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路人@行者

一个散漫的路人,欣赏一路的风景; 一个匆匆的行者,收罗行走的乐趣......

 
 
 

日志

 
 

[原创] 超长连续纵坡行车安全关键技术(50P)  

2015-11-13 00:06:28|  分类: 10高速公路 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  估计中国公路学会的颜值爆表了——一个“全国公路建设管理与技术创新交流会”,不光参加人员早已爆棚,而且会议议程堪称爆表!想当初,这个雅西高速公路在建设之初真没有哪个领导和专家愿意如此关注!感叹其原因,其实大家都心知肚明,这是一项不可能实现的工程——谁知道哪天这个工程会在地震泥石流等自然灾害面前轰然倒下(后来不是连续遭遇了汶川大地震雅安大地震)?又有谁知道这个项目建成后会不会被人描绘成魔鬼公路死亡之路(之前国内、国外那些长大纵坡高速公路又有哪一条逃脱过这一宿命)?如今雅西高速公路已经通车三年有余,它不光经历了汶川大地震雅安大地震特大泥石流等严峻考验,而且以连续51公里平均3%的超长连续纵坡实现了交通事故死亡率远低于国内外类似项目安全水平的目标!
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  想当初,2003年国家公布的29处危险路段中有16处与长大纵坡有关。
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  2013年公安部再次公布全国十大危险路段,又有七处与长大纵坡有关。为何长大纵坡路段始终是重大交通事故高发路段?如何有效改善其安全性能?这是一个令人棘手的世界难题!横断山脉深处,京昆国家高速公路的成都至雅安、西昌至攀枝花段相继通车,而雅安至西昌之间,横亘着泥巴山和托乌山,尤其大渡河谷到菩萨岗路段,不到38公里的直线距离需要克服2000多米的自然高差,高速公路能否建设、如何建设,备受瞩目。
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  雅西高速公路由四川盆地边缘向横断山区高地爬升,沿南丝绸之路穿越中国大西南地质灾害频发的深山峡谷地区,地形条件极其险峻,地质结构极其复杂,气候条件极为多变,生态环境极其脆弱,建设条件极其艰苦、安全营运难度极大,被国内外专家学者公认为国内乃至全世界自然环境最恶劣、工程难度最大、科技含量最高的山区高速公路。雅西高速公路还跨越岷江、大渡河、金沙江等水系和12条地震断裂带,整条高速公路展布在横断山脉的崇山峻岭之间,山峦重叠,地势险峻,被称作“天梯高速”、“云端上的高速公路”、“逆天工程”。
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  雅西高速的通车,实现了京昆国家高速公路四川境内全线贯通,更将成都平原和攀西裂谷紧紧联系在一起。它将为四川经济的又一次腾飞插上翅膀,实现成都都市群和攀西城市的联合,为攀枝花、西昌等地的地方经济带来机遇和发展空间。同时也为四川攀西旅游带来展示的机会,吸引更多的投资资源,向世人展示攀西独特的人文风情、阳光资源。攀枝花地金沙江漂流、红格温泉、冬季阳光,凉山的螺髻山、邛海、大渡河等景点等候你的到来。
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  “蜀道难,难于上青天”!古往今来,在这里修路,每每令人为之色变——
  2000年前,茶马古道从这里经过,修路之艰,被感叹是“世界最残忍的劳动”;70年前,乐西公路从这里经过,平均每50米就有一个生命倒下;40年前,“大山肚子里掏出来的铁路”成昆铁路从这里经过,每公里就有两三名建设者殉难……
  雅西高速公路建设的超高难度,同样让人依然唏嘘不已:
  这里,山高谷深,川大流急——从成都平原到西攀高原,沿途山势陡峭、奇峰耸立、深涧密布、沟壑纵横,名副其实“尽过奇绝处”;
  这里,绝无仅有的天梯高速——面对堪比“五岳”中的任何山峰都高的相对高差,竟然要求汽车高速攀升,从谷底直冲云霄……

