山区二级公路避险车道安全性评估及应用

路桥科技 山区二级公路避险车道安全性评估及应用 吴 锋，董惠龙 （中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056） 摘要：公路工程在建设过程中避险车道对道路的行车安全以及道路的耐久性起着重要作用，在整个道路建设过程中扮演着重要角色，所以本文通过建立避险车道方案优选评价指标体系，评价避险车道方案优选的方法，建立避险车道方案优选评价模型三方面并结合工程实例对二级公路的避险车道方案优选进行了研究。通过层次分析法确定评价指标的权重，利用模糊综合评判法建立评估模型。建立了避险车道方案优选评价体系模型，通过模型分析得出了避险车道设计修改方案。这种方法对避险车道设计的合理性起到一定作用，保证了道路的安全耐久性，以及驾驶员的人身安全问题。 关键词：避险车道；安全耐久性；层次分析法；评估模型 随着我国人口流动性的增大，交通事业的发展，高等级公路的发展显得尤为突出。先前传统施工工艺建造的高速公路已经不能和交通流量不匹配，甚至不能满足人们的出行需求，并且造成的交通事故越发频繁等问题。针对一系列问题开始进行分析了解到为了减少安全事故的发生，应对避险车道的安全性进行论证。米晓艺等人通过研究表明避险车道安全性的评估方法有很多，通过安全性评估结果比较判断可以得出层次分析法和模糊综合评判法的可靠度较高[1]。所以本文在前人研究的基础上继往开来，分别采用了层次分析法以及模糊综合评判法共同应用来对避险车道进行安全性评估。 1 构建避险车道安全评估体系 1.1 避险车道设计的影响因素 避险车道在设计时受到的影响因素有很多，将这些影响因素归类主要有四类：（1）驶离匝道设计参数对避险车道有很大影响，主要包括渐变段长度、竖曲线半径、驶入角等。（2）制动床长短对行车都有影响，制动床长度过短会对行车造成损害，过长会增加造价，所以制动床设计对避险车道的好坏起决定性作用。（3）附属设施对避险车道设计也有很重要作用，其中包括排水设施、监控设施、照明设施等。（4）交通安全设施是保障避险车道正常运行的辅助设施，主要包括交通安全设施，交通标志、标线等[2]。 1.2 构建安全评估体系 经实地调查研究以及专家工程经验对避险车道设计的指标体系预选集进行分析和总结，最终确定的指标体系如表1所示。 表1 评价指标体系表 避险车道设计评估体系 驶离匝道参数B1 制动床参数B2 附属设施B3 交通安全设施B4 驶入角B11 制动床长度B21 排水设施B31 消能减速设施B41 渐变段及长度B12 纵坡坡度B22 监控设施B32 交通标志，标线B42 引道段及长度B13 制动床集料厚度B23 照明设施B33 轮廓标B43 竖曲线半径B14 集料类型选择B24 救险锚栓B34 护栏B44 电话报警设施B35 2 构建安全评估模型 2.1 层次分析法确定评价指标的权重 层次分析法是将影响避险车道安全性的所有复杂因素按不同类型划分为不同层次，使结构条理化清晰。将第一层设置为目标层，表示解决问题的目的；将第二层设置为准则层，表示实现预定目标的标准。将第三层为指标层，表示影响目标的不同因素[3]。 （1）构造判断矩阵。层次分析法构造判断矩阵是判断出每一层各个因素的重要性，通过矩阵的形式表示出来，我们把这些矩阵称为判断矩阵。层次分析法通过每两个因素互相比较来确定各自的相对重要程度[4]。则判断矩阵形式如表2构造。 表2 判断矩阵 P B1 B2 ... Bn B1 b11 b21 ... b1n B2 b21 b22 ... b2n ... ... ... ... ... Bn bn1 bn2 ... bnn 本文的判断矩阵通过1-9标度法实现，对于Pij（其中i，j=1.2.3...n）的标度含义如下所示。 标度Pij=1时，说明当两个因素相互对比，重要程度相同；标度Pij=3时，说明当两个因素相互对比，其中一个稍显重要；标度Pij=5时，说明当两个因素相互对比，其中一个明显重要；标度Pij=7时，说明当两个因素相互对比，一个比另一个重要许多；标度Pij=9时，说明当两个因素相互对比，其中一个极其重要；标度Pij=2，4，6，8时，说明上述两相邻判断中值[5]。 （2）为了使结果尽可能的科学合理，不会产生过大偏差，本文利用线性代数的方法对判断矩阵的特征向量进行归一化处理得到各个因素的相对重要度，即权重。然后对上述结果进行相容性检验，同时为防止相容性偏差过大又引入偏离一致性的指标做为判断依据。判断矩阵偏离一致性的指标：CI=（λmax-n）/（n-1）。 矩阵是否满足一致性还应通过判断矩阵的平均随机一致性指标值RI来确定。对于1-9阶判断矩阵,RI的值如表3所示。 表3 1-9阶RI的值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 由上表可以看出对于1、2阶判断矩阵具有完全一致性，对于3-9阶判断矩阵CR=CI/RI＜0.1时认为判断矩阵具有满意的一致性，CR=CI/RI＞0.1时认为判断矩阵不具有满意的一致性，矩阵需要调整[6]。 2.2 模糊综合评判法构建模型 （1）由前文表1可以将各影响因素分为两级，B1,B2,B3,B4定义为一级指标，B11，B12，...... B44定义为二级指标。每级的一级指标对应的二级指标都会有量的变化，根据二级指标不同的取值确定评价分值，从而将各个指标分级，分级标准如表4所示。 表4 安全评价分级 分值 [90-100] [80-90] [70-80] [60-70] ≤60 安全程度 安全性最高 安全性较高 安全性一般 安全性差 不安全 （2）对于定性指标的量化的确定可以依据公式B（X）=x/100，式中X为第一步量化后的某一模糊取值，取值范围为1-100。 （3）最后根据模糊综合评价矩阵得出最终的综合评价矩阵A=W×[AT1 A2 A3 A4],公式中W为一级影响因素的指标权重，A1 A2 A3 A4分别为二级因素指标矩阵。依据表3对矩阵A进行判定来确定避险车道设计的安全等级。采用加权平均原则，对评价向量按下式进行单值化,得到安全等级评分 C′。 3 工程实例分析 3.1 工程概况 本文依托某工程，主线设计速度为80km/h，该地区地形情况复杂，纵坡有连续上下坡，对行车安全性极其不利，对此考虑在桩号K38+150处设置避险车道。避险车道设计总长为200m，制动床长度为100m，纵坡坡度为12%。路基宽度为8.5m，路面结构为15cm级碎石底基层+20cm水泥稳定碎石基层+1cm沥青下封层+100cm的河卵石。 3.2 安全性评估 （1）引道长度选取 L1=V/1.2=66.67m 将上式中的结果取整值得到引道长度为70m，其中V表示该段《华东科技》 2020·5 181