第十二章长大下坡路段安全处置技术
第一节概述
据统计，中国的山地丘陵约占全国土地总面积的 43%, 而山区公路克服高差展线，不可避免存在连续下坡。事故统计分析表明，无论是一般公路还是高速公路，连续下坡路段事故高发，且重、特大事故占较高的比例。虽然发生在山区公路的交通事故占全国交通事故的比例不大，但多为死伤的重特大交通事故。
由于地形、地质、水文等自然条件复杂，且生态环境制约大，山区公路往往存在坡度大、坡道长的连续长大下坡路段。与长下坡道路相关的交通事故占山区交通事故总数的 40% 。长下坡路段重特大交通事故发生率高，面临着严峻的交通安全形势。当前，车辆严重超载是我国长下坡路段重特大交通事故发生的主要原因，但也与特定的长下坡道路线形等密切相关。
我国现有技术规范没有对长下坡线形做出明确的定义。本书定义的长大下坡路段一般是指在线形设计上出现的容易造成车辆长时间制动或空挡滑行的长距离、大坡度的坡段，其常伴随长下坡和连续弯道。这些长下坡依山傍崖，地势落差大，使得车辆 ( 尤其载重货车 ) 长时间制动，引起制动载过热导致制动减弱或者失效，进而使车辆失控引发交通事故。
为了解决长下坡路段的交通安全问题，需要对人、车、路、环境、管理等因素进行综合分析与思考。人的因素包括驾驶员的行驶行为，车的因素包括车辆载质量和制动性能，路的因素包括路段的线形设计和工程设施，环境因素主要为影响安全行车的气候条件，管理因素包括管理部门采取的各种管理措施。
第二节国内外纵坡和坡长规定
文献分析表明 : 汽车运行速度除了与发动机和汽车车身设计制造水平有关外，还与道路所处地形、周围环境、车辆状况和驾驶员操作行为等密切相关。欧美发达国家关于运行速度的研究起步较早，并基于长期大规模的丰硕研究成果给出了不同设计速度下的纵坡坡度与坡长即制规定。表 124~ 表 124 分别列出了日本、德国等部分国家在公路纵断面设计中关于纵坡坡度与坡长限制的规定。
根据设计车速，纵坡坡度要采用小于左栏所示的标准最大纵坡值。但当地形及其他原因不得已时，可以用到右栏所示的绝对最大纵坡值 ; 而在寒冷积雪地区，绝对最大纵坡坡度要小于括号内的数值。此外，对于超出标准最大纵坡的路段，其坡长限制如表 12-2 所示。
联邦德国在关于事故与纵坡长度关系的调查研究表明：在单方向行车的公路上，下坡方向的事故数要比上坡多，而且当纵坡坡度大于6％时，行车事故明显超出平均事故数。因此，在其道路设计规范中，从经济性与安全性出发，对允许的最大纵坡进行了如表12—3所示的规定。
美国AASHTO按照典型货车(质量／功率比为120kg／kW)的爬坡性能曲线，高速公路按照不同的设计速度、分地形给出了全国性应用的最大纵坡控制值，如表12—4所示。
另外，美国还根据公路运输的典型货车数据，进入纵坡路段的车速按110km／h考虑，研究了不同减速度下，纵坡坡度和坡长的关系，绘制纵坡坡度，坡长和速度变化值之间的关系。
图（图12-1）
图 12-1中显示了对应于任何坡度，致使典型性性货车 (120kg/kw以 110km/h 内速度驶人后速度降至平均运行车速以下时的坡长。同时规定用 15km/h 的速度差作为确定某一给定坡度最大坡长的一般设计准则，其原因是当低于这一速度时，将对后面的车流造成很大的影响，而且速度变化量大于 15km/h 时，
事故数明显激增。如果设计坡长大于图中所示的长度，尤其是交通量达到或接近通行能力时，或者货车比例较高时，应考虑增设爬坡车道专供慢行车辆行驶。
东盟公路设计标准：东盟公路的设计标准按公路等级进行划分，如表 12-5 、表 12-6 所示。
东盟公路提供爬坡车道的临界坡长表12-6
地形分类
重要公路一级公路发动机制动
3%-800 3%-900m
平原
4%-500m 4%-700m
4%-700m 4%-800m
