山区高速公路交通工程设计的技术特色

山区高速公路交通工程设计的技术特色1山区高速公路交通工程设计的技术特色张巍汉（交通部公路科学研究所，北京100088）摘要：根据京珠国道主干线粤境北段高速公路小塘至甘塘段交通工程及沿线设施设计和相关的山区课题研究，提出山区高速公路服务区选址、隧道监控、雾区监控、收费管理、山区供电和交通安全的解决方案，总结山区高速公路交通工程设计的技术特色。关键词：山区；高速公路；交通工程；特色ThetechnologycharacteristicofmountainexpresswaytrafficengineeringdesignZHANGwei-han(HIGHWAYRESEARCHINSTITUTE,MOC，BEIJING100088）Abstract：AccordingtothedesignoftrafficengineeringandroadsidefacilitiesofJINGZHUNationalHighwayfromXiaotangtoGantangsectionandsomestudyaboutmountainexpressway,wegiveanswersaboutwherebuildservicearea;howtomanagetunnels;TSCinturbidarea;roadsafetyinmountainarea,sumupthetechnologycharacteristicofmountainareaexpresswaytrafficengineeringdesign.KeyWords：Mountainarea;expressway;trafficengineering;characteristic随着我国高速公路建设事业的飞速发展和西部大开发发展战略的实施，在经济不甚发达的山区建设高速公路以带动当地经济的发展已经成为当前公路建设的一项重要任务。这是我国基础设施建设的重要一环，也是国民经济建设战略的需要。但是，山区地形起伏较大，地质和气候条件复杂，因此山区高速公路往往存在着曲线半径较小、填、挖方较大、桥隧密布、视距不良等不利于交通安全和交通管理的情况，这就决定了山区高速公路的交通工程设计有其自身的鲜明特点。下面将选用交通部公路所主持的京珠国道主干线粤境北段高速公路小塘至甘塘段交通工程及沿线设施设计和相关的山区课题研究，总结山区高速公路交通工程设计的技术特色。一、项目概况1.京珠国道主干线粤境北段高速公路小塘至甘塘段北接湖南耒宜高速公路，南接京珠国道粤境南段（甘塘至翁城段），全长109Km。2.路线的K13～K85段位于山区，按山岭区双向四车道标准设计，计算行车速度80km/h，路基宽度23m，中央分隔带宽1m。其余路段位于重丘区，计算行车速度100km/h，路基宽度24.5m，中央分隔带宽2m。3.全线在坪石、梅花、大桥、东田、乳源和韶关设置了六处互通立交，山区高速公路交通工程设计的技术特色2其中梅花互通、大桥互通、东田互通和乳源互通位于山岭区，立交的进出交通量很小。4.本路段共设置隧道14处（按单洞计），大桥、特大桥二十余处，近30％的路段为桥梁和隧道。二、山岭区的特点要求在设计中重点解决的问题：1.路线位于粤北山区，蜿蜒穿行于崇山峻岭之中，层峦叠嶂，起伏变化，导致项目沿线急弯、陡坡屡见不鲜，高填方、深挖方、高挡墙此起彼伏，还存在部分视距受限路段，如何保证行车的交通安全成为一个巨大的考验。2.桥梁与隧道紧密相连，形成了桥～隧～桥和隧～桥～隧的独特特征。如何在有效地对它们进行监控和管理的同时控制系统的规模是设计中要重点考虑的问题。3.京珠粤境高速公路的红云地区是粤北典型的雾区，一般每年从10月底开始至第二年的1月中旬是浓雾常发期，每次降雾持续时间一般在四、五天左右，平均每年雾天有120多天。该雾区的气象特征是降雾范围比较固定，一般为红云区段方圆25km左右，往往是山底天气很好，山顶浓雾。