1、24/24山區高速公路交通工程設計的技術特色張巍漢（交通部公路科學研究所，北京 100088）摘要：依照京珠國道主干線粵境北段高速公路小塘至甘塘段交通工程及沿線設施設計和相關的山區課題研究，提出山區高速公路服務區選址、隧道監控、霧區監控、收費治理、山區供電和交通安全的解決方案，總結山區高速公路交通工程設計的技術特色。關鍵詞：山區；高速公路； 交通工程； 特色The technology characteristic of mountain expressway traffic engineering designZHANG wei-han(HIGHWAY RESEARCH INSTITUTE,

2、MOC，BEIJING 100088）Abstract：According to the design of traffic engineering and roadside facilities of JINGZHU National Highway from Xiaotang to Gantang section and some study about mountain expressway, we give answers about where build service area ;how to manage tunnels; TSC in turbid area; road sa

3、fety in mountain area, sum up the technology characteristic of mountain area expressway traffic engineering design.Key Words：Mountain area; expressway; traffic engineering; characteristic隨著我國高速公路建設事業的飛速進展和西部大開發進展戰略的實施，在經濟不甚發達的山區建設高速公路以帶動當地經濟的進展差不多成為當前公路建設的一項重要任務。這是我國基礎設施建設的重要一環，也是國民經濟建設戰略的需要。然而，山區地形

4、起伏較大，地質和氣候條件復雜，因此山區高速公路往往存在著曲線半徑較小、填、挖方較大、橋隧密布、視距不良等不利于交通安全和交通治理的情況，這就決定了山區高速公路的交通工程設計有其自身的鮮亮特點。下面將選用交通部公路所主持的京珠國道主干線粵境北段高速公路小塘至甘塘段交通工程及沿線設施設計和相關的山區課題研究，總結山區高速公路交通工程設計的技術特色。一、項目概況1.京珠國道主干線粵境北段高速公路小塘至甘塘段北接湖南耒宜高速公路，南接京珠國道粵境南段（甘塘至翁城段），全長109Km。2.路線的K13K85段位于山區，按山嶺區雙向四車道標準設計，計算行車速度80km/h，路基寬度23m，中央分隔帶寬1m

5、。其余路段位于重丘區，計算行車速度100km/h，路基寬度24.5m，中央分隔帶寬2m。3.全線在坪石、梅花、大橋、東田、乳源和韶關設置了六處互通立交，其中梅花互通、大橋互通、東田互通和乳源互通位于山嶺區，立交的進出交通量專門小。4.本路段共設置隧道14處（按單洞計），大橋、特大橋二十余處，近30的路段為橋梁和隧道。二、山嶺區的特點要求在設計中重點解決的問題：1.路線位于粵北山區，曲折穿行于崇山峻嶺之中，層巒疊嶂，起伏變化，導致項目沿線急彎、陡坡屢見不鮮，高填方、深挖方、高擋墻此起彼伏，還存在部分視距受限路段，如何保證行車的交通安全成為一個巨大的考驗。2.橋梁與隧道緊密相連，形成了橋隧橋和隧橋

6、隧的獨特特征。如何在有效地對它們進行監控和治理的同時操縱系統的規模是設計中要重點考慮的問題。3. 京珠粵境高速公路的紅云地區是粵北典型的霧區，一般每年從10月底開始至第二年的1月中旬是濃霧常發期，每次降霧持續時刻一般在四、五天左右，平均每年霧天有120多天。該霧區的氣象特征是降霧范圍比較固定，一般為紅云區段方圓25km左右，往往是山底天氣專門好，山頂濃霧。每次降霧持續時刻長，霧濃度高，能見度不足10m，霧區濕度大，溫度低，冬季偶有結冰。這種氣象特征對高速公路行車安全構成嚴峻威脅，是高速公路惡性交通事故多發區。本路段是隧道群與霧區等條件相結合的區段，確保霧區的行車安全是一個重要問題。另外，高速公

7、路開通后，對霧區形成的阻礙，也是需要長期觀測研究的另一課題。4.基于過境交通為要緊交通流量，某些匝道站的進出流量專門小的交通流特征，如何優化收費治理模式是值得探討的問題。5.山嶺地區人口稀少，城鎮稀疏，經濟不發達，導致高速公路沿線的許多治理、操縱設施的用水、用電十分困難。另外，山嶺地區地勢陡峭，房屋建設沒有場地，這關于一些有人監控所的設置和職員的值班、安全、住宿等十分不利。三、交通工程設計的技術特色1. 治理體制全線設置監控通信收費分中心1處（東田）、服務區2處（云巖、乳源）、停車區2處（小塘、大橋）。在確定治理體制的時候充分考慮了山區高速公路的特點，使之能更有效的發揮治理作用。 依照地形和氣

