避险车道范文（精选7篇）
避险车道 第1篇
1 避险车道的发展
避险车道最早起源于美国,在20世纪50年代,人们发现失控车辆经常冲出道路停在路边废料堆上,或者冲到山上用于运滚木的旧路上,由此道路工程技术人员受到启发,第一条避险车道在美国加利福尼亚诞生。
避险车道作为提高交通安全的一种道路设计措施已经在美国得到广泛的应用。目前国内外的学者对于避险车道的设计进行了大量的研究,取得了一些研究成果,国外的研究和应用表明避险车道对于降低事故率起到重要的作用。国内对于避险车道的研究还比较少,暂时还处于研究和应用的初级阶段。我国在一部分高速公路上修建了少量的避险车道,但是设计和起到的效果还有待于进一步研究总结。而我国山区道路线形受到限制、事故率高,因此我们有必要对避险车道进行进一步研究,以此来提高道路交通安全性能。
国内的避险车道起步较晚,相关的研究很少,相应的规范或指南还不完善。目前,我国避险车道设置在线形、材料、减振等附属设施方面还存在一些问题,给使用避险车道的司机和车辆带来了事故隐患。
2 避险车道的作用
当受地形条件限制,平均纵坡无法满足要求时,容易造成下坡车辆制动失灵等严重安全事故,避险车道是专为失控车辆紧急避险而设置的休止车道,也是不得已而为之的被动应急措施。避险车道一般为上坡断头路,表面为铺满砂或砾石的制动层。设置避险车道的原理是把失控车辆的动能转化为重力势能和抵抗路面摩擦的能量,从而使车辆停下来,因此制动层的目的是增加大型车辆的滚动摩擦阻力,最终帮助车辆停下来,而且这种增加的滚动摩擦阻力还能阻止大型车在停车后向后翻转。如果没有砂或者砾石层,避险车道必须设得更长或坡度更大,在特定的情况下,避险车道也可以是平坡或下坡车道。
避险车道应具有两个作用:1)使失控车辆从主线中分流,避免对主线车辆的干扰;2)失控车辆在避险车道上,在安全的减速度下平稳地停车,不应出现人员受伤、车辆严重损坏的现象。
我国避险车道大都能起到使失控车辆从主线分流的作用,保证了主线其他车辆的安全;但是并没有保证驶入避险车道驾驶员的安全,从刮蹭、货物散落等轻微事故到驾驶员致残或死亡等严重事故都有发生。这与车辆超速、超载等因素有很大的关系,但也和设计中没有正确选用避险车道设计参数有着密切的关系。
3 避险车道的设置
一条完善的避险车道应当由避险车道引道、避险车道、服务车道,以及标志标线、减速路面、路侧护栏、端部抗撞设施、施救设施等附属设施组成。
避险车道一般设置在长陡下坡路段右侧的视距良好路段,主线应设置醒目标志,应避免由于视距不良导致驾驶人未发现或来不及操作而错过避险车道;一般设置在车辆不能安全转弯的主线平曲线之前和人口稠密区之前;避险车道入口应尽量布置在平面指标较高路段,并尽量以切线方式从主线切出,确保失控车辆安全、顺利驶入。进入避险车道的驶入角不应过大,以避免引起侧翻。
避险车道是为失控车辆设计的,因此它的平面线形应是直线,我国某些山区公路的避险车道采用小半径曲线,设计人员有可能参照出口匝道设计的线形,失控车辆是不能适应曲线线形的,在这种线形条件下,车辆有可能沿着曲线切线方向冲出避险车道,造成翻车事故。
避险车道还应重视引道的设计。在我国,引道很少引起设计人员的重视,我国的一些避险车道甚至没有设置引道。在美国20世纪80年代,关于引道的研究也很少,但是随着道路工程技术人员对避险车道不断深入的研究,引道的作用渐渐引起了研究者的重视。引道起着连接主线与避险车道的作用,可以给失控车辆驾驶员提供充分的反应时间、足够的空间沿引道安全地驶入避险车道,减少因车辆失控给驾驶员带来的极度恐惧,而不致失去正常的判断能力。引道的设置,应保证准备使用避险车道的驾驶员在引道的起点清晰地看到避险车道的全部线形,时隐时现的避险车道会给驾驶员不安全的感觉,往往会使驾驶员避开避险车道,而遗憾地错过一次救生的机会。
避险车道长度不足,车辆超越避险车道造成翻越落入山崖,或撞至避险车道端部,导致车毁人亡的事故也是我国避险车道在应用中的问题之一。在此状况下,公路管理者最常采用的措施就是加长避险车道。实质上解决此问题的方法不止这一种,增加避险车道坡度、更换砂床材料也是可行的。
避险车道的设置还需综合考虑周围环境的影响,主要结合地形和废方处理等,尽量减少填挖的工程量。由于地形的原因,避险车道不能达到要求的长度时,可以在端部设置减振设施,如将集料堆在避险车道的端部或在端部设置防撞砂桶。但值得强调的是设置减振设施存在着很大的弊端,在末端设置防撞消能设施而减少避险车道的长度,从而节省造价的做法是不值得提倡的。根据国内外的经验,设置与避险车道对应的标志、服务设施可更有效地预防并减少失控车辆事故的发生。
4结语
在避险车道设置中应注意几点:1)合理选择制动层的厚度,有效减小避险车道长度,节约工程造价,并保证失控车辆能安全停车。2)当避险车道的长度要求无法满足时,可以设置护堤和防撞桶。3)避险车道应是一条保持与下坡道路方向一致的无转弯道路,与下坡道路保持最小的偏离角度,同时要保证避险车道上铺装的砂砾不会弥漫到正常行驶车道上,以免影响道路上正常行驶的车辆。4)道路上必须有足够和明显的标志,禁止正常行驶车辆临时使用避险车道停车。避险车道任何时候都有可能有失控车辆冲上来,因此在避险车道上停车是十分危险的,很容易导致碰撞事故的发生。因此在道路上要设置明显的标志和警示牌,提醒司机不要在避险车道及引道上停车。5)从服务车道移走出事的车辆必须很方便。失控车辆冲上避险车道后,工作人员应该尽快把车辆移走。如前所述,随时会有车辆冲到避险车道上,因此留在车道上的车辆很危险。这就要求修建避险车道时,应充分考虑如何安全、迅速地移走出事车辆,这对于司机和车辆的安全很重要。
参考文献
[1]JTG B01-2003,公路工程技术标准[S].