每次降雾持续时间长，雾浓度高，能见度不足10m，雾区湿度大，温度低，冬季偶有结冰。这种气象特征对高速公路行车安全构成严重威胁，是高速公路恶性交通事故多发区。本路段是隧道群与雾区等条件相结合的区段，确保雾区的行车安全是一个重要问题。另外，高速公路开通后，对雾区形成的影响，也是需要长期观测研究的另一课题。4.基于过境交通为主要交通流量，某些匝道站的进出流量很小的交通流特征，如何优化收费管理模式是值得探讨的问题。5.山岭地区人口稀少，城镇稀疏，经济不发达，导致高速公路沿线的许多管理、控制设施的用水、用电十分困难。另外，山岭地区地势陡峭，房屋建设没有场地，这对于一些有人监控所的设置和员工的值班、安全、住宿等十分不利。三、交通工程设计的技术特色1.管理体制全线设置监控通信收费分中心1处（东田）、服务区2处（云岩、乳源）、停车区2处（小塘、大桥）。在确定管理体制的时候充分考虑了山区高速公路的特点，使之能更有效的发挥管理作用。①根据地形和气候的特点设置服务设施。本项目高速公路在红云地区附近急剧爬升后又急剧下降，在路线经过的山顶位置是红云雾区。山区高速公路交通工程设计的技术特色3雾区两侧服务区的设置示意在服务区选址时，将本路线的两个服务区云岩服务区和乳源服务区分别设置在红云雾区两侧爬坡路段的中间，这主要出于以下考虑：a.驾驶员在长时间纵坡路段行驶后很容易疲劳，车辆也容易发生故障，服务区设置在爬坡路段的中间可以为上下坡的车辆提供休息、加水、汽修等服务，让驾驶员可以恢复疲劳，有利于安全行车。b.在红云雾区出现大雾天气时，可以让车辆在服务区临时停车和避让。②隧道的集中监控本项目的隧道数量多，如采用传统的隧道监控所单独监控方案则面临着很多困难：山区野外没有足够地形条件设置隧道管理所，而且隧道所人员的值班和安全问题必需考虑。为此，我们对传统的隧道监控模式和隧道群集中监控模式进行了方案比选，最终采用了隧道群集中监控管理的方案（方案比选内容在监控系统内详细叙述）。即：在东田设置监控分中心，所有监控外场设备将收集到的信息传送到监控分中心，监控分中心的命令传送到各外场显示设备。这样，取消了隧道监控所这一管理级别，将全线所有隧道作为一个完整的隧道群来考虑，由监控分中心集中管理。这种管理模式在建设期间即可节省2000万元的投资，而且运营期间的费用也有大幅度下降。③收费区域集中管理因为通过梅花、大桥、东田、乳源互通进出高速公路的交通量很少。在这种情况下，若采用以收费站为基本单元的收费管理模式则存在不利于资源的综合利用、管理人员冗余等缺点。因此我们采用了收费区域集中管理的模式。即根据交通流特征，将若干个收费站划为一个收费区域，区域内的被合并站的信息、指令、人员住宿、票款均由区域内主站统一管理。通过这种模式，能够有效的控制站的规模，减少驻站人员，降低工程造价和运营成本。收费区域集中管理在收费系统中还会给予详细论述。2.安全设施交通安全设施是最基础、最必需的安全防护系统，它对于保障行车准确、安全、快速、舒适，对整个交通工程系统的合理运营起着决定性的作用。对于山区高速公路来说，交通安全设施的地位更是十分重要。为确保高速公路的安全水平，针对山区高速公路的特点，我们在设计中采用了以下的具体对策：①对重点路段（潜在的事故“黑点”路段）加强交通安全控制。由于地形、地物的限制，山岭区局部路段的平、纵曲线采用了较低的设计值，平曲线处高大的挖石方断面有可能导致视距不足，使驾驶员不能正确判断前方路况。另外，过快的行车速度也是存在较多的潜在事故“黑点”主要原因。要解决这些路段的交通安全问题，就要从这两方面着手。我们在设计中采用了如下设计方案：a.在合适位置设置适当的交通标志和可变信息标志，重要的标志内容重复多次，向驾驶员提供充分的前方道路的信息，对危险路段进行警告，使驾驶员对路况有正确的心理预期，能够采取正确的驾驶行为。山区高速公路交通工程设计的技术特色4b.在危险路段的前方设置减速标线或震动带，强迫驾驶员降低车速，以安全的速度通过危险路段。