8、候的特點設置服務設施。本項目高速公路在紅云地區附近急劇爬升后又急劇下降，在路線通過的山頂位置是紅云霧區。霧區兩側服務區的設置示意在服務區選址時，將本路線的兩個服務區云巖服務區和乳源服務區分不設置在紅云霧區兩側爬坡路段的中間，這要緊出于以下考慮：a. 駕駛員在長時刻縱坡路段行駛后專門容易疲勞，車輛也容易發生故障，服務區設置在爬坡路段的中間能夠為上下坡的車輛提供休息、加水、汽修等服務，讓駕駛員能夠恢復疲勞，有利于安全行車。b. 在紅云霧區出現大霧天氣時，能夠讓車輛在服務區臨時停車和避讓。 隧道的集中監控本項目的隧道數量多，如采納傳統的隧道監控所單獨監控方案則面臨著專門多困難：山區野外沒有足夠地形條

9、件設置隧道治理所，而且隧道所人員的值班和安全問題必需考慮。為此，我們對傳統的隧道監控模式和隧道群集中監控模式進行了方案比選，最終采納了隧道群集中監控治理的方案（方案比選內容在監控系統內詳細敘述）。即：在東田設置監控分中心，所有監控外場設備將收集到的信息傳送到監控分中心，監控分中心的命令傳送到各外場顯示設備。如此，取消了隧道監控所這一治理級不，將全線所有隧道作為一個完整的隧道群來考慮，由監控分中心集中治理。這種治理模式在建設期間即可節約2000萬元的投資，而且運營期間的費用也有大幅度下降。 收費區域集中治理因為通過梅花、大橋、東田、乳源互通進出高速公路的交通量專門少。在這種情況下，若采納以收費站

10、為差不多單元的收費治理模式則存在不利于資源的綜合利用、治理人員冗余等缺點。因此我們采納了收費區域集中治理的模式。即依照交通流特征，將若干個收費站劃為一個收費區域，區域內的被合并站的信息、指令、人員住宿、票款均由區域內主站統一治理。通過這種模式，能夠有效的操縱站的規模，減少駐站人員，降低工程造價和運營成本。收費區域集中治理在收費系統中還會給予詳細論述。2. 安全設施交通安全設施是最基礎、最必需的安全防護系統，它關于保障行車準確、安全、快速、舒適，對整個交通工程系統的合理運營起著決定性的作用。關于山區高速公路來講，交通安全設施的地位更是十分重要。為確保高速公路的安全水平，針對山區高速公路的特點，我

11、們在設計中采納了以下的具體對策： 對重點路段（潛在的事故“黑點”路段）加強交通安全操縱。由于地形、地物的限制，山嶺區局部路段的平、縱曲線采納了較低的設計值，平曲線處高大的挖石方斷面有可能導致視距不足，使駕駛員不能正確推斷前方路況。另外，過快的行車速度也是存在較多的潛在事故“黑點”要緊緣故。要解決這些路段的交通安全問題，就要從這兩方面著手。我們在設計中采納了如下設計方案：a. 在合適位置設置適當的交通標志和可變信息標志，重要的標志內容重復多次，向駕駛員提供充分的前方道路的信息，對危險路段進行警告，使駕駛員對路況有正確的心理預期，能夠采取正確的駕駛行為。b. 在危險路段的前方設置減速標線或震動帶，

12、強迫駕駛員降低車速，以安全的速度通過危險路段。通過上述設施能夠有效地將車輛進入危險路段前的駕駛行為操縱在安全許可范圍內，從而降低山區線位和視距本身不足對交通安全的阻礙，提高全線的安全水平。路側護欄山區高速公路的路側情況十分復雜，數十米高的填方路段，高擋墻、懸崖等比比皆是。它們關于沖出路側護欄的失控車輛內的乘員來講是致命的危險，因此有必要在路側情況復雜的路段提高路側護欄的防撞等級，杜絕失控車輛因沖出路外而面臨更大危險的情況。高達數十米的填方路基依照專項實驗的成果，我們確定京珠北段危險路段路側護欄的最小設計碰撞能量為400kJ，那個設計能量值能保證90的失控車輛可不能沖出、沖斷護欄。依照路線的實際