丘陵
5%-500ZEI 5%-600m
山岭
5%-600ZEI 5%-700m
6%-400ZEI 7%-400m
从各国的规定值看 : 由于国外公路小客车比例高，载重车动力性能好，因此国外对最大纵坡的规定不仅普遍比国内标准稍大 ( 图 12-2), 而且可根据地形特征比较灵活采用。
近几十年来，由于相关技术与试验条件的改善，计算机软、硬件的飞速发展，使得车辆速度预测水平有了大幅度的提高，各国在公路线形设计方面已从单纯根据汽车行驶对道路的动力学要求开始，还逐渐考
虑了驾驶员的驾驶行为和生理心理特征，从驾驶的连续性和舒适性要求出发，用动态的观点，采用运行速度的设计方法进行路线平纵设计，使得平、纵线形协调一致。
注 : 图中各国的最大纵坡规定均为标准最大纵坡，没有考虑特殊情况下使用的绝对最大纵坡 ( 即比标准最大纵坡稍大的极限纵坡 ) 。
比较各国的标准最大纵坡规定，我国的最大纵坡值居中，比日本略高，比美国稍低，和德国接近。但日本的绝对纵坡值比其标准纵坡要高很多，平均增加 3 个单位。鉴于我国的载重汽性能与国外的汽车性能有一定的差别，因此，标准中没有设置更高的最大纵坡。
各国对临界坡长的规定，都考虑了不同的地形和不同的设计速度。
在同一设计速度、同样的纵坡条件下，日本和东盟的坡长限制相同，都比我国的短 l00m 。短的坡长限制将有利于行车的顺畅和舒适，同时还能保证上坡车辆的车速不致降低过多。如果陡坡的坡长过长，尤其在山区，将会导致下坡方向因长距离的下坡，造成制动效能衰退。美国给出的坡长限制是根据速度折减 15km/h 给出的，假定坡段前的引道是平坡，其坡长也比我国的坡长限制略短 ; 而且要求一旦超出限制坡长，必须设置爬坡车道。因此，根据选择的典型车辆的爬坡能力和下坡制动性能衰减数据，确定当前和未来一段时间内合适的纵坡坡长限制应该是及时和正确的。
第三节连续下坡事故机理分析
一、理论分析
1. 制动失灵事故基理
从制动原理来说，制动器在制动过程中是将车辆的动能转化为热能。制动器有三个主要
的性能指标，第一是制动的效能，也就是短距离内制动的能力 ; 第二是制动的稳定性，也就是车辆在制动过程中方向控制的能力，车辆在制动过程中会不会侧滑或者跑偏就取决于制动的稳定性 ; 第三则是热衰退性，也可以叫做制动效能的恒定性。试验室试验表明 : 一般情况下，当制动器温度不超过 200 ℃时，
车辆的制动器不会发生明显衰减 ; 当制动器温度达到400~600 ℃时，车辆制动力明显下降，只能达到正常温度下 (100 ℃以下 ) 的 25%~25%; 当制动器达到 600 ℃以后，就有可能使车辆制动器的制动力将到近似为零，即制动完全失效。
大中型车辆在连续下坡时，如果不采用发动机制动、排气制动等辅助制动措施，其行车制动器就必须较长时间地、连续地作强度很大的制动，往往使制动器温度在 400 ℃，有时高达600~700 ℃。可以说，长距离坡路中出现的制动失灵，主要原因是制动器的热衰退性不能满足要求。
2. 制动鼓温度实车测试
国内外的事故资料都表明，下坡路段的事故发生频率明显高于上坡路段，特别是长大下坡路段，几乎都是各条公路的事故多发点。重型载重车辆的快速行驶更易引发重大、恶性交通事故。而根据下坡路段的事故原因分析，超过半数的肇事车辆是由于制动失效引起的。以东风8t 载重车，配置进口康明斯 6BTA5.9 发动机，其 " 功率 / 重量 " 比是 9.3W/kg 的车辆为代表型对其制动鼓温度进行实测。实测车辆在各种长大下坡情况下的制动器温度变化曲线，如 12-3~ 图 12-9 所示。
由图 12-3~ 图 12-9 可知，在以正常速度行驶和固定车速行驶，并分别要求驾驶员不采取任何辅助制动措施和采取排气制动，临水降温等辅助制动措施的下坡实验中，根据不同坡长对