对避险车道事故的探析 第2篇
近年来, 避险车道在我国公路建设中已大量修建, 但由于至今避险车道仍处在探究中, 还没有针对避险车道的设计标准和规范, 因此, 修建起来的避险车道 (目前主要是制动砂床型) 在失控车辆冲上后, 事故仍频繁发生。比如:车辆与避险车道上护栏刮擦、冲撞;车辆侧翻、前轴折断、冲撞端头防撞墙, 甚至冲出避险车道等。2013年8月10日, 我省道坪曲线翼城境内一大型货车就冲出了避险车道。此之前该避险车道也曾不时发生刮擦、侧翻等事故。现笔者就结合此避险车道对在避险车道上常发生的事故进行分析。
1 此避险车道概述
省道坪曲线 (S331) 属二级公路, 在翼城境内全长44.5 km, 其中属山岭重丘路段的有25.1 km, 平均纵坡3.2%。根据事故频率法在其一处设置了避险车道 (见图1) , 该避险车道全长110 m, 其引道55 m, 制动坡床50 m (包括厚度过渡段30 m) , 砂袋型的强制减弱装置5 m (高1.2 m) ;引道坡度与主线坡度相同为-5%, 制动坡度+15%;制动坡床材料采用了当地一种耐火球 (直径为6 cm~7 cm, 密度1.70 g/cm3~2.05 g/cm3) , 铺筑厚度60 cm;该避险车道与主线偏角为11°34'44″。
2 发生车辆刮擦、冲撞护栏、侧翻事故的主要原因
2.1 避险车道的偏角过大
当避险车道偏离主线较大角度时, 据车辆方向盘与方向轮转向角度一般为14∶1, 使得车辆进入避险车道需很大转向, 而且对于已经失控车辆速度较高, 致使驾驶员在方向上很难操控, 从而不能安全驶入以致发生刮擦、冲撞护栏及侧翻事故 (见图2) 。避险车道偏角的调查资料见表1。
这些避险车道在使用中均有很多刮擦和冲撞的痕迹。省道坪曲线避险车道的偏角为11°34'44″, 也正是其中一例。因此考虑车辆和司机的因素, 据实际经验避险车道的偏角不应大于10°, 取3°~8°比较合适, 也不能太小, 太小将不能与主线分开, 影响主线行驶车辆。
2.2 引道长度不足
引道的长度应能够提供给驾驶员足够的空间来操纵失控车辆, 使其能及时反应, 并沿正确的方向以直线顺利进入制动床内部, 否则将发生刮擦相撞等。所以引道的最小长度应根据驾驶员的视觉及心理反应来确定。据实际经验, 驾驶员从看见引道到做出判断并采取行动的时间约需3 s, 那么首先要预测车辆的失控速度。比如, 省道坪曲线 (山岭重丘段) 的设计速度为40 km/h, 则预测其进入避险车道时的失控速度为60 km/h, 则其引道最小长度应为50 m, 因此预测失控车辆的最大速度就非常重要了。据有关资料, 建议不同等级公路货车的驶入速度可参考表2。
2.3 制动坡床的起点铺筑不当
当制动坡床起点与迎面而来的失控车辆的前轴不平行时, 前轴的两轮就不能同时进入制动坡床, 不能同时受阻, 致使两轮受力不均而导致车辆侧翻。因此其起点铺筑应与纵向垂直, 呈方形, 不可斜交, 制动集料应规整划一, 不可散落。
2.4 制动坡床内有积水、冰冻及其他固体污染物
当坡床内存有积水或冰冻时, 将使局部坡床材料的摩阻系数明显降低, 尤其是遇到冰冻结块, 从而使冲上制动床的车辆左、右侧轮受阻不均而侧翻;同样, 当车辆遇到坡床内的固体污染物, 即产生行车障碍, 亦使车辆轮载分布不均, 导致车辆失衡而发生绊倒的侧翻事故。因此, 坡床排水是至关重要的, 而且由于水的存在, 更易使一些风尘、细料、杂物粘结成体, 形成污染物, 尤其在山区当天气转暖的时候, 基底的水会产生反渗透力, 产生管涌现象, 以致将泥土中的细料渗透到坡床材料内从而填实材料, 亦造成污染。为此, 可考虑在坡床材料底部铺设防渗土工布或封层, 设置横向排水管、纵向盲沟以及在两侧设置排水沟等。另外, 避险车道作为公路的一部分, 应加强对其日常管理以及养护, 比如时常翻动材料、及时清理污染物、清除车辆货物散落等等各种障碍, 必要时还可以采取清理坡床、更换坡床材料, 进而采取定期与不定期的检查以确保避险车道处于良好的技术状态。我省道坪曲线避险车道致使车辆侧翻时有发生就与养护管理不善有着不可推卸的责任。
2.5 制动材料铺设不均匀
当坡床内制动材料铺设不均时, 车轮沉陷程度就不同, 车辆重心就会偏移, 车身则可能侧倾, 从而最终也将导致车辆侧翻。
2.6 避险车道的线形成曲线
车辆驶入避险车道时会有较高的速度, 如果不是直线, 会使失控车辆产生较大的向心力, 以致可能冲出避险车道而造成车辆侧翻事故。
3 车辆前轴折断、人员伤亡的主要原因
3.1 在末端设置防撞效能设施替代制动坡床长度
当失控车辆冲上长度短的制动坡床后, 还未能将失控时的速度减降下来就冲撞到了防撞消能设施, 致使车辆前轴猛然硬性受阻进入高阻力状态, 从而使前轴发生折断, 以致车辆底盘迅速停止, 车厢、货物以及挂车在惯性作用下亦与后轮分离, 并且继续前冲, 对驾驶室挤压或剪切进而造成人员伤亡。
3.2 制动坡床集料铺设未设由薄至厚的过渡段
此同样将使失控的高速车辆骤然受阻, 使车轮、车厢上下受力不平衡, 造成人员伤亡事故。因此制动坡床集料铺设一般应设30 m~60 m长由10 cm至全厚度的过渡段, 使深度变化平缓, 避免受力大幅度的跳跃及落差。
4 车辆产生倾覆、倒溜的原因
车辆在制动坡床上行驶的受力图如图3所示 (忽略空气的阻力) 。
其中, G为车辆总重力;α为坡度倾角;H为重心高度;Z1, Z2分别为作用在前、后轮上的法向反作用力;X1, X2分别为作用在前、后轮上的切向反作用力;L1, L2分别为车轮重心到前、后轴的距离;O1, O2分别为前、后轮与路面接触点。
4.1 车辆产生倾覆的临界状态
Z1=0, 车辆绕O2发生倾覆, 因此对O2点取矩, 则:
当坡度时, 车辆可能产生纵向倾覆。
据实际, L2/H一般接近1, 所以只要α<45°, 倾覆就不可能发生。
4.2 车辆产生倒溜的临界状态
则:tgα=μ, 即坡度i=tgα=μ。
当坡度i≥μ时, 车辆可能产生纵向倒溜。
5 车辆冲出避险车道的原因
5.1 制动坡床的长度不足
根据能量守恒定律, (其中, v0为进入制动坡床时的速度;μ为材料摩阻系数;α为制动坡床的坡度角) 。
从上式可以看出, 若实际v0比设计预测高时, 则L不足, 使实际车辆冲出避险车道;同时若实际制动坡床材料μ、坡度角α比设计小时, 则L亦将不足。
1) 预测最大失控速度 (可参考表2) 。
