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[分享]山区公路设计师必会的避险车道设计

发表于2018-09-10     1028人浏览     5人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

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山区公路为克服道路高差,设置连续长坡难以避免。连续长下坡和重型车辆的结合存在着潜在的危险,超载超限又加剧了危险。为了解决长大下坡路段因刹车失灵而引起的交通安全问题,避险车道应运而生,国内外工程经验已经证实避险车道是减少连续下坡路段刹车失灵有效、主要的工程措施。这种优秀设计能救命,从事山区公路设计的朋友应该都懂……

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现有避险车道存在的问题

 我国的避险车道起步较晚,相关的研究很少,国家对紧急避险道尚无统一标准。由于缺乏科学依据,规范或指南的引导,已建成的避险车道存在着一定的安全隐患。有些车辆冲入避险车道驾驶员仍然不能逃脱死亡或严重伤残的厄运,避险车道没有充分发挥真正的作用。

避险车道制动床长度不够,车辆冲出避险车道,或悬挂在避险车道端部。

坡度太大,驾驶员心存恐惧,不敢进入;担心使车辆倒回至主线;与主线偏角太大,同时又没有足够长度的引导,失控车辆进入困难。

车道铺装材料阻力过大或过小,造成重大交通事故。

未及时维护,残存的车轮印迹威胁后入车辆的安全;救助不及时,导致连环事故的发生。

避险车道设置方法及类型

避险车道设置的原则:避险车道应被设置在能够截住最大数量失控车辆的地方。

目前有三种方法: 

1.工程经验法

一般用于规划或设计道路避险车道位置的确定。工程经验法确定的避险车道应设置在以下两个位置。

设置在长大下坡路段小半径曲线前方,同时宜沿曲线切线方向设置避险车道。这是因为长大下坡路段与小半径曲线相接处往往是事故多发点。在车辆驶入小半径前,宜沿曲线切线设置避险车道。

同时宜设置在长大下坡路段的下半段。这是因为从驾驶员行车心里角度出发,驾驶员更易接受在长大下坡路段下半段使用避险车道。 

2.事故频率法:以发生车辆失控事故数据为基础,确定经常发生车辆失控事故的地点,并结合周围的地形、地势条件确定避险车道的设置位置。无论是工程经验发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段道路为危险路段,而且不同的人有不同的看法。

事故频率法是在多起事故发生后,根据事故多发点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换来的。

3.美国的坡度严重度分级系统

1989年美国联邦公路部门的“坡度严重率分级系统”对评价长下坡安全性能是一个历史性的突破,它对准确分析确定避开险要车道位置起重大作用。因为它利用汽车动力学原理结合道路的几何线形定量地分析出危险路段的位置。

这个系统的核心是计算出车辆载重时对应的最大安全速度。计算机计算出在选定坡长条件下车辆每行驶0.5英里距离时,用计算机程序计算出刹车片的温度,根据汽车动力学反算车辆行驶速度,刹车片的极限温度(260°),那么与之相对应的速度即为安全速度。

美国不仅将坡度严重度分级系统的研究成果用于避险车道的位置确定,而且也用于连续长下坡的安全评价及运营管理。

避险车道主要有三大类:

1.重力型:靠陡峭的坡度来使车辆减速。重力型避险车道不仅仅能使车辆停止,而且在停止以后会由于重力作用而返回主线,干扰主线上其他车辆的运行,所以重力型避险车道逐渐停止使用。

2.沙堆型:将松散、干燥沙子堆积在上坡的匝道上,它也是靠重力及砂堆的阻力使车辆减速。沙堆容易受天气影响,高数值的减速度容易使驾驶员及司机造成较大的伤害。

3.制动床型:制动沙床是由光滑、粒径均匀 的天然砂砾铺设在匝道上。制动沙床主要通过砂砾滚动阻力使失控车辆停止。它通常建立在上坡,因为上坡重力分力可以增加它的减速效能。

重力型和沙堆型避险车道在美国早期较常见,但由于两种避险车道存在较大弊端,在实际工程中渐渐停止了使用。制动砂床安全性高、不受坡度限制等优点,使得制动砂床已经成为美国最普遍的避险要车道型式。

我国目前避险车道的避险车道以制动砂床为主。

避险车道设计

引道起着连接主线与避险车道的作用,引道可以给失控车辆驾驶员提供充分的反映时间、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极度恐慌,而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机会。

引道终点与车道应呈垂直,可在减速前更有效地控制失控车辆,并使失控车辆前轴两轮能够同时进入避险车道,保持相同的减速度。否则会使车辆的前轴两轮左右受力不均匀而导致车辆侧翻,在避险车道入口发生事故。

引道终点宜设置在避险车道的后方,使避险车道与主线分隔开并保证一段距离,保证车辆进入车道后,不会有石子蹦到主线上,影响正常车辆的行驶安全。

平面线形:避险车道是为失控车辆设计的,因此他的平面线形应该是直线,目前我国一些避险车道线形采用小半径曲线,设计人员有可能是参照出口匝道的线形设计而失控车辆是不能适应曲线线形的,在这种情况下,失控车辆极有可能沿曲线切线方向冲出避险车道。