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  这条路盘桓在我国大西南地质灾害频发地区,北邻著名的龙门山断裂带,南接安宁河断裂带,“沿途共穿越12条地震断裂带,地震烈度高达7至9度,不良地质病害多达80余处,复杂到可以作为一本地质百科全书。”尤为可怕的是,工程开工建设的第一年,雅西高速公路就遭遇了7.8级的汶川大地震;工程建成通车后的第一年,它又再次经受了7.0级的雅安芦山大地震考验!世界任何一个超级工程,有哪一个能安然接受如此严酷的现实?
  伴随海拔变化,途经区域内,多雨多雾区、干旱河谷区、中雨区并存。此外,还存在季节性冰冻积雪、浓雾、强暴雨等不良气候。控制性工程干海子特大桥,因为高海拔地区,冰雪、暴雨大雾时间长,正常施工期一年只有100多天!雅西高速虽然巧妙地穿越了泥巴山、拖乌山两座大山,但仍然存在冬季路面结冰隐患,在营运安全保障方面,雅西高速也采取了很多高科技措施,比如冬季结冰结雪路段可以提前24小时作出预报,进而提前采取融雪融冰措施,保障路面安全。事实上,这也是个首创。

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  幸之甚者,这个项目的研究工作从线形质量评价、沥青路面设计、螺旋隧道安全控制、安全设施研发和行车安全对策等五个方向展开,直面山区高速公路超长连续纵坡行车安全关键技术,在设计理论、工程技术、设备装备和示范工程建设等四个方面取得了一系列崭新的创新成果。
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  有关成果的技术内容、主要参数及经济指标如下。
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  研究者基于汽车动力性能,构建了超长连续上坡路段坡长、坡度与运行速度的关系模型,形成了不同纵坡条件下的汽车上坡等速线,为其纵断面设计提供了理论依据;在《公路项目安全性评价指南》基础上完善了超长连续下坡路段车辆的运行速度和速度协调性评价方法;建立了超长连续下坡路段线形质量与亿车公里事故率关系模型及线形连续的检验方法;建立了超长连续下坡路段线形质量与驾驶员视觉特性指标关系模型及线形连续的检验方法;建立了山区高速公路路基或桥梁方案的选择模型,对山区地形选线时是采用路基还是桥梁方案进行判别;结合雅泸高速公路连续51.2公里升坡克服1518米高差这一难题,首创高速公路双螺旋隧道展线技术和隧道穿越高原湿地技术。
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  理论创新方面,我们首先基于汽车动力性能,构建了坡长、坡度与行驶速度关系模型,形成了不同纵坡条件下的汽车上坡等速线,为其纵断面设计奠定了理论基础。
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  在《公路项目安全性评价指南》基础上完善了超长连续下坡路段车辆的运行速度和速度协调性评价方法。
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  建立了超长连续下坡路段线形质量与亿车公里事故率关系模型及线形连续的检验方法。其中连形连续性指标,不仅包括平纵面线形的弯曲度,还包括弯曲度的变化程度等指标!
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  现行公路规范以汽车行驶理论为基础,但交通事故大多与驾驶员操作不当有关。为此,项目组利用模拟驾驶舱建立了基于驾驶员心率增量、视觉运动频率、驾驶员注视道路时间的平曲线临界半径模型,为其平面设计提供了依据。
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  不仅建立了超长连续下坡路段线形质量与驾驶员视觉特性指标关系模型及线形连续的检验方法,而且建立了山区高速公路路基或桥梁方案的选择模型,对山区地形选线时是采用路基还是桥梁方案进行判别。
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  结合雅西高速连续51.2公里升坡克服1518米高差这一难题,首创高速公路双螺旋隧道展线技术和隧道穿越高原湿地技术。
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  下面这张图怎么出现了错别字?不过,你知道海拔在2500m以上的地区修高速公路,如果连续纵坡能够从3.52%/3760m变成1.32%/3940m,同时平曲线半径从250m变到400m以上的意义么???
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  关于路面:改进了车辙试验机,使其荷载可调、试验轮往复碾压速度可调、试件厚度可调、试件内部温度可调;提出了非标准速度的车辙试验时长和动稳定度计算公式修正方法;提出了推算全厚式车辙动稳定度公式,计算了沥青面层结构整体的动稳定度控制标准;开展了不同速度条件下的车辙试验,得到了不同速度时沥青混合料动稳定度控制标准;提出了新的沥青路面抗车辙性能评价指标(结构整体动稳定度)和抗车辙性能评价方法;提出了超长连续下坡沥青路面的抗滑性能评价指标:设计年限末期的摆值或构造深度;基于抗滑疲劳方程提出了抗滑轴载等效换算方法并提出了沥青路面抗滑性能预测方法。