2) 制动坡床的坡度角。根据能量守恒:制动坡度大, 势能增大, 失控车辆动能减小, 制动就易。因此当制动坡床的长度受到地理空间或其他限制时, 通过增大坡度即可弥补其长度不足。然而由4.1可知, 坡度角必须满足α<45°, 即失控车辆不产生倾覆的情况。但在实际中, 坡度很大时将对司机产生很大恐惧心理而不敢进入, 并且坡度很大时, 与主线形成很大的高差, 且使避险车道端头人为造成很高的悬崖, 不但与其周围环境不适, 而且也会给端头的挡墙带来施工困难, 所以一般取坡度角不大于15°, 即坡度最大为25%;同时可将端头设置成锥坡形, 并采取种植树木、灌木等给予遮挡, 这样还可降低其危险性。但是, 当取较大的适宜坡度使车辆停止时, 其坡度i可能会大于μ, 据4.2将会产生倒溜;因此可在失控车辆速度减至0前更换坡度i (使坡度i<μ) , 这样既可缩短制动长度, 又不会使车辆产生倾覆、倒溜;同时, 坡度i变小, 将使制动坡床形成竖向凸曲线, 据动力学原理, 增加了离心力, 随之亦增大了坡面压力, 亦即增大了对车辆的摩阻力, 从而使失控车辆更易制动。
3) 制动坡床的材料 (μ) 选择。据许多学者实验研究表明, 制动坡床材料 (μ) 的影响因素是十分复杂的, 它与车速、接触压力、材料级配、含水量、冰冻情况、平整度、压实度、成圆率等因素有关;也与材料铺筑厚度及其比重有关。因此目前只是通过实地试验来确定。
福建省漳龙高速实车足尺试验得到的结论是:a.车辆质量对平均摩阻系数的影响很小, 可忽略不计;b.随着驶入速度的增大, 平均摩阻系数逐渐增大;c.车轮陷入越深, 平均摩阻系数越大;d.与平坡相比, 一定长度上坡路段的存在, 提高了其平均摩阻系数。因此, 根据以上结论, 我们可以选用不同材料、不同坡度、不同车速等固定条件做试验, 定量地得出对应条件的对应摩阻系数并制成表以供 (较准确) 参考。比如据漳龙高速实车足尺试验及数据表见表3。
由表3可得出表4:为保守计算, 我们应参考最低值。
因此, 材料没经过试验, 最好不要换用。在《公路安全设计指南》中提到的砂的摩阻系数为0.15, 豆砾石为0.25, 这可参考 (不太准确) , 若车辆驶入速度、坡度及厚度不同时, 它将发生变化。
我省道坪曲线避险车道设计制动材料为豆砾石, 实际却采用了耐火球, 这种耐火球成圆率固然很好, 但其比重测得为1.7 g/cm3~2.05 g/cm3, 而砾石、碎石比重在2.6 g/cm3~3.7 g/cm3之间, 因此将影响其摩阻系数。所以与冲出避险车道事故存有一定原因。当然, 该制动坡床总长度50 m, 其中30 m长厚度过渡段与全厚60 cm的制动效果亦不同, 为保守起见可折半计15 m长, 则有效长度为35 m;而据5.1中公式L最小=35.83 m (预测进入避险车道速度为60 km/h) , 长度略有不足, 因此冲出避险车道事故是可料想到的。
5.2 制动坡床末端未设置消能设施
当制动坡床的长度、坡度及制动材料都已按照预估的最大失控车速进行了计算采用后, 但车辆冲出事故未必杜绝, 为此在其末端应再设置安全保护系统, 如砂袋或废旧轮胎等消能设施。
6 结语
避险车道上的事故发生多与许多不确定因素有关, 如失控车速、摩阻系数等, 为使事故尽少发生, 除上述提到的外, 还应采用最保守的方法, 如:预估失控车速尽量大、摩阻系数取值尽量小、制动长度尽量长、坡度尽量大等许可条件;同时, 随着避险车道广泛应用, 我们要不断地总结, 为探究建设避险车道提供可用资料。
参考文献
[1]肖志军.避险车道设计与应用研究[D].上海:同济大学交通运输工程学院, 2008.
[2]张文, 陈竞飞.广梧高速公路长陡下坡路段避险车道设计[J].公路交通科技, 2010 (11) :36.
[3]周应新.避险车道设计概要[J].公路, 2010 (5) :35-37.
[4]陈渤.山区高速公路长大下坡路段避险车道设计方法与研究[D].成都:西南交通大学, 2004.
探索山区高速公路避险车道设计 第3篇
关键词：高速公路,避险车道,设计,选择
1 避险车道设计
1.1 避险车道位置的选择
(1) 连续下坡或陡坡路段小半径曲线前方:连续下坡路段或陡坡路段与小半径曲线相接处是事故多发点, 在车辆驶入小半径曲线前, 宜沿曲线切线设置避险车道。
(2) 连续长下坡的下半部:从驾驶员行车心理角度, 驾驶员更易接受长坡路段下半段使用避险车道。运营道路避险车道的位置确定是以事故统计数据为依据, 再结合地形地势条件确定。经实践证明, 无论是工程经验法还是事故频率法都存在弊端。工程经验法只能通过感性认识指出某一路段为危险路段, 是一种主观性较强的方法, 缺少科学性。而事故频率法是在多起事故发生后, 根据事故多发点来确定避险车道的位置, 其位置的确定是以生命和财产为代价, 是一种事后补救方法, 该法不易推荐。
1.2 避险车道的线形
(1) 根据避险车道的平面线形应是直线或大半径曲线的理论, 避险车道从主线分离时平面线形设计有如下原则。
(1) 从主线分离时的驶出角应尽可能小, 使失控车辆更容易驶入避险车道。根据相关资料, 驶出角应小于10°, 一般以5°以下为宜;如果用地受限制, 可以做成与主线平行, 但在主线与避险车道间应设置防护设施, 避免对主线车辆造成干扰。
(2) 避险车道平面设计线为制动坡床的中线, 从主线外侧行车道流出。
(3) 当主线为直线或不设超高大半径曲线时, 避险车道以5°左右驶出角从主线分离;当主线为左转曲线时, 避险车道一般沿着主线曲线切线方向从主线分离;当主线为右转曲线时, 避险车道应以小于10°的驶出角从主线分离。
(4) 避险车道不宜设在大型构造物附近, 如桥梁、隧道、分离式立交桥、服务区等。
(2) 避险车道的纵面线形也应是直线, 避险车道与主线变坡处用竖曲线连接。避险车道的纵面线形设计原则如下:
(1) 驶出点一般设在连续下坡的缓坡段 (小于3%) , 不应设在连续下坡的陡坡段;
(2) 避险车道不宜设在坡底, 一般设在坡长的2/3~3/4处, 但在长下坡路段, 在下坡3km附近开始设置避险车道, 并可利用地形设置多处避险车道;
(3) 避险车道的纵坡应与制动坡床相同, 一般为10%~20%, 竖曲线半径不受控制。
1.3 避险车道的长度
(1) 驶入避险车道的速度。驶入避险车道的车速是避险车道长度的主要影响因素。AASHTO的“绿皮书”指出:避险车道的设计车速最小值为128.7km/h或144.8km/h为宜。美国爱达荷州运输部根据结合能量积累的过程进行迭代计算, 从而得到避险车道上任一点处车速。在进行避险车道设置地点选择时, 可以用于驶入避险车道的车辆驶入车速。
式中:V为在距离为L处的速度, mile/h;V0为在起点处的速度, mile/h;H为相应于距离为L处的竖向距离, ft;L为依据里程桩计算的坡度长度, ft;K为路面磨擦系数;Vm为速度V和V0的平均值;F为车辆前身的面积, ft2;Vn2为V2和V02的平均值;W为车重, lb (1mile=1.609344km, 1ft=0.3048m, 1lb=0.4536kg, 下同) 。
(2) 避险车道的长度
由于设置避险车道的原理是把失控车辆的动能转化为重力势能和抵抗路面摩擦的能量, 所以根据能量守衡定律得:
由于I比较小, sin I=I, cos I=1, 因此可将式简化为下式:
式中:L为避险车道的长度, m;v为进入避险车道时车辆的速度, km/h;R为滚动阻力系数;I为避险车道坡度值, %;g为重力加速度 (9.8kg/s2) ;m为车辆的重量, kg。
当避险车道为非单一纵坡时, 第一个坡度末端的车速vf即为下一坡度路段的初始速度, 公式如下:
式中:L1为第一段下坡路段的长度, m;v为进入速度, km/h;I1为第一段下坡路段的坡度, %。
1.4 避险车道的材料
避险车道坡度与材料的选用应满足减速率0.2~0.5g的要求, 根据动力学理论, 0.2≤R±I≤0.5。式中:I为避险车道坡度, %;R为滚动阻力系数。
目前避险车道大都采用滚动阻力系数较大的材料, 优点是可有效地减小坡度、长度, 节约造价。但缺点是会使失控车辆突然进入高阻力状态, 过大的阻力导致车辆底盘迅速停止, 车厢及内装货物在惯性的作用下前冲, 对驾驶室挤压或剪切造成人员伤亡。因此, 避险车道段落内材料的消能作用应从弱到强, 使失控车辆对减速度有个适应的缓冲过程。
不同的消能材料如砾石和粗砂, 宜进行筛分处理, 粒径尽量等同, 这样可使之长期处于松散状态, 不致形成大小嵌锁, 防止日久结成板块而起不到消能作用。根据美国资料研究, 好的砂床材料应是圆形, 在车轮的碾压下上下砂砾通过相互的滚动、置换, 使车辆更容易陷入。最理想的砂砾粒径应在0.5英寸 (1.27cm) 左右, 最小在0.25英寸 (0.63cm) , 最大在1.5英寸 (3.81cm) 。这样粒径的砂砾具有较高的滚动阻力系数。
制动砂床的深度是保证材料完全发挥其滚动阻力的必要条件。制动砂床的材料深度不应小于46cm, 深度范围一般在46~76cm。为了使车辆更容易驶入, 沿着避险车道入口至前方30m处, 材料的深度应由浅至深过渡, 由7cm过渡至正常深度 (46~76cm) 。
1.5 避险车道的宽度
避险车道的宽度应保证能使一辆以上的车辆进入。在短时间内有两辆或更多车进入避险车道的情况不常见, 对于某些地区, 避险车道的最小宽度应满足7.9m的要求。当然避险车道的宽度越宽越好, 但在考虑安全要求的同时, 应考虑其经济性及实用性。如果需要停放两辆或更多车辆时, 避险车道的宽度为9.2~12.2m时可能会更好。但同时允许两辆或更多车辆在短时间内相继进入避险车道, 如附属设施、引导设施设置不完备, 而此时驶入车辆的司机往往又处于高度紧张慌乱之中, 车辆在失控状态下极易造成二次事故。因此, 建议只考虑按一辆货车驶入避险车道的情形来确定避险车道的宽度。假使存在需要停放两辆或更多车辆的情况, 推荐在附近另设一处避险车道的方案。
1.6 避险车道的引道设计
引道是避险车道的重要组成部分, 起着连接主线和避险车道的作用, 可以使失控车辆驾驶员以充分的反应时间和空间沿引道安全地驶入避险车道, 据美国的研究:避险车道引道的长度不应小于310m。引道的起点应处于良好的视觉通视区, 保证驾驶员在起点处能清晰地看到避险车道的全部线形;引道的终点宜设置在避险车道入口的后面, 使避险车道与主线分隔开并保持一定距离, 保证失控车辆进入避险车道后不会有石子蹦到车道外部, 特别是主线车道上, 而干扰正常行驶的车辆。另外, 引道的终点应设计成方形。其原因是保证失控车辆前轴两轮同时进入避险车道, 保持同样的减速度, 否则会造成车辆前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻, 在避险车道入口即发生事故。
1.7 避险车道的服务车道和地锚
流动阻力的特性对于载重汽车来讲是安全的, 但对于车辆驶离避险车道来说又成了障碍。因此, 设计紧急避险车道时, 要考虑到救援车辆拖车时的服务需求, 需进行服务车道和地锚的设计。辅助车道是供救援车辆牵引货车时使用的, 地锚是货车离开避险车道的辅助设施。美国“运输工程师协会”指出:如果在紧急避险车道设计辅助车道, 设计者还需要其相应的交通组织设计, 即通过相应的交通标识设计, 确保使用紧急避险车道的驾驶员能够区分避险车道与服务车道, 尤其要注意夜间使用紧急避险车道时的安全保障设计。
1.8 避险车道的末端设计
受地形影响避险车道达不到要求的长度时, 可以在端部设置减振 (防撞、消能) 设施, 如在避险车道的端部设置集料堆或防撞砂桶。需注意的是, 防撞消能设施的设置存在着两方面的危险:首先是产生严重的水平减速度和突然的垂直加速度, 容易造成驾驶员、车辆、财产受损;第二是车辆的前轴受力并不能将减速度等效的传递到车辆的后轴, 容易引起车辆的受力不平衡, 导致货物散落、后轮分离和挂车向前倾覆。因此, 为了减少避险车道的长度以节省造价而在避险车道末端设置防撞消能设施的做法不宜提倡。
2 结束语
目前, 国内货运交通超速、超载严重, 山区公路存在长、陡下坡路段等不利安全运营因素较多, 由此引起的交通事故率居高不下, 不论是在建公路还是已建运营公路, 合理设置必要的避险车道, 对减少载重汽车的失控事故率, 减少人员伤亡和财产损失有着尤为重要的现实意义, 更充分体现了公路建设中“以人为本”、“以车为本”和宽容性的设计理念。
参考文献
[1]公路路线设计规范 (JTG D20-2006) [S].
[2]交通部公路司.公路设计指南 (2005) 版新理念[M].北京:人民交通出版社, 2005.
[3]贺玉龙, 孙小端.紧急避险车道在美国山区公路上的应用.[J]交通运输工程与信息学报, 2005, (9) .
西藏山区某公路避险车道设计研究 第4篇
我国地势西高东低，山地、高原和丘陵约占全国土地总面积的三分之二，特别是中西部地区地理位置特殊，地形特点是高原、重丘和山岭区较多，地势落差大，再加上建设资金的限制，所以在中西部存在较多技术等级低，施工质量差，安全设施少，坡陡且长的公路。车辆在这些连续长大下坡路段上行驶，因为长时间使用行车制动，使得制动器温度急剧上升，制动“热衰退”现象突出，严重时车辆制动能力完全丧失，以致重特大事故经常发生。
避险车道是设置在连续长大下坡路段一侧的、通过把失控车辆分离出主线交通流，并利用重力减速度和滚动阻力的方法来消散其能量，进而控制失控车辆的特殊设施。一条完善的避险车道应当由避险车道引道、避险车道、服务车道及其它辅助设施组成。
2 失控车辆受力分析
汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服空气阻力、滚动阻力、坡度阻力及惯性阻力。
2.1 空气阻力
为简化计算，不考虑空气阻力产生的侧向力、纵摆力矩、横摆力矩、摇摆力矩对车辆纵向行驶的影响。由于风速、风向的不确定性及风速与车辆行驶速度相比较小，对纵向行驶的车辆，其气流的速度按车辆行驶速度计，流入角按最不利情况0°计；空气密度?的气温T取15°，气压的影响用海拔修正系数考虑，则空气阻力可表示为：
式中，Cfz为空气阻力系数；ξ为海拔修正系数，大气压强与标准大气压强之比；H为海拔高度,m;V为车辆行驶速度,k m/h;A为汽车横向正截面积,m2。
2.2 滚动阻力