纵面线形:避险车道的纵面线形也应为直线。竖曲线的避险车道对司机和车辆来说存在潜在的危险。从受力的角度来说,这是一种非常不合理的线形。失控车辆在竖曲线上高速行驶时,会产生时刻变化的向心力,和其他力合成可能产生很大的合力,即产生很大的减速度,有可能超过司机或车辆所能承受的范围。

避险车道的线形无论是平面还是纵面均应设置成直线。

避险车道与主线交角:为了能够使失控车辆较为容易地驶进避险车道,避险车道与主线的交角应尽可能小,以小于5°为宜。

避险车道的宽度:应保证一辆以上的车辆进入避险车道,理想的避险车道宽度9-12米之间。但在短时间内,两辆或更多辆车使用同一条避险车道的几率很小。

在一些征地困难的地区,8米宽的避险车道可以满足要求,在条件具备时应尽量提供更多的宽度。

避险车道的长度: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是现有避险车道常见的问题。最常采用的措施是加长避险车道、增加避险车道坡度、更换砂床材料。

避险车道长度的计算:根据能量守恒,可以得出避险车道制动床的长度公式:

其中V为失控车辆驶入制动床的入口速度,一般取145km/h。G为避险车道的坡度,R为滚动阻力系数。

根据统计数据,失控车辆速度一般在80-90km/h,最高不超过120Km/h。

经公式计算,一般避险车道长度应在120m以上。 

根据公式计算出来的长度可能很长,实际的道路环境有时不可能提供这么大距离的场地。在制动床长度无法满足计算要求的条件下,可在端部设置消能设施。主要有三类:集料堆、消能桶和废旧轮胎。

设置消能设施存在着很大的弊端,存在着两方面危险:

1.产生严重的水平减速度,导致突然的垂直加速度,使驾驶员受伤、失控,可能造成更大的人员、财产损失;

2.车辆主要是前轴受力,传递加速度不能和后轮匹配,这将使车失去平衡,导致货物散落、后轮分离,车辆向前倾覆。

由于地形地势的原因不能够提供足够的长度和坡度,车辆越出避险车道也将造成一系列的严重后果,可采用防撞消能设施。防撞消能设施的设置对于有可能越出避险车道的失控车辆来说,是最后一次救生机会,因此防撞消能设置的合理设置是非常关键的,必须保证失控车辆与之碰撞时的速度40km/h。

此外,集料堆和消能桶里的材料应和制动床一致,防止制动床集料的污染。

特别注意:

在末端设置防撞消能设施而减少避险车道的长度,从而达到节省造价的做法不值得提倡。

在条件不允许,避险车道无足够长度的条件下,集料堆和防撞桶才可使用。

合适的制动砂床材料可有效地减少长度、坡度,目前避险车道材料有沙子、天然砂砾、碎石。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,能提供更有效的滚动阻力系数,使车辆更容易陷入。通过使用情况调查结果表明:卵石>同级配碎石>多级配碎石>同级配碎石>沙子。

制动砂床的深度:具有一定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46厘米,一般来说深度范围在46厘米至76厘米,沿着避险车道入口至前方30米深度应由浅至深过渡,由7~10厘米过渡至正常深度(46~76厘米)。

制动砂床的排水系统:制动床集料被污染或板结的主要原因是缺乏适当的排水系统。对制动床造成污染的细料主要是通过水的漫流带来的。这些细料充实在集料的孔隙中,使集料的密实度增加,导致其滚动阻力减小。因此,完备的排水系统是保证制动床充分发挥作用的重要保障。 

相关安全设施的设置非常必需:

1.避险车道的预告标志:至少在3处或3处以上设置预告标志,1公里、500米和引道入口前。

2.为了能在夜间为失控车辆指明避险车道的方位,应在避险车道两侧设置轮廓标,地面施划标线、导向箭头等。

中铁设计案例:省道避险车道

避险车道中心线与省道道路中线夹角为8°。结合现场地形,项目全长127.889m,其中渐变段长度57.889m,减速段长度65米,强制减弱装置段长度5米。 

避险车道渐变段为既有省道拓宽部分,与省道同坡,避险车道及强制减弱装置段纵坡为8%。

横断面布置如下:

减速段:0.75m防撞墙+5m制动坡床+4m服务车道+0.75土路肩

强制减弱装置段:0.75防撞墙+5m强制减弱装置+0.75防撞墙 

避险车道路面结构:

制动坡床

上覆90cm 厚豆砾石,豆砾石为四周较圆滑的砾石,豆砾石粒径以15.0mm为宜,最大粒径不超过35.0mm,最小粒径不小于8.0mm。底部为10cm厚 C15素混凝土垫层。

服务车道及渐变段(与省道路面结构相同)

22cm 水泥混凝土

18cm 5%水泥稳定石屑

15cm 砂砾垫层

避险车道标准横断面:

1、本次设计在避险车道左右两侧及端部设置挡土墙,采用整体式钢筋砼基础。

2、在场平填方靠近陡坎及沟渠边缘处设置护坡挡土墙收缩坡脚。

本次设计共设置四块避险车道交通指示标志,分别位于距避险车道1000m、500m、200m及入口处。交通指示标志版面为大小为4x2.4m。 

避险车道起点附近有一座1-1.0x1.0m盖板涵,经调查既有涵使用状况良好,因此对既有涵出口端进行接长改造。涵洞接长长度为4.6m,与省道正交。


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 发表于2018-09-10  | 只看该作者      

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