[3]。如表1所示給出了部分國家和地區(qū)交通事故相關(guān)因素的比例，從中可以看出，造成交通事故的主要因素是駕駛?cè)藛T的過失以及道路設(shè)計的不合理。

通過查閱文獻，對于車輛失控的原因主要有兩個方面的觀點：一種觀點認(rèn)為坡道過長，導(dǎo)致剎車片過熱引起車輛失控；另一種觀點認(rèn)為下坡坡道與曲線組合，組合不當(dāng)時引起車輛失控。如圖1所示，給出了計算統(tǒng)計法與統(tǒng)計法，以確定是否需要設(shè)置避險車道?；谟嬎愕姆椒ㄓ糜谝堰\行或者新建的道路，而基于統(tǒng)計的方法只能用于已運行的道路[4]。

在連續(xù)長大下坡路段上，車輛的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及懸掛系統(tǒng)都需要處于良好的工作狀態(tài)。如果車輛存在制動器失靈、轉(zhuǎn)向不靈活或懸掛部件松脫等問題，都會增加交通事故的發(fā)生風(fēng)險。而在連續(xù)長大下坡路段，車輛速度過快，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生較大的慣性和速度。因此，車輛的制動系統(tǒng)需要具備足夠的制動力和耐久性，制動系統(tǒng)制動力不足或制動效果不佳，容易導(dǎo)致制動失靈，從而引發(fā)交通事故。

如圖2和圖3所示分別為汽車載重和超載率分析情況統(tǒng)計圖。根據(jù)調(diào)查研究，貨車車輛長期處在超載情況，嚴(yán)重威脅交通道路安全以及人身生命安全。因此，為了避免潛在的危險出現(xiàn)，在高速公路長大下坡路段應(yīng)設(shè)置完善的基礎(chǔ)設(shè)施，并且加強道路管理。特別應(yīng)注重大貨車，避免過多超載車輛或者車重超過55 t的車輛同時進入長大下坡路段。

在連續(xù)長大下坡路段，需要合理設(shè)計道路的坡度、曲線半徑以及超高限度等要素，以確保車輛能夠穩(wěn)定行駛并減少制動壓力。標(biāo)線的設(shè)置應(yīng)明確指示車輛行駛方向和車道劃分，以幫助駕駛員正確判斷路況和采取相應(yīng)的駕駛行動。

2 高速公路連續(xù)長大下坡路段線形

2.1 車輛運行動力學(xué)分析

在高速公路連續(xù)長大下坡路段，車輛運行動力學(xué)可以幫助分析在車輛運行過程中存在的各種安全問題。車輛在行駛過程中，需要不斷地消耗其動力勢能，克服空氣阻力與摩擦力的影響，以保持車輛的行駛穩(wěn)定。而當(dāng)車輛駛?cè)胂缕侣范螘r，重心位置的偏移和質(zhì)量分布的不均衡會影響車輛的穩(wěn)定性和操控性。其次，當(dāng)車輛過快時制動距離的增加，更加容易導(dǎo)致車輛失控，增加事故風(fēng)險，因此只有對車輛運動行為有了足夠深入的理解后，才能對車輛設(shè)計和負(fù)載配置有更為合理的規(guī)劃[5]。

長大下坡路段的線形特點是路面坡度大、曲線多、視距短，這會使車輛在行駛過程中面臨著重力、慣性力和摩擦力等多種受力。當(dāng)車輛失控時，其各種受力會更加復(fù)雜和危險，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故。車輛在下坡路段上沿著坡度方向前進，如果速度過快或制動不當(dāng)，重力會增加車輛的加速度和滑行距離，導(dǎo)致車輛失控。此外，長大下坡路段的曲線較多，車輛在轉(zhuǎn)彎時會受到側(cè)向加速度的影響，這也會增加車輛失控的風(fēng)險。車輛在高速行駛時，會受到慣性力的影響，即車輛在直線運動或轉(zhuǎn)彎時，由于質(zhì)量的慣性作用而偏離原來的軌跡。在長大下坡路段上，如果車輛速度太快或者在曲線處轉(zhuǎn)向不當(dāng)，慣性力會使車輛失控，并增加車輛滑行距離和碰撞風(fēng)險。長大下坡路段的路面可能存在不同程度的坑洞、凸起和摩擦系數(shù)變化等問題，這些因素都會對車輛行駛產(chǎn)生影響。如果路面摩擦系數(shù)降低，車輛制動距離將會增加，容易導(dǎo)致制動失靈和失控。同時，坑洞和凸起也會影響車輛的平穩(wěn)行駛，增加失控風(fēng)險。

2.2 坡段組成對貨車制動器溫度的影響

根據(jù)相關(guān)規(guī)范與論文研究，連續(xù)長大下坡路段需要在保證車輛安全行駛的前提下，盡可能提高交通運輸?shù)哪芰εc效率，然而汽車在長大下坡路段，需要人為不斷頻繁地使用制動器進行制動，由于摩擦產(chǎn)生的熱量無法有效散出，制動器的溫度會迅速升高，進而致使制動器因溫度過高而失效，給行車安全造成不必要的麻煩與風(fēng)險。因此在實際設(shè)計中，需要對線路進行更加合理的設(shè)計以規(guī)避帶來的危險。