在正常的道路行驶条件下，不考虑车辆的穿水阻力、轴承摩擦力，前轮前束阻力按滚动阻力的50%计，取cosα≈1，其中，滚动阻力系数为f，汽车重量为G，则车轮的滚动阻力为：
2.3 坡度阻力
设坡度为p（坡度角为α），则坡度阻力Fs为：
由于道路纵坡一般较小，故有tanα≈p,cosα≈1，则坡度阻力可简化为：
2.4 惯性阻力
根据车辆运动方程，汽车做加（减）速运动时，作用于车轮上的阻力矩阵转换为加（减）速的阻力为：
2.5车辆行驶阻力及运动方程
由以上论述可知，车辆行驶的阻力由空气阻力、滚动阻力、坡度阻力、惯性阻力四部分组成，其值为：
若车辆的牵引力用Ft表示，则车辆的运动方程可表示为：
根据以上分析，车辆行驶的阻力跟车辆运行的速度平方成正比，与车辆的重量、车辆的截面积、下坡的坡度及车辆本身的阻力有较大关系。
3 避险车道设计研究
3.1 避险车道长度设计
避险车道应有足够的长度，以满足驶入的车辆能在避险车道内安全的停住。
避险车道的长度由三段组成：引道（L0）、一般减速段（L1）和强制减速段（L2）。引道是指从渐变段止点到一般减速段起点的长度；一般减速段是指从避险车道的全宽处至避险车道减速路面起点处的长度；强制减速段是指从避险车道减速路面起点处至避险车道终点的长度。
引道的设置应保证失控车辆的驾驶员在引道的起点就能清晰的看到避险车道的全部线形，增加驾驶员使用避险车道的安全感。引道的长度由以下几方面因素确定：渐变段长度和主线与避险车道的竖曲线长度以及地形因素。根据美国多年的研究，避险车道引道的长度不应小于310m。
一般减速段设计成上坡，其长度与纵坡坡度和车辆驶入速度有关。车辆减速上坡行驶符合下式：
则：
式中，M为汽车质量,kg;G为重力加速度,m/s2;A为汽车加速度,m/s2;F为滚动阻力系数；θ为车道与水平面的夹角（纵坡度）；K为空气阻力系数；A为汽车迎风面积,m2;V为汽车进入避险车道一般减速段时的速度,km/h。
在实际工程设计中，为保证制动失效的车辆在进入强制减速段时，车速不至过高，尽量避免人员伤亡和降低车辆损失，我们可先设定车辆进入强制减速段的速度V1。根据有关实验和调查，一般情况下载重货车以60km/h至80km/h驶入松散状碎石减速路面时，车辆无大的损失。所以可取V1=60km/h～80km/h。再按下式计算车辆在一般减速段内需行驶的时间t。
这样就可得到一般减速段长度L1的计算式：
整理得：
强制减速段的功能是使已初步减速的车辆在摩擦系数较大的散粒材料做成减速路面上行驶，通过散粒材料的摩阻力（阻尼）作功吸收车辆的动能，在较短的距离内使车速很快减下来，安全停车。
强制减速段一般设计成平坡或一定的上坡，其长度与散粒材料的摩阻力和纵坡坡度以及车辆驶入速度有关。车辆进入强制减速段后，符合下式。
式中，V1为汽车进入强制减速段时的速度，m/s;f为强制减速段阻尼系数；L2为强制减速段长度，m;i为强制减速段纵坡度。
根据上式并加l得强制减速段长度L2计算式：
式中，l为一般减速路面过渡到强制减速路面的渐变段，一般取30m。
则，避险车道总长度计算式为式
3.2 避险车道纵坡设计
为让失控车辆尽快减速，避险车道纵坡一般应设计成上坡。一般减速段和强制减速段可设计成同一坡度也可设计成不同坡度的两个坡段。一般减速段纵坡应设计得较陡，使高速驶入的车辆在较大上坡的作用下，尽快降低车速，达到进入强制减速段的安全车速。强制减速段主要是由散粒路面的摩阻力（阻尼）作功吸收车辆的动能，在较短的距离内使车速很快减下来，直到安全停车，所以其纵坡一般设计成平坡或较缓的上坡。
避险车道的纵坡设计可参照《公路路线设计规范》第11.3.4条匝道的纵面线形设计的有关规定。由于避险车道的功能是使制动失效的车辆尽快停下来，它与匝道的功能截然相反，所以纵坡度选用时可大于规范的规定。
3.3 避险车道设计图(见图1)
4 结语
随着西部山区公路的建设，长、大纵坡路段不可避免，一般载重车辆行驶在长、大纵坡下坡路段时，车辆易出现制动失效的情况，极易出现安全事故。本文通过对一些易发生汽车制动失效的长大下坡路段的分析，探讨了车辆在长大下坡路段制动失效的原因和规律，据此对避险车道的长度、坡度设计进行了讨论。
摘要：由于地形和经济条件的限制,山区公路不可避免连续长大下坡路段。为改善西藏山区公路连续长大下坡路段的交通安全状况,避险车道是目前解决连续长大下坡路段交通安全问题最为有效的工程措施。论文通过对载重汽车失控时受力分析,探讨车辆在长大下坡路段制动失效的原因和规律;据此对避险车道的长度、坡度设计进行了讨论。
关键词：山区公路,长大下坡,避险车道,设计
参考文献
[1]朱季萍.山区公路避险车道设计[J].公路,2008(6):95-99.
[2]周应新,李志厚,李忠祥,等.避险车道设计概要[J].公路,2010(5):206-211.
[3]曹正.山区公路避险车道设置分析[J].交通科技与经济,2009(4):56-58.
[4]王书伏,张江洪,王佐.东西高速公路避险车道设计[J].中外公路,2009(6):362-366.
[5]陈友谅,肖宁.高速公路避险车道设置综述[J].公路交通技术,2009(3):150-153.
高速公路避险车道几何线形研究 第5篇
近二十多年来, 随着建设的不断深入, 高速公路的建设条件越来越复杂, 特别是受到地形、地貌等客观因素的限制, 面对一些连续长大下坡路段是无法回避的客观现实。以青银高速公路 (G20) 薛公岭路段为例, 最长的连续下坡段达到30km, 平均纵坡达到2.613%。大型货车在这些路段下坡行驶时, 由于频繁使用刹车装置, 经常会导致制动失灵, 进而引发恶性交通事故。而减少这些恶性事故的有效措施之一, 就是在长大下坡路段设置避险车道。
目前, 避险车道几何线形普遍采用直线和直坡的形式。随着避险车道的使用越来越多, 避险车道的设置受自然地形、道路本身的线形等客观因素的限制越来越多, 单一的几何线形已不能适应客观因素的不断变化。本文对公路避险车道几何线形多样性进行研究, 为设计人员在特殊条件下设计避险车道提供参考。
2 避险车道基本原理
避险车道是为使主线车流中失去控制的车辆能够减慢行驶速度并且能够停止下来, 因而在主线道路旁设置的一种车道形式[1]。
避险车道的基本形式如图1所示。其主要原理是利用碎石等能产生较大滚动阻尼系数的材料铺设具有一定纵坡的道床, 从而对车辆产生滚动阻力和坡度阻力, 来消减车辆制动失灵时的动能。避险车道的纵坡一般为正值 (上坡) , 个别路段由于地形限制可能采用平坡。纵坡的坡度可以有多个, 也可以是单一坡面。当车辆进入避险车道后, 车辆的动能一方面转化为车辆爬坡产生的势能, 另一方面转化为轮胎与坡床材料摩擦产生的热能、材料的变形能等多种能量形式[2]。根据机械能守恒原理, 得到式 (1) :
