1. 研究背景 

受地形或地質(zhì)條件的限制，山區(qū)高速公路經(jīng)常出現(xiàn)一些長下坡和陡坡，這些位置很容易因剎車失靈而導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故。制動(dòng)失靈車輛自救車道（我國現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中稱為“避險(xiǎn)車道”，本項(xiàng)目中統(tǒng)一稱為“制動(dòng)失靈車輛自救車道”）是防止惡性事故發(fā)生的最主要的工程技術(shù)措施之一，國內(nèi)外都有很多成功案例，避免了此類事故的發(fā)生。 

制動(dòng)失靈車輛自救車道是設(shè)置在連續(xù)長下坡路段路側(cè)，用集料鋪筑的制動(dòng)坡道，通過把失控車輛分離出主線交通流進(jìn)入自救車道，車輪陷入集料制動(dòng)坡道，并利用集料對(duì)滾動(dòng)車輪的阻尼作用消減其運(yùn)動(dòng)能量，最終使失控車輛被強(qiáng)制減速而停車的一種特殊安全設(shè)施。這些制動(dòng)失靈車輛自救車道的設(shè)置一般都是經(jīng)驗(yàn)性的，并沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，致使制動(dòng)失靈車輛自救車道設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致部分制動(dòng)失靈車輛自救車道的使用效果不理想，甚至出現(xiàn)制動(dòng)失靈車輛自救車道不避險(xiǎn)的現(xiàn)象，帶來了事故隱患。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)： 

a）由于車道入口或線形設(shè)置不合理，失控車輛駛?cè)霑r(shí)不能很好地駛?cè)胲嚨�，�?dǎo)致車輛側(cè)翻或沖出車道； 

b）由于減速車道長度不夠或坡度設(shè)置不合理，失控車輛未能在車道上停止，以致產(chǎn)生二次事故； 

c）由于制動(dòng)失靈車輛自救車道橫斷面布局不合理，造成對(duì)失控車輛的施救困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)力等。 

所以， 制動(dòng)失靈車輛自救車道的有效設(shè)置應(yīng)在選擇合適的位置基礎(chǔ)上，有必要對(duì)制動(dòng)失靈車輛自救車道的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面、夾角及制動(dòng)路床的坡度等指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提高制動(dòng)失靈車輛自救車道整體安全性能。 

2. 制動(dòng)失靈車輛自救車道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面研究 

依據(jù)資料調(diào)研和實(shí)地調(diào)研的相關(guān)結(jié)論，一條完整的自救車道應(yīng)包含引道部分、制動(dòng)坡道部分和服務(wù)車道部分。在引道段，自救車道的橫斷面是引道與主線間的關(guān)系；在制動(dòng)坡道段，自救車道的橫斷面包括制動(dòng)坡道、服務(wù)車道及防撞護(hù)欄等。因此需要對(duì)引道、制動(dòng)坡道和服務(wù)車道分項(xiàng)研究。 

2.1 引道的長度研究 

對(duì)于引道的長度美國《nchrp 178—truck escape ramp》標(biāo)準(zhǔn)從視距角度提出多車道自救車道引道最小長度為305米；美國亞利桑那州一些自救車道的實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)顯示大多自救車道的引道長度大于200米；國內(nèi)18條自救車道的實(shí)地調(diào)研結(jié)果顯示一半多的自救車道引道長度集中在45米~85米。國內(nèi)外引道設(shè)置長度長短不一，只能作為實(shí)際應(yīng)用中的參考數(shù)據(jù)。 

從引道設(shè)置長度理論計(jì)算的角度，國內(nèi)外一些文獻(xiàn)提出可根據(jù)3s行程、駕駛員的反應(yīng)時(shí)間等計(jì)算引道長度，因而用于計(jì)算引道長度的失控車輛速度成為關(guān)鍵因素。 

一般情況下進(jìn)入自救車道的失控車輛速度為100km/h~120km/h，最高可達(dá)到150km/h，因此對(duì)應(yīng)的引道設(shè)置長度為83m~100m，最長可設(shè)置125m。 

當(dāng)然，地形條件允許的情況下引道長度越長越有利于失控車輛自救，因此需要結(jié)合實(shí)際地形條件調(diào)整引道的設(shè)置長度。 

2.2 制動(dòng)坡道寬度研究 

制動(dòng)坡道寬度的影響因素主要包括失控車輛的車寬、是否考慮兩輛以上車輛同時(shí)自救，地形條件以及工程造價(jià)等方面。 

依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、論文、叢書等資料，已經(jīng)對(duì)制動(dòng)坡道的寬度設(shè)置范圍提出了一個(gè)較明確的規(guī)定，即4.5米~8米，在這個(gè)范圍內(nèi)制動(dòng)坡道的寬度越寬越好。同時(shí)，國外調(diào)研資料表明同時(shí)兩輛車輛進(jìn)入自救車道避險(xiǎn)的情況是少見的，若考慮同時(shí)兩輛車輛避險(xiǎn)的情況時(shí)，制動(dòng)坡道寬度的建議值是9米~12米。 

但同時(shí)允許兩輛或更多車輛在短時(shí)間內(nèi)相繼進(jìn)入避險(xiǎn)車道，如果附屬設(shè)施、引導(dǎo)設(shè)施設(shè)置不完備，而此時(shí)駛?cè)胲囕v的司機(jī)往往又處于高度緊張慌亂之中，車輛在失控狀態(tài)下造成二次事故的概率會(huì)加大。因此，建議只考慮按一輛貨車駛?cè)氡茈U(xiǎn)車道的情形來確定自救車道的寬度，即制動(dòng)坡道的寬度范圍是4.5米~8米。假使存在需要停放兩輛或更多車輛的情況，推薦采用在附近另設(shè)一處避險(xiǎn)車道的方案。 