13、情況和潛在事故嚴峻度的評估確定了如下設計原則：a. 填土高度在38m間時采納一般型護欄；b. 填土高度在810m間時采納加強型護欄；c. 填土高度大于10m時采納三波加強型波形梁鋼護欄；d. 在曲線半徑較小的急彎路段和縱坡較大的下坡路段設置三波加強型波形梁鋼護欄；e. 在橋梁及高擋墻路段采納混凝土護欄。其中三波加強型波形梁鋼護欄是首次應用于國內的高速公路，它的研究成果已被納入JTJ-074高速公路交通安全設施設計技術規范，有良好的應用前景。 三波加強型波形梁鋼護欄 隔離柵的設置由于山區山高林密，人跡罕至，而且在高大的挖方路段人、畜均無法進入高速公路用地，在如此的路段無須設置隔離柵。同時考慮到操

14、縱造價的因素，確定了如下設置原則：a. 服務區、互通區、主線收費站場區、停車區采納美觀的電焊網隔離柵；b. 主線路段采納較經濟的刺鐵絲隔離柵輔以綠籬的形式；c. 人、畜均無法進入的險峻山嶺處不設置隔離柵。如此既保證了隔離設施功能的實現，又能夠節約投資用以加強路側護欄的安全防護等級。 中央分隔帶護欄的設置路線山嶺重丘區段的中央分隔帶寬度被壓縮至1m，而且超高路段排水系統還占用了部分中央分隔帶寬度，這就導致了如下問題：a. 若采納常規波形梁護欄必定與埋深較淺的通信管線和中央分隔帶排水系統沖突。b. 中央分隔帶內無法植樹，因此也就無法對對向車輛的眩光問題加以專門好的解決。因此，設計中采納了考慮防眩設

15、施的混凝土護欄。如此，不但能與通信管線和路線排水系統相協調，而且還解決了窄中央分隔帶無法植樹防眩的問題。為便于施工，混凝土護欄采納預制件，在混凝土護欄的頂端設置SMC防眩板。中央分隔帶混凝土護欄的設置 緊急避險車道的設置山區高速公路在坡度較大下坡接平曲線的地點經常發生交通事故，其緣故是通過下坡路段的車輛進入彎道時車速過快，無法順利地轉彎。事故類型差不多為與路側護欄的大角度碰撞，對車內乘員的危害極大。為幸免這種事故的發生，設計中結合地形特點，在長大下坡接平曲線的地點設置了緊急避險車道，即平曲線起點處沿下坡方向設置一處斷頭路段作為避險車道，避險車道上不鋪設面層，代之以沙礫等粗糙度較高的材質，方便剎

16、車，在避險車道端部設置防撞墊以愛護車輛。如此，當車輛因下坡速度過快而無法順利轉彎時能夠駛入避險車道，進行緊急剎車。緊急避險車道的設置3. 監控系統高速公路的監控設施在設計中劃為三個部分，即路段、霧區和隧道。其中最能反映山區高速公路設計特色的是霧區監控和隧道監控。 霧區監控京珠北段紅云霧區的能見度最低時不足10m，對高速公路的行車安全構成了嚴峻威脅，是高速公路惡性交通事故多發區，也是本項目監控系統的重點。依照建設單位要求，對紅云霧區列“高速公路霧區交通安全與監控系統的研究”專題進行研究，將研究成果直接應用于霧區的交通安全和監控措施方案中。正常氣候條件下的霧區能見度大霧天氣時霧區的能見度我院和廣州

17、海洋氣象所對京珠北紅云霧區已進行了兩年多的野外實地連續觀測，取得大量有關霧區成因、霧區特征、霧區范圍、霧區形成與消散等基礎數據，已初步建立了霧區預警預報系統，形成了下列研究成果：a.霧的預測預報方法通過對霧的宏觀結構、微觀結構和阻礙范圍的野外觀測，及該地區霧發生的氣候背景調查，通過數值模式方案研究霧的預測預報方法，提出該霧的阻礙范圍、出現時段、濃度等霧的宏觀、微觀結構特征和概率預報方法。對霧出現和消散的時刻進行中，短期概率預報。為實施霧區交通操縱做好預備。霧區的預測預報需要有大型計算機系統和相應的軟件系統支持，由具有專業技術條件的廣州氣象所將預測預報結果以有償服務方式提供給高速公路治理單位。b