式中, M为汽车质量 (kg) , v0为汽车进入避险车道时的速度 (m/s) , v1为汽车进入避险车道行驶距离L后的速度 (m/s) , f为避险车道的平均阻尼系数, g为重力加速度 (m/s2) , Ii为避险车道路段的纵坡, Li为与Ii坡度相对应的避险车道长度 (m) , L为车辆进入避险车道后的行驶距离 (m) 。
3 平面线形
避险车道的平面形式有两种:第一种是直线式, 第二种为曲线式 (如图2所示) 。目前常用的是直线式, 它是避险车道理想的平面线形。对于失控车辆的驾驶员, 直线式具有易识别, 易操作的特点。在《公路路线设计细则》 (JTG/T D20-200X) 中对直线式避险车道的设计方法已有明确规定。随着公路建设的不断深入, 制约避险车道设置的客观因素越来越多, 传统的直线式避险车道有时无法使用, 若将平面线形做成曲线式, 则能提高避险车道设计的灵活性。为此, 本文将着重研究曲线式避险车道平面线形的设计方法。
曲线式避险车道平面线形设计内容主要包括圆曲线的插入位置和半径如何确定。《公路路线设计细则》 (JTG/T D20-200X) 中认为:“避险车道路段的平面线形当条件受限必须采用曲线时, 曲线半径应尽量采用较大值, 一般宜大于不设超高的曲线半径值[3]。”该规定给出设计原则, 但并没有给出具体的设计方法。
当避险车道采用单一纵坡时, 由公式 (1) 可得:
式 (2) 中:V0为汽车进入避险车道时的速度 (km/h) , V1为汽车进入避险车道行驶距离L后的速度 (km/h) , L、f、i的意义同上。
式 (2) 表明车辆进入避险后行驶距离L与速度V1的关系, 即给定一个行驶距离就能得到此刻的瞬时速度。若假定V0=120km/h、f=0.25、i=12%, 则可通过式 (2) 得到V1与L的关系, 见表1:
由于速度V1决定了平面线形中不设超高的曲线半径值, 行驶距离L决定了圆曲线的插入位置, 因此式 (2) 就是曲线式避险车道平面线形的设计依据。从表1得, 若在车辆进入避险车道行驶100m的位置布设圆曲线, 其半径必须大于71km/h车速对应的不设超高的最小半径值, 从而引出式 (3) :
式 (3) 中, R表示圆曲线半径, V表示设计速度 (km/h) , φh表示路面与轮胎之间的横向摩阻系数, ih表示超高横坡度。
由式 (3) 可计算出任意车速对应的不设超高的最小半径。现行《公路工程技术标准》中规定在计算不设超高的最小半径时, φh=0.035, ih=-0.015[4]。由此, 我们可以得出避险车道平面线形为曲线时, 圆曲线的半径和插入的位置。但是通过计算发现, 由式 (3) 得到圆曲线的半径较大。例如, V=71km/h车速时, 对应的不设超高的最小半径R为2000m。而半径越大, 圆曲线越接近直线, 其适应性就越差, 因此, 有必要找到一种既能减小圆曲线半径, 又能保证安全性的方法。
由式 (3) 不难看出, 决定圆曲线半径大小的因素, 除了速度之外, 还包括路面与轮胎之间的横向摩阻系数和超高横坡度。其中, 路面与轮胎之间的横向摩阻系数决定了驾驶员操作难易程度, 该值越大驾驶员操作越困难, 一般情况不易过大。因此, 减小圆曲线半径的唯一方法就是设置一定的超高横坡度, 并且超高越大, 圆曲线半径越小。例如, 设置2%的超高 (ih=0.02) , 路面与轮胎之间的横向摩阻系数不变 (φh=0.035) , 71km/h车速对应的圆曲线半径为750m。
4 纵面设计
避险车道的纵面形式有两种:第一种是单坡式, 第二种为多坡式 (如图3所示) 。目前常用的是单坡式, 它具有设计简单, 易识别、易操作的特点。随着避险车道应用越来越多, 多坡式纵面也会逐步被使用, 因为它较单坡式更灵活, 易适应地形。单坡式避险车道纵面设计已有规定, 下文将着重对多坡式纵面设计方法进行研究。
多坡式避险车道设计内容主要包括各个坡的坡度及坡长的确定和竖曲线半径最小值的确定, 这里以两个坡为例进行研究。
当避险车道纵面采用两个坡度时, 由公式 (1) 可得:
式中:L1、L2分别为第一、二坡的坡长 (m) , I1、I2分别为第一、二坡的坡度。由式 (4) 可以看出, 只要确定L1、L2、I1、I2中任意三个变量, 就会得到最后一个变量的值。比如若I1=12%, L1=100m, I2=8%, V0=120km/h, V1=0, f=0.25, 则可由公式计算得到L2=60m。在实际设计中应结合地形, 当坡长受限时, 可由坡长确定坡度;当坡度受限时, 可由坡度确定坡长。
多坡式纵面线形中的竖曲线的半径最小值则与变坡点的位置有关。当确定了变坡点的位置后, 第一个坡的坡长L1和坡度I2就可以确定, 通过式 (2) 可以计算得到变坡点处的速度V1, 而该速度是决定竖曲线半径最小值的关键因素。另外, 车辆行驶在竖曲线上, 会产生径向离心力, 离心加速度的大小决定了驾驶员操作的难易程度。在确定竖曲线最小半径时, 对离心加速度应加以控制。因此, 引出式 (5) :
式中, R表示竖曲线半径 (m) , V1表示变坡点处的速度 (km/h) , α表示离心加速度 (m/s2) 。
根据实验, 认为离心加速度α限制在0.5~0.7m/s2比较合适[5]。若I1=12%, L1=100m, V0=120km/h, f=0.25, α=0.5m/s2, 则根据式 (2) 和式 (5) 计算可得:R=780m。由于避险车道的特殊性, 这里不再考虑驾驶的舒适感, 以及视觉平顺等要求, 这与普通道路的设计是有区别的。
5 结论
本文提出了避险车道几何线形设计多样性的概念, 将平面线形分为直线式和曲线式, 纵面线形分为单坡式与多坡式。在避险车道基本原理的基础上, 着重对曲线式、多坡式避险车道几何线形设计方法做出了阐述, 明确了曲线式避险车道平面线形中圆曲线的插入位置和圆曲线半径计算方法, 以及多坡式避险车道纵面线形中坡度、坡长、竖曲线半径的确定方法, 从而为设计人员在高速公路避险车道设计中提供了一种新颖的思路与方法。
摘要：针对我国高速公路避险车道的使用越来越多的特点, 提出研究避险车道几何线形多样化的必要性, 并在避险车道基本原理的基础上, 着重对曲线式、多坡式避险车道几何线形的设计方法进行了研究。
关键词：高速公路,几何线形,曲线式避险车道,多坡式避险车道
参考文献
[1]贺玉龙, 孙小瑞, 刘小明, 赵明, 何勇.紧急避险车道在美国山区公路上的应用[J].交通运输工程与信息学报, 2005, 3 (3) :86-87.
[2]郑蔚澜, 白书峰, 杨杰, 姜文龙.公路避险车道平均阻尼系数的研究[J].公路交通科技, 2005, 22 (10) :143-145.
[3]中华人民共和国交通部.JTG/T D20—2006公路路线设计细则[S].北京:人民交通出版社, 2006.
[4]中华人民共和国交通部.JTG B01—2014公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社, 2014.
