专家剖析：如何减少车辆碰撞护栏端头后的刺穿事故

美国联邦公路局（FHWA）公布的W梁钢护栏高度是79cm（31英寸），这一高度适合大多数车辆。根据美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）《路边设计指南》，“如果防护设施的端头位于净空区域内或可能被操作错误的驾驶人撞到的区域内，则认为端头设施必不可少。”防护设施的端头必须具有两个功能：在撞击到端头时具有防撞能力；为下游冲击提供锚固点。

W梁钢护栏端头有多种，美国各州的交通厅根据联邦公路管理局及美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）的《硬件安全评估手册（MASH）》决定采用的种类。例如，马里兰州交通厅列出10种端头，科罗拉多州使用8种类型的端头。下面根据科罗拉多州交通厅提供的《护栏系统-施工工程师和监理员现场指南（Guardrail Systems Field Guide For Construction Engineers and Inspectors，2018）》简单介绍目前美国使用的钢护栏端头情况。

当前使用的W梁钢护栏端头设计主要有三种：

▼ 埋入后坡设计（Buried-in-backslope）

埋入后坡设计（见图1）通过将端头埋在后坡中来终结W梁钢护栏的安装。坡度对于后坡掩埋端头至关重要，通向后坡掩埋的地形必须是较平坦区域，并且不包含固定的危险物体。如果后坡本身相对平坦，则车辆可以沿斜坡行驶并绕过终端。因此后坡本身必须足够陡峭，以防止车辆爬上钢护栏。此外还需注意，防护设施的斜角必须适合道路设计速度和交通量；护栏应保持相对于车道边缘的高度，保证沟渠排水流畅。

图1：埋入后坡设计

▼ 非吸能设计（non-energy-absorbing design）

非吸能设计（见图2）在车辆正面碰撞护栏端头时不会消耗大量能量。它是一种门式系统，可让车辆撞击后从护栏一侧越过，停止在平行于护栏的区域。主要特性包括：正面碰撞时不会显著降低车速；车辆继续运行距离可能超过46m（150英尺）。适用于在护栏装置后面有一段并与护栏装置平行的平坦地段，例如高速公路中间隔离的平坦地段。

图2：非吸能设计

▼ 吸能设计（energy-absorbing design）

吸能设计（见图3）让车辆撞击端头时散发大量动能。在任何屏蔽物体之前，不足46m（150英尺）的防护设施必须安装吸能终端；吸收的能量可让皮卡车撞击终端后在约15m（50英尺）处停下。最适合用于防护设施后方可穿越区域有限，或防护设施后方有固定物体的地段。

图3：吸能设计

需要注意的是，护栏是防护驾驶人离开道路时的安全屏障，应保证在撞击护栏的后果比撞击道路旁其他物体损失较轻、离开道路可能滑至危险区或边坡较斜时才可安装。

当护栏切线安装时，端头的锚固点可以是切线或张开；但是当护栏为喇叭口形张开时，端头的锚固点应是张开。需要注意，具体选择哪一种形式应根据地形、可使用的土地面积、端头的选择和资金几点综合决定。

图4中护栏切线安装，与行车道平行，可用于保护车辆免于撞到道路旁障碍物。在此示例中，右侧上游端锚固点张开，左侧下游端锚固点为切线的形式。

图4：用于保护车辆免于撞到道路旁障碍物的护栏示例

图5显示了喇叭口形护栏和切线护栏。两端锚固点都是张开的形式。

图5：狭窄桥梁末端的护栏示例

国外通过在中分带开口或出口分流三角区设置可导向防撞垫来降低事故严重程度。可导向防撞垫是一种独立防护结构，在受到车辆正面碰撞时，可吸收车辆动能，减轻对司乘人员的伤害；在受到车辆侧面碰撞时，可导正事故车辆。图6为欧美国家应用较为广泛的可导向防撞垫结构，其主要通过橡胶或金属变形吸收车辆动能，保护司乘人员安全。

图6：欧美国家应用广泛的可导向防撞垫

图7为几种欧美国家应用的路侧护栏端头，其中ELT和SKT端头通过卷曲波形梁板有效吸收车辆动能；BEAT-SSCC护栏端头通过弯曲和挤压钢管横梁方式吸收车辆动能。

图7：欧美国家应用的路侧护栏端头

国外早期的护栏端头，在事故车辆近乎中心垂直碰撞时体现出较好的卷曲波形梁护栏板功能（见图8a），这是由于该种工况下波形梁板在压缩时不容易失稳。而实际工况中，事故车辆往往带有一定角度偏心碰撞护栏端头，由于受力不均匀，波形梁板很容易发生失稳而断裂弯折（见图8b），对司乘人员仍然存在较大安全隐患。

