高速公路安全設(shè)施設(shè)計的關(guān)鍵因素

陳德源

(廣西交通科學研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

在高速公路的運行過程中，安全問題一直都是備受人們關(guān)注的重要問題，尤其是屢屢見諸報端的各起高速公路交通事故，更是給高速行車安全敲響了警鐘。良好的安全設(shè)施設(shè)計能夠為高速安全行車帶來一定的指引和保障，在高速公路配套設(shè)施的設(shè)計中，安全設(shè)施設(shè)計必須要引起我們的重視。由于高速公路分布廣、線路長，所處的施工環(huán)境、交通流量大小等都有很大不同，這些因素都是影響高速公路安全設(shè)施設(shè)計的關(guān)鍵因素，要想設(shè)計更加科學可靠的安全設(shè)施，就必須要考慮到這些關(guān)鍵因素，并結(jié)合實際進行設(shè)計優(yōu)化，加強統(tǒng)一管理，提高高速公路安全設(shè)施設(shè)計水平。

1 影響高速公路安全設(shè)施設(shè)計的關(guān)鍵因素

對于高速公路而言，每個路段所處的環(huán)境都不相同，這使得高速公路的施工建設(shè)方案也有很大差異，這些差異之處都是高速公路安全設(shè)施設(shè)計中應當考慮的關(guān)鍵因素?？梢哉f，只有滿足高速公路安全運行需求的安全設(shè)施設(shè)計才是最合理的設(shè)計。具體來講，影響高速公路安全設(shè)施設(shè)計的關(guān)鍵因素主要有以下幾點：

1.1 公路設(shè)計的技術(shù)標準

基于各地地形地質(zhì)及其他條件的影響，不同路段的高速公路所采用的公路設(shè)計技術(shù)標準是存在差異的，而在設(shè)計與之相配套的安全設(shè)施時，也應當根據(jù)實際需求進行合理設(shè)計。例如在平原地區(qū)、山丘地區(qū)、山嶺地區(qū)的高速公路的安全設(shè)施設(shè)計時，應當根據(jù)公路設(shè)計的行車速度科學計算和合理設(shè)計限速標志的內(nèi)容，根據(jù)路基寬度來設(shè)計相應的公路標線。如果是半幅高速公路，還要考慮到其行車條件的特殊性，從而按照特殊方案進行安全設(shè)施設(shè)計。

1.2 公路工程基本條件

安全設(shè)施的設(shè)計應當考慮高速公路工程的基本條件，如地質(zhì)條件、路基類型以及是否經(jīng)過橋梁和涵洞等。在設(shè)計高速公路的護欄時，可以設(shè)計為混凝土護欄、波形梁鋼護欄或纜索護欄等，具體應當根據(jù)地質(zhì)條件，選擇最經(jīng)濟、安全的護欄材料。若受資金限制，無法全路段都設(shè)置護欄，則可以根據(jù)路基的類型來確定是否需要設(shè)置護欄。一般如果挖方連續(xù)超過100 m則可以不設(shè)置護欄，或者填土高度<3 m且邊坡≤1∶1.5也可以不設(shè)置護欄。若高速公路通過橋梁、涵洞，則無論是護欄、防護網(wǎng)或是視線誘導標志等所有安全設(shè)施設(shè)計，都要與橋梁、涵洞設(shè)計相互協(xié)調(diào)，以最大程度的相互匹配，使其所發(fā)揮的安全作用最大化。

1.3 路線特點

有些高速公路的路段較為復雜，存在平曲線、豎曲線及橫坡等情況，這種路段的行車條件較差，為了保證行車安全，必須要設(shè)置一定的限速標志或其他警示標志，以引起駕駛員的注意，同時還要設(shè)計合理的標線來配合標志設(shè)計，最大程度發(fā)揮安全設(shè)施的安全保障作用。另外，出于通視因素的考慮，在一些特殊路面所設(shè)置的特殊標線應當選擇在較為平緩的地面，如三車道過渡段的斑馬線，就不能設(shè)置在較大縱坡路段。如果為長直線路段，或者周圍的景物比較單調(diào)，為了引起駕駛員的注意力，避免視覺疲勞，應當適當設(shè)置限速標志、車距確認標志和地點距離標志。