山区高速公路避险车道设计与分析 第6篇
关键词：山区高速公路,道路安全,避险车道,长大纵坡
自改革开放以来, 我国的高速公路迅速发展, 公路网不断完善, 人民越来越注重道路安全问题。而对于我国广阔的西部山区, 如何综合考虑人、车、路三方面因素, 设计出快速、经济、安全、舒适、环保的高速公路已成为当今的热点问题[1]。由于山区高速公路受地形、地质及环境的制约, 在局部路段不得不采用长大纵坡设计, 从而极易造成重车制动器温度过高, 从而导致汽车失控, 引发严重的交通事故。为了改善山区高速公路的行车安全状况, 国内外通常在这些路段设置避险车道[2]。但我国对避险车道的研究还处于起步阶段, 缺乏相关的标注及规范, 因此对避险车道的设计方法进行分析及研究具有重要的意义。
本文对避险车道的重要性及类型进行剖析, 研究避险车道的具体设计方法, 并结合实体工程进行避险车道的设计, 为以后避险车道的设计及施工提供参考依据。
1 避险车道设计必要性分析
研究表明下坡路段事故发生频率明显高于上坡路段, 特别是连续长大下坡路段。对下坡路段事故原因进行分析, 肇事车辆60%以上为大中型货车, 一般多发生在下坡方向的坡底路段, 且越靠近坡底段, 因制动失效而引起的事故越集中。因此, 在山区高速公路下坡路段, 尤其是长大下坡路段设置避险车道尤为重要。
避险车道是指设置在公路主线道路旁, 能够使主线失控车辆降低行驶速度并最终安全停止, 为失控车辆提供避险专用的辅助车道。能够顺利分流主线失控车辆, 避免干扰主线车辆的正常行驶, 危及第三方安全;同时能够让失控车辆安全、平稳停车, 有效保证失控车辆驾驶员的安全。工程实践及调研表明, 合理的避险车道设置能够有效降低交通事故造成的生命及财产危害。因此, 对避险车道设计参数及安全评价方法的研究具有重要意义。
2 避险车道设置条件及类型
2.1 避险车道设置条件
(1) 当受地形或其他环境因素所限制, 平均纵坡不能够满足《公路工程技术标准》JTG B01-2003[3]及《公路路线设计规范》JTG D20-2006[4]要求, 或者山区连续长大纵坡, 极易导致下坡车辆尤其是重车制动失灵的路段, 通常情况下, 当平均纵坡超过4%, 纵坡连续长度大于3km的路段需要设置避险车道。
(2) 根据运行车速及刹车系统制动温度模型计算得出车辆需要采用连续刹车而导致刹车系统温度过高的路段, 其中大、中型车辆占交通组成比例超过50%的路段也应考虑设置避险车道。
(3) 对于下坡路段平、纵组合不良, 易导致驾驶员操作困难, 不利于行车安全的路段, 例如长陡下坡与小半径平曲线组合路段, 同样需考虑设置避险车道。
(3) 虽然路线的几何线形能够满足设计要求, 但在实际运营中仍存在交通事故频发现象, 或者存在其他安全隐患的下坡路段。
2.2 避险车道类型
(1) 根据停车床宽度可以将避险车道分为半幅式与整体式紧急避险车道。半幅式避险车道是指仅有半个驱动轴进入停车床, 另外半个驱动轴行驶在路肩上的紧急避险车道, 由于车辆在这种车道上行驶刹车不对称, 需要停车床外侧设计防撞护栏, 避免失控车辆出现侧翻, 虽然此类避险车道对地形要求较低, 工程量小, 但已造成车辆受损, 因此较少使用。停车床宽度超过重车宽度的称为整体式避险车道, 而根据避险车道与主线的位置关系又可以分为分离式和平行式。
(2) 目前国内外常用的避险车道主要包括:上坡式避险车道、平坡式避险车道、下坡式避险车道以及砂堆式避险车道四种形式, 如图1所示。其中上坡式避险车道降低交通事故伤亡率及经济财产损失的效果最好, 而且最为经济合理;效果最差的是下坡式避险车道。
3 避险车道设计方法
3.1 避险车道的位置及间距设计
《新理念公路设计指南》 (2005版) 中规定避险车道的位置如下:
(1) 通常设置视距良好的长陡下坡路段右侧, 同时主线应设置醒目标志;
(2) 车辆不能完全转弯的主线平曲线及人口稠密区之前;
(3) 避险车道入口应尽量设置在平面指标较高的路段, 并以切线方式从主线切出, 确保失控车辆安全、平顺驶入。
当车辆制动器温度在低于250℃时, 其制动效果基本不受温度影响;而当温度达到250~300℃时, 制动器制动效果显著降低。因此, 确定避险车道的关键在于确定载重货车主制动器的失效温度。因此本文推荐采用“温度综合法”确定避险车道的位置及间距, 即通过制动器升温预估模型计算出主制动器达到失效温度的坡长, 计算公式见式 (1) [5], 并以每升高50℃为一段设置避险车道。
式中:α、β—回归系数;
G—汽车总质量;
i—纵坡坡度;
L0—距坡顶距离;
T—制动器失效时对应的温度;
TH—环境温度, 通常取当地年平均最高气温。
计算时选用重量为20.9t的EQ5208XXY2东风汽车, 并考虑30%的超载状况。综合避险车道施工难度等问题, 推荐两避险车道间的最大间距, 见表1。
3.2 避险车道平面设计
避险车道的平面设计主要包括引道和线形设计两个方面。
3.2.1 引道
(1) 尽可能保证失控车辆具有足够的反应时间与空间, 从而做出正确的判断与操作;
(2) 必须保证失控车辆的左右前轮同时驶入避免车道的制动坡床, 不然将导致车辆在入口处由于受力不平衡而发生侧翻等交通事故;
(3) 避险车道终点应该与主线保持一定的距离, 避免干扰主线的行车安全。
综上所述, 避险车道引道应尽可能设置在平面线形较好的路段, 而且避险车道驶入角不宜超过5°;如果避险车道位于左转弯道上, 则引道应从主线的切线方向切出;如果位于右转弯道, 则流出角与主线不应超过10℃;引道端部尽可能设计成方形。
3.2.2 线形
由于失控车辆驶入避险车道制动车床之后, 基本将会丧失转向能力, 因此, 避险车道应设计成直线, 避免发生碰撞的二次事故。
3.3 避险车道纵坡及长度设计
制动车道长度是保证失控车辆安全停止的关键因素, 主要受失控车辆驶入车速、制动车床材料滚动阻力系数及避险车道纵向坡度所决定。对于单一纵坡的避险车道长度按照式 (2) [5]进行计算。
式中:V—失控车辆驶入引道车速 (km/h) ;
Φ—失控车辆轮胎所受的滚动阻力系数, 见表3;
i—避险车道纵坡 (%) 。
当制动车道采用多个纵坡时, 应根据式 (3) [5]计算避险车道的最小长度。
式中:Vf—车辆抵达某段坡道坡底时的速度 (km/h) ;
Vi—车辆抵达某段坡道顶部时的速度 (km/h) ;
Li—坡道长度 (m) 。
各种不同避险车道制动床材料所对应的滚动阻力系数见表2。
3.4 避险车道断面设计
(1) 宽度
避险车道的宽度至少能够保证一辆失控汽车及救援车辆安全驶入, 因此宽度不能低于8m。对于应保证两辆及以上汽车安全驶入的特殊路段, 避险车道宽度应该控制在8~12m。
(2) 材料及厚度
在进行避险车道设计时应尽量选用具有较大滚动阻力系数、良好陷落效果, 且不易压实、板结及被雨水冲刷的材料, 目前常用的材料有沙子、天然砂砾及碎石等。同时, 避险车道制动床的厚度应从入口处开始逐渐变化, 控制在0.5~1m左右。
3.5 避险车道附属设计
为了提高避险车道的安全性能及耐久性能, 还需要对其附属设施进行设计, 主要包括预告标志牌、末端防撞消能设施、地锚、护栏、避险车道排水等设计。
4 实体工程
结合某高速公路某路段的避险车道对避险车道的设计过程进行介绍, 并对设置避险车道前后的安全事故进行调查分析, 评价其效果。
4.1 避险车道设计
该路段设计车速为100km/h, 最大纵坡4%, 坡长8.25km, 平均纵坡2.78%, 存在一个平曲线半径为700m。由于该路段重车比例大, 多处采用极限坡长, 因此需要设置避险车道以提高行车安全。根据表1中的要求, 将相邻避险车道的间距定位2.1km, 将第一个避险车道设置于平曲线处, 该处距坡顶距离为3.1km, 因此该路段共设置3处避险车道。
为容纳一辆失控汽车及一辆救援车, 因此避险车道宽度取8m;制动床采用砂填筑;避险车道横断面如图2所示。
避险车道纵坡采用单一纵坡5%, 因此采用式 (2) 计算出避险车道纵坡长度为184.5m, 计算时取失控车辆进入避险车道的车速为100km/h, 为了提高避险车道的安全性能, 最终取避险车道长度为200m。避险车道详细的设计参数见表3。
4.2 效果评价
避险车道施工完成后, 对避险车道该路段的交通事故进行一年的跟踪观测, 并与前一年进行对比分析, 评价避险车道的安全防护效果, 调查结果见表4。
从表4中结果可以看出, 避险车道的设置能够有效分流主线失控车辆, 降低人员伤亡, 保证驾驶员的生命财产安全。
5 结语
避险车道可分为上坡式、平坡式、下坡式以及砂堆式避险车道;对于平、纵组合不良, 坡长及坡度超限的长大纵坡路段设置避险车道能够顺利分流主线失控车辆, 避免危及第三方安全, 同时有效保证驾驶员的安全。
本文推荐采用“温度综合法”确定避险车道的位置及间距, 将制动器每升高50℃的距离定为两避险车道之间的距离;要求直线段避险车道与主线夹角超过5°, 右转平曲线处不超过10°, 左转平曲线则应尽量切线切出;综合考虑制动床滚动阻力系数、驶入速度及制动长度等因素确定避险车道的坡度及坡长;避险车道宽度不宜低于8m。结合某山区高速公路长大纵坡路段实际情况进行避险车道的设计, 有效地降低了交通事故伤亡率, 保证了驾驶员的生命财产安全。
参考文献
[1]韦杰深, 李迎春.山区高速公路避险车道的设计及应用[J].西部交通科技, 2006, 05:6-10.