图8：对比车辆正面中心碰撞和带一定角度偏心碰撞护栏端头情况

最近几年，国外研发了一种新型护栏端头（见图9），将压缩护栏板进行锚固，大大降低了护栏板在整个压缩变形过程中失稳的程度，安全防护性能大幅度上升。

图9：国外新型护栏端头（图片来源于网络）

公路项目应先从整体风险的角度考虑（见图10、11），控制端头的数目及危害性，包括：减少端头密度，例如50m以下的间隙可考虑将护栏连贯起来，不同种类、形式或防护能力的护栏连贯起来时，需设置合适的过渡段；将护栏往上游延伸至车速较低路段，例如匝道入口、平交口附近；将护栏往上游延伸至弯道前方的直线路段；上游护栏端头应避免设置在高风险位置，如弯道、分流三角区、交通岛起点等，紧贴行车道路侧或分流三角区和交通岛鼻端的上游端头存在很大风险，提供足够的路侧横向净区及鼻端纵向净区，能有效降低失控车辆碰撞端头的机会。

图10：公路应注重整体路侧布局，增加路侧避险空间及减少护栏端头密度

图11：隧道口护栏布局例子，充分利用护栏重叠布局设置管养设施接入口及工作通道开口

为进一步降低端头的危害性，同时应充分考虑以下处理方式：外展布局、端头重叠布局、缓冲设施。

▼ 外展布局

外展布局是指将护栏平面布局以渐变方式往公路外侧偏移，增加护栏端头与行车道之间的横向距离。外展是最简单的处理方式，但需有足够的土路肩。单纯外展只能降低风险，不能移除端头的危害性，外展后的护栏端头应尽可能锚固在边坡内或直接锚固在挡土墙上。边坡锚固的方式可分为两种，第一种是将波形梁护栏及桩柱埋进在压实的边坡内，另一种方法是在边坡外直接用渐变方式设置混凝土护栏。

▼ 端头重叠布局

公路路侧在以下情况可能需要设置开口：让车内人员走进受护栏保护的避险空间；路侧管理或养护设施的接入口；横道开口。这类情况可考虑在开口两端的护栏采用重叠布局（见图12），令上一段护栏的下游端头有效覆盖下一段护栏的上游端头，避免失控车辆直接碰撞上游端头。需要注意，这类布局设计非常适合高速公路等有中分带的公路；双车道公路需要考虑两个方向车流，一般不采用；护栏端头需要完善锚固处理，确定需要重叠的范围。

图12：护栏重叠布局结合紧急停车带和人员避险空间

▼ 缓冲设施

缓冲设施包括消能端头和防撞垫，这类装置一般属于经过测试符合规范要求的产品。消能端头一般属于非导向型；防撞垫分为导向型和非导向型。选用这类装置需要考虑以下条件：失控车辆在装置前方冲出路侧是否安全；失控车辆穿越装置冲出路侧是否安全；失控车辆穿越装置会否与反向交通相撞。不过，缓冲设施产品价格较高，且需要考虑长远养护，因此一般只会在别无选择时于特定的高风险路侧位置采用。但随着技术发展，价格较低廉且具高效益的缓冲设施产品将来也可能更普及采用。

根据目前掌握的事故情况来看，易出现严重事故的主要是早期建造的护栏端头，建议有条件应结合2017年交通运输部颁布的《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017和《公路交通安全设施设计细则》JTG/T D81-2017，对路侧护栏端头、中分带开口护栏、防撞垫（分流三角端缓冲设施）的设置进行提升改造。

▼ 《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.2.13条规定“迎交通流的护栏端头应按下列方法进行外展或设置缓冲设施（见图13）：外展至土路肩宽度范围外，具备条件时，宜外展至计算净区宽度外；位于填挖交界时，应外展并埋入挖方路段不构成障碍物的土体内；无法外展时，高速公路、一级公路及作为干线的二级公路应设置防撞端头，或在护栏端头前设置防撞垫，作为集散的二级公路及三级、四级公路宜采用地锚式端头，并进行警示提醒或设置立面标记；作为干线的二级公路，宜考虑车辆碰撞对向车行道护栏下游端头的可能性。”规范的最新规定能够有效消除或降低路侧护栏端头的安全隐患。

图13：路侧护栏端头处理方式

▼ 《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.4节规定“中央分隔带开口护栏的防护等级宜与相邻路段保持一致，同时应与相邻中分带护栏合理过渡。”这样规定实质是将中分带开口护栏与中分带护栏合为一体（见图14），消除中分带护栏开口端头结构，降低该位置安全隐患程度。

图14：中分带护栏端头处理方式

▼ 《公路交通安全设施设计规范》JTG D81-2017第6.5节规定“在分流三角端应或宜设置防撞垫（见图15）”，这样能有效降低车辆碰撞分流三角端的严重程度。

图15：分流三角端处理方式

规范的最新规定将护栏端头消除或增加缓冲防撞设施，均可有效降低护栏刺穿车身的事故概率，对于既有的交通设施，可采用规范的指导原则进行相应提升改造；对于新建公路交通设施，最新规范也具有很好的指导作用。