2.3 服務(wù)車道研究 

在地形條件允許的情況下，建設(shè)自救車道時(shí)，配套建設(shè)服務(wù)車道是很有必要的。 

服務(wù)車道除了可以提高施救的便利性外，其設(shè)置位置不同也對(duì)自救車道的安全性產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)服務(wù)車道設(shè)置在自救車道左側(cè)時(shí)，可以使自救車道的制動(dòng)路床更加遠(yuǎn)離行車主線，失控車輛進(jìn)入自救車道自救時(shí)對(duì)主線行駛的正常車輛干擾較��；當(dāng)服務(wù)車道設(shè)置在自救車道右側(cè)時(shí)，由于服務(wù)車道與主線的角度更大，失控車輛誤入服務(wù)車道的概率降低。 

服務(wù)車道的寬度主要取決于施救時(shí)所使用的大型清障車、拖車或吊車的車輛參數(shù)，車輛寬度是一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)我們對(duì)國內(nèi)生產(chǎn)大型清障車、起重機(jī)廠家的咨詢，具有拖拽或吊起六軸貨車能力的施救車輛車寬一般在3m左右。 

結(jié)合國外資料和國內(nèi)施救車輛的車寬參數(shù)，建議服務(wù)車道的設(shè)置寬度為3.7米~4.3米。 

3. 制動(dòng)失靈車輛自救車道制動(dòng)坡道與主線夾角研究 

國內(nèi)外研究資料表明：當(dāng)主線線形為直線時(shí)，制動(dòng)坡道與主線的夾角是指制動(dòng)坡道的軸線與主線道路軸線的夾角；當(dāng)主線線形為曲線時(shí)，制動(dòng)坡道與主線的夾角是指制動(dòng)坡道的軸線與自救車道起點(diǎn)處對(duì)應(yīng)道路軸線的切線方向的夾角。 

制動(dòng)失效車輛在到達(dá)自救車道前, 受縱向力和橫向力的共同作用。其中, 縱向力主要影響車輛的速度, 使制動(dòng)失效車輛速度越來越大，因此, 縱向力將不作為轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性驗(yàn)證的考慮范圍。而橫向力決定著汽車的橫向穩(wěn)定性, 尤其是汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí), 如果轉(zhuǎn)彎半徑過小, 就會(huì)有橫向滑移甚至橫向傾覆的危險(xiǎn)，因此可以參照正常情況下汽車在平曲線上行駛的特性來分析。 

為使車輛在轉(zhuǎn)向過程中保持較高的穩(wěn)定性，制動(dòng)失靈車輛自救車道與主線間的夾角不應(yīng)大于10°。 

4. 制動(dòng)失靈車輛自救車道制動(dòng)坡道縱坡研究 

依據(jù)國內(nèi)外研究資料，制動(dòng)坡道的縱坡與其長度、集料阻尼系數(shù)密切相關(guān)，確定制動(dòng)坡道的原則一是確保車輛在坡度阻力和集料提供的摩擦阻力的合力作用下在制動(dòng)坡道有效長度內(nèi)安全地停下來，并留有一定的安全系數(shù)；二是制動(dòng)坡道的縱坡對(duì)駕駛員不應(yīng)產(chǎn)生恐懼的心理感受。 

4.1制動(dòng)坡道縱坡與集料的關(guān)系 

根據(jù)相關(guān)研究資料，失控車輛是在坡度阻力和集料提供的摩擦阻力的合力作用下在制動(dòng)坡道有效長度內(nèi)安全地停下來，制動(dòng)坡道長度計(jì)算公式如下： 

l=v2／2g(r+i) 

式中：l為避險(xiǎn)車道的長度，單位m； 

v為進(jìn)入避險(xiǎn)車道時(shí)車輛的行駛速度， 單位m／s； 

r為滾動(dòng)阻力系數(shù)(參見表1)； 

i為避險(xiǎn)車道的坡度值，單位％； 

g為重力加速度，取9.8； 

自救車道坡度與集料的選用應(yīng)滿足減速率為0.2 g～0.5 g的要求。根據(jù)上述公式，則有0.2≤r+i≤0.5，即0.2-r≤i≤0.5-r，當(dāng)確定制動(dòng)坡道的集料后，就可以計(jì)算得到制動(dòng)坡道的縱坡范圍值。例如，當(dāng)集料為豆礫石時(shí)，則制動(dòng)坡道的縱坡范圍值為-0.05≤i≤0.25。 

4.2制動(dòng)坡道縱坡與駕駛員心理的關(guān)系 

經(jīng)過對(duì)部分使用過自救車道的駕駛員的訪談，在車輛發(fā)生剎車失靈后，一般情況下駕駛員的心理是非�？只诺�，需要迅速找到一處可以安全停車的位置進(jìn)行自救，當(dāng)上坡式制動(dòng)坡道的縱坡大于15%時(shí)，視覺上感覺制動(dòng)坡道很陡，“像一面墻一樣”某位駕駛員自述說。因此部分失控車輛的駕駛員會(huì)產(chǎn)生恐懼心理而不敢駛?cè)搿?nbsp;

綜合考慮地形、制動(dòng)床集料、駕駛員心理等因素，建議自救車道制動(dòng)床縱坡的設(shè)置為：礫石類材料不超過15%。 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用pdf形式查看。車輛自救車道線形參數(shù)的研究方法