1.4 互通立交

高速公路中的互通立交與市內(nèi)互通立交相比，安全隱患更多。再加上此處的地形較為特殊和復雜，極易導致駕駛員行錯道，或在分叉口緊急停車，從而引發(fā)交通事故。對此，互通立交出(入)口處應當設(shè)置多級出(入)口預告和出(入)口標志，同時設(shè)計相應的標線來配合標志的使用，使駕駛員可以盡早判斷行車路線，提前變道，避免安全事故發(fā)生。

1.5 交通流量

一般情況下，在高速公路上交通流量大的地方安全隱患更大，因此在安全設(shè)施的設(shè)計過程中，應該充分考慮到路段的交通量大小、車輛組成以及車速，并分析可能發(fā)生的事故類型，合理設(shè)計交通標志的內(nèi)容、板面尺寸和字體大小、標志之間的間距大小、標線設(shè)置，并從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面考量，科學設(shè)計護欄類型，從而最大程度地保證行車安全。

1.6 收費站及服務區(qū)地設(shè)施系統(tǒng)

收費站和服務區(qū)是高速公路配套設(shè)施的重要組成部分，每個長途行駛的車輛都需要經(jīng)過這兩個地方，車流量大、路況更復雜。對于收費站和服務區(qū)的標志設(shè)計和導流標線設(shè)計應當更加明確詳細，設(shè)置多級指示標志，幫助駕駛員提早打算，減少擁堵，避免交通事故發(fā)生。

1.7 沿線的氣候環(huán)境

高速公路經(jīng)過的各地區(qū)氣候、環(huán)境迥異，在進行安全設(shè)施設(shè)計時，也要考慮到氣候、環(huán)境這一因素。例如高速公路若穿過村鎮(zhèn)或人口居住較為密集的地區(qū)時，所設(shè)置的隔離柵應當設(shè)計為紡織網(wǎng)型，以避免兒童或家禽闖入高速公路上引起安全事故。同時交通標志的設(shè)計要考慮到當?shù)刈畲箫L速，以保證標志設(shè)置的穩(wěn)固性。

2 高速公路安全設(shè)施設(shè)計的優(yōu)化——以護欄為例

高速公路安全設(shè)施包括交通標志、交通標線、護欄、隔離柵、防眩設(shè)施等很多類型。護欄是其中十分重要的組成部分，若護欄的設(shè)計不合理，不但不能起到安全保護作用，反而會使護欄成為路側(cè)障礙物和危險物。只有設(shè)置的位置合理，才能避免車輛碰撞，降低交通安全事故。護欄設(shè)計的優(yōu)化對象主要有以下幾個：

2.1 橫向偏位

護欄的橫向偏位主要是指護欄與行車道邊緣區(qū)域之間、護欄與障礙物之間以及護欄與變坡點之間的距離。事實上，對于行車安全而言，護欄本身也屬于路側(cè)障礙物。為了避免護欄對行車造成影響，應該將護欄設(shè)置在避讓線以外，并且根據(jù)不同的車速，護欄與避讓線之間的距離也有所不同(見表1)。

值得一提的是，在實際的設(shè)計中，護欄與車道之間的橫距設(shè)計也應該考慮到實際條件。不能只考慮增加護欄與車道之間的距離，也要考慮護欄與被防護障礙物之間的距離，要為護欄提供足夠的變形空間，以保證護欄充分發(fā)揮其防護作用。尤其當被防護的障礙物是剛性物體的情況下，更應該考慮其與護欄之間的距離，以免車輛將護欄撞變形后由于護欄變形空間小而又與剛性物體相撞，造成較大的傷亡損失。在邊坡處也同樣需要考慮到護欄的變形空間(見圖1)。