18、.霧檢測技術霧的產生和消散在霧區有一定規律，但確切的時刻是變化的。因此及時發覺或預測形成是霧區交通監控的關鍵。本研究解決要緊的技術問題有：氣象檢測器的布設原則：- 能見度的檢測及推斷門限值的確定；- 霧的產生與消散的短期預測方法等。c.霧區交通操縱措施研究通過檢測發覺霧區之后，如何進行交通操縱和治理是更困難、更帶實質性的問題。其操縱措施要緊有：- 依照能見度和路面濕度或冰凍情況確定安全行車速度和車頭間距，為霧區交通操縱提供依據（行車速度限制、車頭間距限制、關閉與繞行）；- 監控外場設備要緊有可變情報板、可變限速標志、黃色閃光燈、移動標志、固定告警標志、CCTV系統等等。- 霧區交通治理策略，如

19、：告警信息的種類和公布條件；限速值的準則及公布條件；系統運行治理方法；道路封閉的準則及實施方法。d. 霧區交通操縱策略表3-1 交通事件與監控策略序號氣象條件交通流條件監控策略備注1能見度150m無雨、霧、結冰現象服務水平(無交通事故)A、B、C交通法規宣傳等D提醒注意交通安全E限速,通知前方交通擁擠F通知前方交通堵塞2能見度150m無雨、霧、結冰現象交通事故非堵塞限速,通知前方交通事故性質堵塞通知前方交通事故性質依照可能疏散交通的時刻確定嚴峻堵塞通知前方交通事故性質,提示交通分流350m能見度150m(有輕霧)服務水平(無交通事故)A、B、C限速,通知前方有霧,注意行車安全黃色霧燈D、E限速

20、,要求保持適當行車間距黃色霧燈F限速,要求保持適當行車間距黃色霧燈提示交通分流410m能見度50m(濃霧)服務水平(無交通事故)A、B、C限速黃色霧燈交警、路政、急救現場D、E、F限速黃色霧燈強制性保持適當行車間距部分車輛分流5能見度10m(霧幕墻)無交通事故通過CMS、移動標志、路欄等人工指揮,限制車輛進入霧區隧洞口可變標志提早預告6能見度150m交通事故隧道處可變信息標志預告通過CMS、移動標志、活動路欄關閉交通強制車輛從互通立交轉移到地點道路交警、路政、急救現場e. 確定了能見度與車速之間的關系：表3-2 干燥路面能見度與推舉車速表能見度(m)最高限速值(km/h)能見度(m)最高限速值

21、(km/h)303011080404013090505015010070601701009070180110表3-3 潮濕路面能見度與推舉車速表能見度(m)最高限速值(km/h)能見度(m)最高限速值(km/h)303011070403013070504015080705017080906018090該項目已通過廣東省交通廳的中期研究成果鑒定。在設計中以該課題的研究成果為指導采納了以下霧區監控、治理措施：a. 在霧區前方設置靜態的交通標志，提示駕駛員立即進入霧區，應減速慢行。設置可變限速標志，以隨時依照能見度調整限速值，限定車輛以安全的速度通過霧區。b. 在霧區內合適地點設置了多處能見度檢測器

22、和氣象檢測器，采集霧區內不同地段的能見度信息，為依照能見度與車速的關系確定限速具體值提供原始數據。同時將數據通過通信專線傳送給廣州氣象所，供其做霧天的預警預報。c. 在霧區道路兩側依照平曲線半徑以合適間距設置霧燈（黃色），當能見度150m時啟用，使駕駛員在大霧條件下也能正確的確定道路的走向，誘導車輛的正常行駛。d. 在行車道邊緣線上加密突起路標，以使車輛在越過時會發生震動，提示駕駛員回到行車道行駛。e. 在霧區路段加密設置檢測線圈，目的是能依照線圈流量的情況及時發覺交通事故的發生以及發生地點。設置監控外場攝像機用于判定交通事故的規模和類型。為及時的進行事故處理和信息公布提供事實依據。f. 設置

