高速公路道路低溫結(jié)冰致災(zāi)機(jī)理及預(yù)警技術(shù)研究.pdf

1、高速公路是公路交通系統(tǒng)的“大動脈”，各種不利天氣對高速公路的交通安全影響也越來越明顯，路面低溫結(jié)冰是影響高速公路交通安全的重要因素之一。同時，局部路段優(yōu)先結(jié)冰也是目前高速公路路面結(jié)冰預(yù)報的瓶頸，因此研究冬季路（橋）面的低溫差異性，識別公路沿線的低溫結(jié)冰高危風(fēng)險路段，構(gòu)建結(jié)冰風(fēng)險等級預(yù)警模型，為日后完善對路面低溫冰情的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，并有利于路政部門或用戶主動選擇防范或采取規(guī)避風(fēng)險措施。
　　本文運(yùn)用江蘇揚(yáng)溧高速

2、潤揚(yáng)大橋段2012-2015年交通氣象站的逐分鐘監(jiān)測資料和同期鄰近氣象站的逐時觀測資料，開展了冬季路橋面溫度的差異性特征及成因分析研究，結(jié)果表明:(1)冬季相同天氣條件下，不同類型下墊面的夜間溫度分布表現(xiàn)為“橋面溫度＜路面溫度＜地面溫度”;同一路段上，橋面與相鄰路面的溫度差值最大可達(dá)-5.7℃，出現(xiàn)最大差值的時間早于路橋面最低溫度的出現(xiàn)時間近1h。(2)冬季不同天氣條件下夜間路橋面溫度變化規(guī)律相似，以晴天變幅最大，陰天和雨天居中，雪天最

3、小;橋面溫度一般比路面溫度提前2h降至0℃以下，橋面維持低溫時間比路面長3h，低溫維持階段橋面溫度低于路面約2℃。(3)冬季夜間晴天橋面熱通量最大，陰天和雨天次之，雪天約為晴天的1/2;四種天氣條件下夜間橋面熱通量的變幅更大;與橋面相比，夜間路面還受到路基的熱補(bǔ)償作用，這種作用強(qiáng)于空氣對路面的潛熱輸送和流體運(yùn)動熱交換，這也是冬季夜間橋面更容易、更早出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的根本原因。
　　通過引入熱譜技術(shù)，經(jīng)質(zhì)量控制和時空訂正后反演江蘇揚(yáng)溧、

4、京滬和沈海高速的路溫?zé)嶙V圖，可進(jìn)一步提升江蘇省高速公路交通氣象精細(xì)化預(yù)報服務(wù)能力。研究得到如下結(jié)論:(1)路溫的振幅大小，與大氣穩(wěn)定度有關(guān)，反氣旋系統(tǒng)下振幅最大，氣旋系統(tǒng)下振幅最小。(2)熱譜圖中大型橋梁、中小型橋梁、互通立交上行橋路段的路溫為負(fù)偏差，收費(fèi)站/服務(wù)區(qū)、互通立交下行橋路段的路溫為正偏差。所有路段中，大型跨江橋梁段的路溫下降最顯著。(3)揭示熱譜圖路溫跳變現(xiàn)象并對跳變路段進(jìn)行聚類，結(jié)果劃分為5大類，對應(yīng)5種路面結(jié)構(gòu)類型:大型

5、跨江橋梁、中小型橋梁、收費(fèi)站/服務(wù)區(qū)、互通立交上行橋和互通立交上行橋。(4)建立精細(xì)化的路面溫度跳變等級標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)可以為日后路政部門對局部重災(zāi)路段進(jìn)行道路防冰除冰作業(yè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。
　　運(yùn)用揚(yáng)溧高速潤揚(yáng)大橋段交通氣象站2012-2015年冬季路橋面溫度、環(huán)境氣溫數(shù)據(jù)，分析兩種下墊面結(jié)冰溫度條件頻率隨環(huán)境氣溫的變化特征，建立結(jié)冰風(fēng)險等級預(yù)警模型，結(jié)果表明:(1)在預(yù)測路面結(jié)冰的Logistic模型中起主導(dǎo)作用的第一因子是最低

6、氣溫，其次為地面最低溫度。(2)揚(yáng)溧高速路（橋）面結(jié)冰溫度條件頻率變化的三基點(diǎn)（起始拐點(diǎn)、敏感峰值點(diǎn)、飽和拐點(diǎn)）對應(yīng)的環(huán)境氣溫分別為-0.6℃(0.5℃)、-2℃(-0.6℃)、-3.4℃(-1.8℃);橋面結(jié)冰的臨界環(huán)境氣溫高于普通路面約2℃。(3)當(dāng)環(huán)境氣溫降到-2℃（-0.6℃）時，路（橋）面結(jié)冰頻率變化最快，氣溫的小幅度變化均會造成比較顯著的結(jié)冰頻率變化，因此在環(huán)境溫度的敏感變化階段更需警惕高速公路道路結(jié)冰。(4)根據(jù)高速公路路