山区高速公路长大下坡设计思路探讨

贾金龙

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京　100097)



山区高速公路长大下坡设计思路探讨

贾金龙

(中国公路工程咨询集团有限公司，北京100097)

摘要:通过大货车升温模型，研究了连续制动对刹车毂安全性能的影响，确定了山区高速公路竖向设计的极限指标，并采用螺旋展线、横断面加宽及完善交通安全设施等多项措施，最大限度的减小长大下坡的安全隐患。

关键词:高速公路，长大下坡，温升模型，螺旋展线

1　长大下坡的定义及安全问题

高速公路连续下坡路段平均纵坡对应的坡长大于表1规定时为长大下坡路段。

表1　高速公路长大下坡路段的界定标准

连续长大下坡存在一定的安全隐患，根据我国连续下坡路段的事故调查结果统计，此类道路具有以下三方面共性特征:1)道路安全设施欠缺、转弯半径较小、弯视距不良等隐患增加了连续下坡的事故率。2)货场事故发生在连续下坡下半段的机率更大。3)我国大货车超载情况普遍，绝大多数长大下坡事故车辆为超载货运车辆。而货车制动失灵是主要事故原因。

2　长大下坡竖向技术指标分析

在传统的设计中，对于高差较大的道路设计中充分考虑汽车特别是重载货车的动力性，根据爬坡能力来选取各项指标，《公路路线设计规范》中关于坡长的规定也是基于货车爬坡行驶需要而制定的，相应的还有爬坡车道设置的规定。

货车爬坡是设计考虑的一个方面，爬坡快慢、爬坡车道的设置有可能影响道路的通行能力，服务水平，虽然有可能对交通事故率有一定影响，和下坡行驶难以控制速度而产生的道路事故率相比甚至可以忽略。

对于高差较大高速公路的设计，设计重点转移到对下降坡方向的研究，重点是保证下坡行驶车辆行车安全。我们研究的重点是车辆制动效能的恒定性，在长下坡道路行驶过程中，纵坡度对车辆制动影响最大。车辆势能逐渐转化为动能，不停刹车降速致使刹车片温度升高而失灵，最终酿成事故，必须找到合理的竖向设计，控制势能逐渐转化为动能的过程不致过快，使得刹车片温度虽升高但始终在安全范围内。

3　案例分析——以国道110北京段为例

3．1工程概况

国道110(北京昌平—延庆段)高速公路位于北京市延庆区和昌平区，该道路为北京市西北方向货运通道，重型货车较多，且超载严重。国道110山区段路线由延庆县莲花岭至昌平区德胜口，两侧均为高山，高差较大，自然坡降为3．83%，该道路设计速度80 km/h，山区段高差414 m，直线距离12．2 km，平均坡降3．4%。

3．2实验研究刹车温度变化分析

通过车辆实验研究代表车型的刹车片温度变化，得出刹车毂温升模型。分析方法为采用“货运车辆制动?温升模型”进行制动?在连续下坡运行过程的温度变化进行模拟，根据模拟结果对连续下坡安全性进行评估。

大货车在不同坡度、坡长行驶中的刹车片温度变化分析结果详见表2。

表2　警戒温度、危险温度坡长坡度对比表

根据如上实验研究，本项目需克服400 m左右的高差，当平均纵坡大于2．3%时，车辆未行驶到坡底部，刹车片温度升高至危险范围。因此，通过温升实验及相应分析，本项目平均纵坡需要小于2．3%。

3．3螺旋展线研究

1)路线敷设。受控于自然地形高差的限制，路线要达到19 km左右的长度，必须进行回头展线，如设计速度为80 km/h，“回头曲线”的半径及长度必须达到一定的长度，由于平面布置的限制，路线本身回头上下跨线，进行螺旋展线。在安全性设计指导下，由于高差及坡度的矛盾，这种展线方式在高速公路的布线设计中得到越来越广泛的应用。

2)螺旋展线实例。a．云南盐津县艾田乡境内的水(富)麻(柳湾)高速公路，通过老店子1，2号隧道上下跨线，进行螺旋展线。b．四川雅安至西昌高速公路通过拖乌山时，直线距离12．35 km，高差729 m，通过铁寨子1号隧道、干海子隧道螺旋展线。c．四川汶川—马尔康高速公路设置4 km螺旋隧道进行展线。d．四川雅安—康定高速公路设置4个4 km～1 km螺旋隧道进行展线。