2.3 坡段組成對貨車行駛狀態(tài)的影響

較陡的坡度會增加貨車制動器的使用頻率和時間，由于制動器摩擦產(chǎn)生的熱量無法有效散出，制動器溫度會迅速升高，給行車安全帶來潛在風(fēng)險。較小的曲線半徑會導(dǎo)致貨車在轉(zhuǎn)彎時需要更加頻繁地使用制動器，增加了制動器的使用次數(shù)和持續(xù)時間，從而使制動器溫度升高。此外，連續(xù)長大下坡路段的長度也會對貨車行駛狀態(tài)產(chǎn)生影響，較長的下坡路段需要貨車駕駛?cè)藛T持續(xù)使用制動器進行制動，這將使制動器溫度逐漸升高，貨車行駛狀態(tài)不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)制動失靈等安全問題。較低的路面摩擦系數(shù)會使貨車在制動時產(chǎn)生更大的摩擦力，進而增加制動器的磨損和溫度，給貨車行駛狀態(tài)帶來一定影響。因此，在連續(xù)長大下坡路段縱斷面指標(biāo)優(yōu)化研究中，需要充分考慮坡段的組成對貨車行駛狀態(tài)的影響，合理控制坡度的陡峭程度、選擇合適的曲線半徑、設(shè)置補償坡段或平坡段、提高路面的摩擦系數(shù)等，以確保貨車行駛安全、穩(wěn)定和可靠。

3 減速下坡車道實地試驗及分析

3.1 工程概況

該文選擇以湖南省長沙市某國道一段長大下坡路段為研究對象，該國道為雙向四車道的高速公路，全長約25 km，設(shè)計速度為120 km/h，路基寬度為26 m。由于該地區(qū)地處湖南省中部，地貌主要由侵蝕堆積河谷沖洪平原地貌和低山丘陵組成，總體呈東高西低趨勢，該路段地區(qū)最高海拔為3 100 m，平均坡度為11 °。

3.2 路面材料選擇實驗分析

車輛長時間的連續(xù)下坡行駛會對路面造成較大的磨損，因此路面材料的耐磨性能也是實驗分析的重點之一。選取一段道路，在道路上鋪裝試驗用的集料；針對不同大小的集料，車輛運行時應(yīng)至少三次不采用剎車制動，利用集料的減速效果進行減速；記錄其行車時的檔位情況、速度變化情況，并且丈量行車距離，通過計算得到集料的滾動阻力系數(shù)。通過模擬車輛在不同路面材料上的行駛情況，觀察路面磨損情況，評估路面材料的耐久性和使用壽命。通過實驗分析不同路面材料在濕潤條件下的摩擦系數(shù)和抗滑性能，評估其在陡坡路段的實際應(yīng)用效果。通過對不同材料的采購成本、施工成本以及維護成本的比較，結(jié)合其在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，綜合評估選擇最優(yōu)的路面材料。

3.3 減速下坡車道設(shè)置原則研究

減速下坡車道設(shè)置原則是指在高速公路連續(xù)長大下坡路段中，車道應(yīng)貼近正常車道，以便車輛能夠順利地從正常車道進入減速下坡車道。其長度應(yīng)根據(jù)下坡路段的坡度和長度確定，以確保車輛在行駛過程中有足夠的距離進行減速和剎車。減速下坡車道的寬度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，以保證車輛在減速過程中的穩(wěn)定性和安全性。

由圖4可以看出，隨著速度的增加，車輛距坡頂?shù)木嚯x下降得越緩慢。當(dāng)坡度相同時，速度越快，距離坡頂?shù)木嚯x越近。當(dāng)坡度為1 °時，速度提高了75%、距離減少了45%。當(dāng)速度相同時，隨著坡度的增加，曲線的曲率在增加，達到制動器衰退溫度260 ℃時車輛距坡頂?shù)木嚯x越小。由圖可知，當(dāng)考慮設(shè)置減速下坡位置時，應(yīng)隨著長大下坡道路坡度的增加縮短距坡頂?shù)木嚯x。

3.4 減速下坡車道設(shè)計施工及實施效果

在減速下坡車道的設(shè)計階段可采用線形優(yōu)化的理論和方法，確定減速下坡車道的長度、寬度和坡度等參數(shù)。設(shè)計時應(yīng)考慮不同車輛類型的需求，確保車輛能夠順利地減速和剎車，并提供足夠的空間和距離；應(yīng)采用合適的施工技術(shù)和材料，確保路面的平整度和抗滑性，以提高車輛的行駛安全性。在實施階段，通過對交通流量、車速、事故率等指標(biāo)的監(jiān)測和評估，該路段的事故發(fā)生率明顯降低，交通流暢度得以提高，并提升了駕駛員的行車體驗。

4 結(jié)論

該文針對高速公路連續(xù)長大下坡路段線形的優(yōu)化理論與方法進行研究，對每一項技術(shù)改進方案進行了詳細(xì)的理論分析和數(shù)值模擬，驗證和評估了各項技術(shù)方案的可行性和效果。主要得出以下結(jié)論：

（1）在減速下坡車道的施工過程中，應(yīng)合理確定減速下坡車道的長度、寬度和坡度，為車輛提供足夠的剎車空間和距離，降低事故風(fēng)險，提高交通安全。通過對交通流量、車速、事故率等指標(biāo)的監(jiān)測和評估，該研究提出的方案明顯降低了事故發(fā)生率，提高了交通流暢度，證明該減速下坡車道的設(shè)計和施工達到預(yù)期效果。

（2）根據(jù)試驗結(jié)果分析，當(dāng)坡度為1 °時，速度提高了75%、距離減少了45%。當(dāng)速度相同時，隨著坡度的增加，曲線的曲率在增加，達到制動器衰退溫度260 ℃時車輛距坡頂?shù)木嚯x越小。所以，當(dāng)考慮設(shè)置減速下坡位置時，應(yīng)隨著長大下坡道路坡度的增加縮短距坡頂?shù)木嚯x。

參考文獻

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