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  也许,对于超长连续纵坡路段,我们的车辙试验机也没有考虑这一特殊行驶条件,那又凭什么去谈试验结果、设计假定、设计参数、设计方法和路面结构?不是吗?
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  关于螺旋隧道:建立了高速公路螺旋型曲线隧道行车安全预防控制措施:获得高速公路小半径螺旋隧道内停车视距确定方法及断面加宽方法发明专利;提出了螺旋隧道设计参数;提出了螺旋隧道行车安全预防控制措施。建立了高速公路螺旋型曲线隧道营运通风设计方法:获得了螺旋隧道通风沿程阻力确定方法的发明专利;建立了螺旋隧道通风沿程阻力计算方法;应用动网格技术建立了螺旋隧道内汽车交通风计算方法;确定了射流风机横断面安装参数;确定了射流风机组纵向布置间距。开发了高速公路螺旋型曲线隧道交通事件应急响应技术。建立了高速公路螺旋型曲线隧道火灾疏散模式并开发了相应的救援技术。
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  首创了双螺旋隧道展线技术,其中高速公路小半径螺旋隧道内停车视距确定方法及断面加宽方法获发明专利。看了上面的介绍,你明白为什么螺旋隧道平曲线半径取600米的原因么?
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  建立了不同半径螺旋隧道通风沿程阻力、汽车交通风的计算方法及其适用条件;确定了射流风机的横断面安装参数及纵向布置间距。其实,螺旋隧道的风机安放与一般隧道是完全不一样的!
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  提出了高速公路螺旋型曲线隧道行车安全预防控制措施,提出了螺旋型曲线隧道交通安全风险评估指标体系及评估方法。
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  关于安全设施:基于网索结构强度与功能、车辆安全与运行状态、乘员风险,提出了网索避险车道安全评价标准。对主索钢丝绳出绳速度、车辆质量、车辆速度以及阻尼器输出阻尼力关系进行系统研究,为网索避险车道阻尼器结构设计优化提供了理论基础。创新开发了设置凸轮、摩擦片、制动盘、滑动刹车系统和碟片弹簧等构件的输出阻尼力稳定可调、可重复使用的盘式制动阻尼器。首次提出并研发了设置盘式制动阻尼器的网索避险车道,经实车试验验证其防护能量达到21219kJ、制动失灵车辆停止距离控制在70m以内。首次将钢管构件变形吸能原理用于连续长下坡路段减速护栏的设计中。创新开发了以钢管吸能梁为主的具有防撞功能和减速功能的组合式护栏结构,其防撞等级达到SS级。
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  下坡方向汽车制动失灵事故经常发生,但公路受地形制约无法提供充足的避险场所。为此,项目组基于网索式避险车道设想,首次制订了综合考虑人、车、路三者需求的安全评价标准——基于网索结构强度与功能、车辆安全与运行状态、乘员风险的避险车道安全评价标准。
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  对主索钢丝绳出绳速度、车辆质量、车辆速度以及阻尼器输出阻尼力关系进行系统研究,为网索避险车道阻尼器结构设计优化提供了理论基础。
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  创新开发了设置凸轮、摩擦片、制动盘、滑动刹车系统和碟片弹簧等构件的输出阻尼力稳定可调、可重复使用的盘式制动阻尼器。
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  首次提出并研发了设置盘式制动阻尼器的网索避险车道,经实车试验验证其防护能量达到21219kJ、制动失灵车辆停止距离控制在70m以内。
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  首次将钢管构件变形吸能原理用于连续长下坡路段减速护栏的设计中。
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  关于安全评价与管理对策:对多省典型山区高速公路连续长下坡路段进行了现场踏勘和问卷调查。采集了运行速度和线形数据,建立了连续长下坡路段大货车和小客车运行速度预测模型。通过实车试验,采集了驾驶员生理指标、运行速度和线形数据,建立了连续长下坡路段驾驶负荷预测模型。利用刹车毂温度预测模型,提出了连续长下坡路段坡长选择和缓坡设置原则。建立了连续长下坡路段基于运行速度、驾驶员负荷和三维动态动态视距的综合安全评价技术。基于管理区段划分方法,提出了超长下坡路段不同区段的综合安全保障技术。