通过上述设施能够有效地将车辆进入危险路段前的驾驶行为控制在安全许可范围内，从而降低山区线位和视距本身不足对交通安全的影响，提高全线的安全水平。②路侧护栏山区高速公路的路侧情况十分复杂，数十米高的填方路段，高挡墙、陡崖等比比皆是。它们对于冲出路侧护栏的失控车辆内的乘员来说是致命的危险，因此有必要在路侧情况复杂的路段提高路侧护栏的防撞等级，杜绝失控车辆因冲出路外而面临更大危险的情况。高达数十米的填方路基根据专项实验的成果，我们确定京珠北段危险路段路侧护栏的最小设计碰撞能量为400kJ，这个设计能量值能保证90％的失控车辆不会冲出、冲断护栏。根据路线的实际情况和潜在事故严重度的评估确定了如下设计原则：a.填土高度在3～8m间时采用普通型护栏；b.填土高度在8～10m间时采用加强型护栏；c.填土高度大于10m时采用三波加强型波形梁钢护栏；d.在曲线半径较小的急弯路段和纵坡较大的下坡路段设置三波加强型波形梁钢护栏；e.在桥梁及高挡墙路段采用混凝土护栏。其中三波加强型波形梁钢护栏是首次应用于国内的高速公路，它的研究成果已被纳入JTJ-074《高速公路交通安全设施设计技术规范》，有良好的应用前景。山区高速公路交通工程设计的技术特色5三波加强型波形梁钢护栏③隔离栅的设置由于山区山高林密，人迹罕至，而且在高大的挖方路段人、畜均无法进入高速公路用地，在这样的路段无须设置隔离栅。同时考虑到控制造价的因素，确定了如下设置原则：a.服务区、互通区、主线收费站场区、停车区采用美观的电焊网隔离栅；b.主线路段采用较经济的刺铁丝隔离栅辅以绿篱的形式；c.人、畜均无法进入的险峻山岭处不设置隔离栅。这样既保证了隔离设施功能的实现，又可以节约投资用以加强路侧护栏的安全防护等级。④中央分隔带护栏的设置路线山岭重丘区段的中央分隔带宽度被压缩至1m，而且超高路段排水系统还占用了部分中央分隔带宽度，这就导致了如下问题：a.若采用常规波形梁护栏必然与埋深较浅的通信管线和中央分隔带排水系统冲突。b.中央分隔带内无法植树，因此也就无法对对向车辆的眩光问题加以很好的解决。因此，设计中采用了考虑防眩设施的混凝土护栏。这样，不但能与通信管线和路线排水系统相协调，而且还解决了窄中央分隔带无法植树防眩的问题。为便于施工，混凝土护栏采用预制件，在混凝土护栏的顶端设置SMC防眩板。山区高速公路交通工程设计的技术特色6中央分隔带混凝土护栏的设置⑤紧急避险车道的设置山区高速公路在坡度较大下坡接平曲线的地方经常发生交通事故，其原因是经过下坡路段的车辆进入弯道时车速过快，无法顺利地转弯。事故类型基本为与路侧护栏的大角度碰撞，对车内乘员的危害极大。为避免这种事故的发生，设计中结合地形特点，在长大下坡接平曲线的地方设置了紧急避险车道，即平曲线起点处沿下坡方向设置一处断头路段作为避险车道，避险车道上不铺设面层，代之以沙砾等粗糙度较高的材质，方便刹车，在避险车道端部设置防撞垫以保护车辆。这样，当车辆因下坡速度过快而无法顺利转弯时可以驶入避险车道，进行紧急刹车。紧急避险车道的设置3.监控系统高速公路的监控设施在设计中划为三个部分，即路段、雾区和隧道。其中最能反映山区高速公路设计特色的是雾区监控和隧道监控。①雾区监控京珠北段红云雾区的能见度最低时不足10m，对高速公路的行车安全构成了严重威胁，是高速公路恶性交通事故多发区，也是本项目监控系统的重点。根据建设单位要求，对红云雾区列“高速公路雾区交通安全山区高速公路交通工程设计的技术特色7与监控系统的研究”专题进行研究，将研究成果直接应用于雾区的交通安全和监控措施方案中。正常气候条件下的雾区能见度大雾天气时雾区的能见度我院和广州海洋气象所对京珠北红云雾区已进行了两年多的野外实地连续观测，取得大量有关雾区成因、雾区特征、雾区范围、雾区形成与消散等基础数据，已初步建立了雾区预警预报系统，形成了下列研究成果：a.雾的预测预报方法通过对雾的宏观结构、微观结构和影响范围的野外观测，及该地区雾发生的气候背景调查，通过数值模式方案研究雾的预测预报方法，提出该雾的影响范围、出现时段、浓度