23、可變情報板用以公布誘導交通的實時信息。能夠將廣州氣象站做出的霧天預報及時的公布給駕駛員，在有霧天氣條件下按霧區交通操縱策略來公布適當信息，操縱交通在安全范圍內。通過設置上述動靜結合的交通工程設施能夠提供足夠的信息給駕駛員，操縱車輛在有霧天氣下的行駛。并能對發生的交通事故做出及時的反應，縮短事故后的緊急救援時刻，幸免路段的交通堵塞和二次事故的發生。 隧道群的集中監控特大橋與隧道相連本項目高速公路隧道眾多，而且形成了“橋隧橋”和“隧橋隧”的線形特點，沒有足夠的地形條件為每個隧道設置治理所。因此，我們從數據采集、傳輸、信息提供的可行性與可靠性以及在不同治理模式下出現異常事件應對措施差異的分析，對隧道

24、監控模式進行了兩個方案比選。方案一：隧道群集中監控監控分中心設置在東田，負責全路的監視和運營治理。隧道監控外場設備將收集到的信息直接傳送到監控分中心，監控分中心的命令也直接傳送到各外場顯示設備。也確實是講取消了隧道監控所，改由分中心直接監控。方案二：依照傳統設計經驗，監控分中心設置在東田，負責全路（含隧道）的監視和運營治理。各隧道分不設置監控所。隧道段的監控外場設備將收集到的信息傳送到各自監控所，由監控所負責現場治理業務。監控分中心總體協調和路段監控治理業務。方案比選a.因隧道監控相當復雜，監控所值班人員、設備維護人員的配置、培訓、值班、安全、住宿問題是設置治理機構難以解決的問題。b.配置一個

25、監控所設備需250-300萬元，隧道因操縱復雜，軟件費更多，約150-200萬元左右，方案一可省去7個監控所，節約工程投資約2200萬元。但監控分中心軟件和設備費雖相應增加，但幅度可不能太大，一般約增加200-300萬元。c.一般高速公路建成后，先開通運行，后上監控設施。而道路開通隧道即應開始運營，在每隧道口分不設監控站可保證隧道監控早于全路監控系統開通，從而保證全路的開通運營。然而，京珠北建設方要求所有機電設施在通車伊始就要全部投入使用，因此集中監控的模式在本項目中不存在監控系統運營滯后于通車的情況。通過比選后，我們認為隧道群集中監控方案能夠有效的對隧道進行監控治理，節約大量的投資，而且更適

26、于本項目山區高速公路的特點。因此，采納了方案一，立即全線的所有隧道作為一個隧道群來考慮，并由設在東田的監控分中心集中監控、治理的模式。4. 通信系統 通信管道目前國內高速公路上通信管道通常采納HDPE雙壁波浪管和HDPE硅芯管兩種管材，考慮到造價和工期的因素采納了HDPE硅芯管。這是因為：a. 雙壁波浪管較脆，而且由于穿纜施工工藝的限制，必須以百米為間距設置通信人井，而人井的尺寸大于一米寬的中央分隔帶，人井處的超高縱向排水溝會受到阻礙。因此若采納HDPE雙壁波浪管中央分隔帶的縱向排水系統會被大量的人井分割的支離破裂，是十分不利的。由于硅芯管采納氣吹法穿纜施工，人井間距在1km以上，選用硅芯管作

27、為通信管道的材質能夠極大的減少通信人井的數量，愛護中央分隔帶排水系統。b. 相同容量下雙壁波浪管的管徑較大，開挖量要比硅芯管要高，而在山區路段，埋設通信管道不可幸免的要開挖大量石方。因此，采納硅芯管能夠大量減少開挖量，降低造價。c. 采納硅芯管人井數量少，氣吹法施工施工速度快，能夠大量縮減工期。 臨時移動通信網因為路線所在的地區經濟不發達，項目先期幾乎沒有通訊線路，加上山勢起伏劇烈，公網的通信網絡也不能完全覆蓋，這給路線的施工和建設帶來了相當難度。為解決那個問題，在施工期間架設了一個臨時的移動通信網絡，供施工期間各部門聯系之用。在項目建成通車之后，這套移動通信系統仍然能夠作為一個輔助系統接著發揮作用。5. 收費系統路線兩側的山區經濟不發達，要緊的交通流是湖南至廣州的過境車輛，通過互通進出高速公路的交通量專門少。在這種情況下，若采納以收費站為差不多單元的收費治理模式，即不管收費站流量大小、規模大小，相距遠近，均按每一收費站為主體配置收費站計算機、閉路電視系統及相應的運營治理人員，收費站房、收費員值班休息房