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  对多省典型山区高速公路连续长下坡路段进行现场踏勘和问卷调查。考虑国内货车车况相对较差、货车驾驶员文化水平不高等特征,在采取安全技术措施的同时,应采取配套的安全管理措施,以保障其实施效果。
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  采集了运行速度和线形数据,建立了连续长下坡路段大货车和小客车运行速度预测模型。
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  通过实车试验,采集了驾驶员生理指标、运行速度和线形数据,建立了连续长下坡路段驾驶负荷度预测模型。
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  利用刹车毂温度预测模型,提出了连续长下坡路段坡长选择和缓坡设置原则。长期以来,设计规范基于非机动车爬坡考虑,一直要求在长大纵坡中间设置缓坡段,但这必然导致陡坡段行车条件恶化。为此,项目组基于制动器温升变化规律,提出高速公路应取消缓坡段,实践表明,这一技术明显改善了公路安全性能。
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  构建了山区高速公路超长连续下坡路段运行速度、驾驶员负荷、三维动态视距的安全评价指标体系。高速公路超长连续纵坡路段如何开展安全评价,国内外很少研究,项目组在驾驶员负荷度理论研究基础上,构建了一种新的安全评价指标体系,为科学评估设计指标的安全性和防护措施的合理性提供了技术支撑。
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  基于管理区段划分方法,提出了山区高速公路超长连续下坡路段不同区段综合安全保障技术。
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  项目第一依托工程——四川省雅安至西昌高速公路于2012年4月建成,目前已成为交通运输部的科技示范项目和勘察设计典型示范工程。
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  项目第二依托工程——湖南省吉首至茶洞高速公路于2012年3月建成,该项目是交通运输部首批勘察设计典型示范工程。也许你听说过矮寨悬索桥,但你是否知道她位于连续15km平均纵坡3%的长大纵坡路段,你是否知道,就是这么一座千米级的特大桥,其242+1176+116=1534米的主跨路段,其直线长度仅844米,而小半径曲线路段竟然占到45%!
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  雅西高速公路的成功修建,将连续纵坡记录从15公里提升到51公里,一次性克服高差从不到500米提升到1500多米,同时事故死亡率降低90%以上,其社会效益无法估量。
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  交通运输部周海涛总工认为“特长隧道外加螺旋隧道,长大纵坡外加冰雪天气,世界范围内,几乎没有任何先例可借鉴,每一步都是摸索前行。”中国工程院郑皆连院士评价 “没有大智慧、大魄力,想完成这样一项逆天工程,根本不可能。”
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  2012年8月李盛霖部长视察雅西高速公路后感言:“这个双螺旋小半径曲线型隧道,欧洲人没修过,美国人没修过,就是要让他们看看,这条路大大地提升了我们国家的交通科技形象”
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  尤为感谢这条高速公路建设者的精心修建、管理者的用心呵护、沿线群众及司乘人员的衷心理解。这是一条云端高速,这是一项逆天工程,她连通了富饶的成都平原的血脉,她牵动者美丽的攀西高原的神经,由四川盆地边缘向横断山区高地爬升的雅西高速公路,沿着古老的南丝绸之路、百变的景观大道318国道穿越了我国大西南地质灾害频发的深山峡谷地区,是国内乃至全世界自然环境最恶劣、工程难度最大、科技含量最高的山区高速公路!
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  雅西高速公路拥有全长10km、最大埋深1650米的大相岭隧道是目前西南地区最长、我国埋深最大的特大隧道;全长1811米、主墩高183米的腊八斤特大桥拥有目前世界同类型最高桥墩;实现了在2.9公里的“V”形峡谷范围内连续爬升350米的干海子和铁寨子双螺旋隧道为国际首创的双螺旋小半径曲线型隧道;有如巨无霸“过山车”一般的干海子特大桥是国内公路建设史上首创的钢管桁架连续梁轻型桥梁;海拔高达2445m的拖乌山菩萨岗隧道是世界上第一座下穿高原湿地的高速公路隧道;还有从石棉至拖乌山菩萨岗隧道的连续51公里超长连续纵坡......在人类工程史上,我们创造了一个奇迹!为了这个奇迹,多少人曾苦思冥想、寻找着进一步改善的机会,多少人曾默默奉献、挑战着恶劣的地形地质和气象条件,多少人曾苦苦等待、等待这条高速公路载着她们的梦想走向远方......
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