3)本项目螺旋展线设计。本项目通过南台子隧道、黄花峪隧回旋，道路线进行螺旋展线，使整个路线长度达到19．6 km。具体螺旋展线部分技术指标:平面线形:卵形曲线，R795．7 m+R700 m R1 000 m;纵坡:1．0%，2．4%。a．展线长度。展线是为加长路线长度，需要足够的长度，保证路线平均纵坡在安全范围内。b．平曲线。螺旋展线通过隧道桥梁完成，平面布置曲线半径尽量舒展。

右转向的转弯隧道当R＞340 m时停车视距是可以保障的，左转向转弯隧道当R＞580 m时停车视距是可以保障的。

4)横断面安全分析。长大下坡路段设计中，横断面设计影响车辆行驶安全。横向宽度对车辆的安全是有一定影响的，特别是紧急停车带宽度，对大型车辆的停车和外侧行车道安全行车起很大作用。本项目采用分离式路基，行驶车辆主要是重型货车。国道110设计速度80 km/h，道路断面按此设计速度标准布置，考虑车型设计，左侧硬路肩宽度1．0 m，大于规定一般值;右侧硬路肩宽度采用3．5 m，也是主要考虑大型车辆停车时对行车的影响。

本项目货车比例达到100%，路侧停车的机率大于一般公路，这种现象对车辆运营影响很大。不但标准横断面布置很重要，根据地形在路肩以外适当位置填筑一些停车平台，也是于运营安全十分有利的布置。

5)交通安全设施分析。a．避险车道。根据公路路线设计规范，连续长陡下坡路段，危及运行安全处应设置避险车道。避险车道设置位置应选择在车辆容易出现刹车失灵路段。本项目采用“货运车辆制动?温升模型”进行制动?在连续下坡运行过程的温度变化进行模拟，从而得到刹车失灵路段位置，具有针对性的设置避险车道。b．停车降温区。因为刹车温度高造成刹车失灵，所以发生危险前，停车检查、降温是非常必要的。国内外均有此案例，如:在美国，坡顶设置刹车检查站已经作为连续下坡有效的安全措施写入了国家道路设计标准，即绿皮书《公路与城市道路几何设计》。澳大利亚、加拿大通过法律强制货车进入刹车检查站接受检查;澳大利亚刹车检查站为使驾驶员更情愿使用，提供洗浴、休息床位等免费服务。因此，本项目为解决长大下坡段车辆刹车降温，可以布置两处停车降温区。c．交通工程。通过交通工程手段提高驾驶员的心理重视程度，有助于减少事故的发生。针对速度过高引起的事故，设置减速标志和采取减速措施，加入警告、禁止等标志或设施也是必要的。常规的标志、标牌、标线、诱导设施等更是必不可少的。

针对连续长大下坡道路，以车辆运行安全为指导思想，竖向设计先于平面线位布置，以平纵等设计指标控制运行速度，是山区长大下坡道路设计思路的一种探讨。

参考文献:

［1］JTG D20—2006，公路路线设计规范［S］．

［2］JTG B01—2003，公路工程技术标准［S］．

［3］美国各州公路与运输工作者协会．公路与城市道路几何设计［M］．交通部第一公路勘察设计院，译．西安:西北工业大学出版社，1988:86-208，390-392．

［4］ 任福田，徐吉谦，朱长仁，等．交通工程学导论［M］．北京:中国建筑工业出版社，1987:10-35，196-212．

［5］ 潘兵宏，杨少伟，赵一飞．山区高速公路长大下坡路段界定标准研究［J］．中外公路，2009(6):6-10．

中图分类号:U412

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0146-02

收稿日期:2016-04-06

作者简介:贾金龙(1978-)，男，工程师曲线半径应保证在一般最小半径左右。c．视距。对于V=80 km/h的道路隧道右转半径R＞338．8 m(停车带宽度3．5 m，纵坡小于3%)，横向净宽度可满足视距要求。

Inquiry on long and steep downgrade design concept of mountainous highway

Jia Jinlong
(China Highway Engineering Consulting Group Co．，Ltd，Beijing 100097，China)

Abstract:Through large truck temperature raise model，the paper studies the impact of continuous braking upon brake hub security performance，determines vertical design limit index of mountainous highway，and applies spiral extension line，horizontal section widening and improving traffic safety equipment and other measures，so as to reduce long and steep downgrade safety hazards as much as possible．

Key words:highway，long and steep downgrade，temperature rise model，spiral extension line