[2]黄睿.山区公路避险车道设计研究[J].山西交通科技, 2009, 01:31-33.
[3]中华人民共和国交通部.JTG B0l-2003公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社, 2003.
[4]中华人民共和国交通部.JTG D20-2006公路路线设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2006.
避险车道 第7篇
1避险车道引道设置
1.1 引道功能
引道起着连接紧急避险车道与主线的作用。合理的引道设计将给失控车辆驾驶员提供充分的反应时间和空间保证驾驶员判断准确, 操作正确, 使车辆能够沿引道安全地驶入紧急避险车道。美国的研究认为多车道紧急避险车道的引道长度不应小于310 m[4]。
引道的设置, 应首先保证准备使用紧急避险车道的驾驶员在引道的起点可清晰地看到前方紧急避险车道的全部线形, 而时隐时现的紧急避险车道会给驾驶员带来不安全的感觉, 往往会使驾驶员在紧急避险车道前的决策发生迟疑, 甚至错过进入紧急避险车道获得救生的机会。紧急避险车道引道的终点应设计成齐平式, 这样设置可使车辆前轮同时进入紧急避险车道, 保证车辆前轴两轮保持同样的减速度, 便于更有效地控制失控车辆, 如图1所示。否则会造成车辆前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻, 在紧急避险车道入口即发生事故。引道的终点宜设置在紧急避险车道入口的后方, 使紧急避险车道与主线分隔开并保持一定距离, 保证车辆进入紧急避险车道后, 不会有石子崩落到紧急避险车道以外, 特别是主车道上, 而干扰正常行驶的车辆。
引道需要引导高速行驶的车辆顺利进入避险车道, 最好的情况是两个车轮同时进入强制减速路段, 同时要避免车辆发生跳跃, 造成事故。
1.2 国内现有避险车道的缺陷
1) 一些避险车道的引道渐变段长度不够, 不能够提供足够的视距来保证驾驶员能够清晰地看到避险车道的全部线形。
2) 引道没有变坡竖曲线, 而是保持原有的坡度, 由于避险车道为上坡设置, 与主线的坡度差较大, 这样在引道与避险车道道床 (强制减速路段) 容易出现折点, 不利于高速行驶的汽车安全的驶入避险车道道床区。
1.3 引道长度设置
1) 渐变段长度。
设渐变段的长度为L1, 紧急避险车道从主线分离出来的偏角用渐变率表示。由于制动失效后车辆的运行速度很快, 驾驶员对车辆已极难操控, 为了让失控车辆能较为顺利的进入紧急避险车道, 在紧急避险车道渐变率的设计上, 与互通式立交匝道设计的参数取值有所不同, 应充分考虑失控车辆的高速度和行驶轨迹的摆动, 渐变率应尽量小, 过渡段长度应适当加大。参考现行JTG-2006公路路线设计规范表11.3.7-3中的数据, 对紧急避险车道渐变率和长度取值建议见表1[6]。
2) 引导段长度。
由于一般情况下紧急避险车道均设计为上坡, 因此, 在引导段会形成凹形竖曲线。引导段长度至少应满足设置凹形竖曲线的要求。对凹形竖曲线, 在考虑竖曲线的最小长度时需考虑缓和冲击和行程时间过短两种情况:
a.缓和冲击。汽车行驶在竖曲线上时, 产生向心力。这个向心力在凹形竖曲上是增重, 根据交通工程心理学的研究, 在增重到一定程度时, 驾驶员将难以承受。
根据表2和图2驾驶员对不同加速度的生理反应及国外相关研究, 取离心加速度 (由向心力产生) 为0.3g[2], 由离心加速度公式知:
用V (km/h) 表示并整理得:
这样求得的最小竖曲线长度为:
Lmin1=Rminω=0.026 ωV2 (3)
b.时间行程不至于过短。当汽车在竖曲线上行驶时间过短时, 就会使驾驶员产生变坡很急的错觉, 因此时间有最小值, 这里取最短行程时间为3 s, 则竖曲线的最短长度为:
通过对以上两个竖曲线最小长度的比较, 选择大值作为引导段长度:
L2=max (Lmin1, Lmin2) (5)
3) 最小引道长度。引道的最小长度:
L引=L1+L2 (6)
从以上分析知, 无论是渐变段长度或者引导段长度, 都离不开车辆进入引道时的速度, 因此车辆进入避险道的速度对于确定避险道长度很重要。美国AASHTO的绿皮书指出:避险车道的设计车速最小值为128.7 km/h[8]。
2地形受限时一些建议措施
当避险车道引道渐变段长度不够, 或增加渐变工程量较大时, 可考虑增加诱导措施, 使得驾驶员及早的做好准备, 例如:结合紧急避险车道前方2 km, 1 km, 500 m和紧急避险车道入口处设置紧急避险车道的预告标志, 沿土路肩或硬路肩设置彩色路面一直到避险车道引道, 这样既能使需要使用避险车道的大型车辆进行线形引道, 同时也避免不需要使用避险车道的主线上的车辆误驶入避险车道;此种设置对山区高速公路一些雾区内的避险车道设置也起到一定的引导作用。
当引导段长度不够时, 建议结合强制减速路段长度合理的布置两者长度;或将强制减速路段的一部分设置为竖曲线路段, 这样就要求及时地对曲线强制减速段进行管理。
3结语
从现有的高速公路避险车道使用情况来看, 避险车道的设置可以有效地减少高速公路长大下坡路段的事故率, 避险车道引道设置的合理性可以增加避险车道的使用性和安全性;从驾驶员的生理感觉出发, 给出避险车道引道的合理建议值, 提出设置不足时的一些辅助措施确保避险车道的安全使用。
参考文献
[1]张小剑.高速公路紧急避险车道的设计[J].铁路勘测与设计, 2005 (6) :59-60.
[2]杨少伟, 石飞荣, 潘兵宏, 等.可能速度及其在公路线形设计中的应用方法[J].长安大学学报, 2004 (5) :2-4.
[3]杨秀峰, 吴京梅.紧急避险车道浅谈[J].北京公路, 2005 (3) :19-20.
[4]黄玉健.紧急避险车道技术措施的探讨[J].华东公路, 2006 (3) :33-34.
[5]贺玉龙, 孙小端, 刘小明, 等.紧急避险车道在美国山区公路上的应用[J].交通运输工程与信息学报, 2005, 3 (3) :88-89.
[6]JTG D20-2006, 公路路线设计规范[S].
[7]道路标线.论彩色路面的作用及应用[EB/OL].中路博客, 2008-01-04.