圖1 護欄橫向設(shè)置的位置示意圖

2.2 護欄的變形量

如上所述，護欄在受到撞擊后產(chǎn)生的變形量是護欄設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵因素之一。如果護欄的防護對象是橋墩或混凝土桿狀等剛性物體，則所設(shè)計的護欄在被車輛撞擊后發(fā)生的變形量應當小于護欄與物體之間的距離。只有這樣，才能避免車輛撞擊到護欄后再次撞擊物體。若受地形限制，無法擴大兩者之間的距離，則可以通過加密護欄立柱等其他處理方式來提高護欄剛性，減小其變形量。目前我國關(guān)于防撞等級護欄最大動態(tài)變形量的相關(guān)統(tǒng)一標準見表2。

2.3 地形條件

在行車過程中，若車輛因故撞擊護欄，只有撞擊時車輛未發(fā)生側(cè)翻、懸掛系統(tǒng)未發(fā)生太大變形時，護欄才能發(fā)揮最大防護作用。這就需要在設(shè)計護欄時，考慮行車道與護欄之間的地形條件這一關(guān)鍵因素，因為其會對護欄碰撞性能產(chǎn)生很大的影響。主要應考慮路緣石和邊坡坡度兩方面：

2.3.1 路緣石

若行車道與護欄之間有路緣石，車輛在失控后撞向護欄的過程中，其運動軌跡會與車輛尺寸、懸掛系統(tǒng)、撞擊速度與角度、路緣石的高度與形狀等因素有極大關(guān)聯(lián)，在分析護欄的防護作用時，應該充分考慮到車速及其撞擊護欄后產(chǎn)生的后果，通常時速高的路段都不建議設(shè)置路緣石，尤其不建議將路緣石和護欄一起使用。但是若必須要兩者共同使用，則在設(shè)計中應當要求路緣石高度<100 mm，若超出100 mm，則要適當提高護欄的剛度。要求路緣石與護欄面齊平或位于護欄面之后；路緣石與混凝土護欄聯(lián)合使用應盡量避免，尤其是路緣石在具有一定斜坡的混凝土護欄前使用；如果準備大量采用某種路緣石護欄組合結(jié)構(gòu)，就需要進行實車碰撞試驗來評估路緣石護欄組合應用情況下的護欄安全性能。

2.3.2 邊坡坡度

在高速公路護欄設(shè)計方案形成后，一般需要進行相應測試以驗證設(shè)計的可行性。但目前多是在水平地形條件下進行設(shè)計方案測試，而在實際的高速公路中，護欄可能會被設(shè)置在有坡度的地形條件下，這樣就產(chǎn)生測試結(jié)果誤差。尤其是當坡度超過1∶10時，一旦車輛失控撞向護欄，則極易導致車輛跨過護欄，或者碰撞點非常低，使得護欄失去原本的防護作用。另外，護欄橫梁可以實現(xiàn)向后彎曲，當車輛撞擊到護欄上后，這個彎曲度會相當于一個斜坡，導致車輛越過護欄，同樣可以使護欄失去防護作用。對此，在設(shè)計護欄時，應該設(shè)置在坡度不超過1∶10的邊坡上。如果坡度超過1∶6，則設(shè)置護欄就沒有太大意義，若必須要設(shè)置，也可以通過增大預留側(cè)向空間余量的方式來增大護欄防護作用。

3 結(jié)語

總之，高速公路的安全設(shè)施設(shè)計并不是簡單的將交通標志立在路邊，也不是隨意劃分導流標線，而是應當充分考慮到影響行車安全的各個關(guān)鍵因素，并通過安全設(shè)施來將這些信息反饋給駕駛員，從而最大程度地發(fā)揮安全設(shè)施的安全保障作用。因此，在設(shè)計安全設(shè)施時，應該結(jié)合路線的實際情況和公路工程條件，不斷對設(shè)計方案進行優(yōu)化處理，提高高速公路安全設(shè)施設(shè)計水平。