隧道封洞對(duì)周?chē)肪W(wǎng)的交通仿真擁堵分析

（長(zhǎng)安大學(xué) 電子與控制學(xué)院，陜西 西安 710000）

0 引言

我國(guó)正處在城市化快速進(jìn)程中，交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重，不少城市開(kāi)始向地下交通尋求解決辦法，如城市隧道。但是地下空間較封閉，一旦發(fā)生重大交通事故或者火災(zāi)等交通事件，隧道要進(jìn)行封洞，此時(shí)隧道就會(huì)喪失通行能力。隧道封洞時(shí)從隧道中釋放的大量交通流會(huì)流入周邊路網(wǎng)，將會(huì)使區(qū)域交通產(chǎn)生擁堵，增大隧道周邊的交通壓力。封洞事件對(duì)城市高速隧道交通運(yùn)行影響的定量化研究和判斷是快速響應(yīng)和準(zhǔn)時(shí)處理緊急事故的研究重點(diǎn)，對(duì)隧道公路安全治理有較大意義。

隧道內(nèi)發(fā)生交通事故，事故大小會(huì)對(duì)交通產(chǎn)生不同影響，王少飛等[1]將影響公路隧道正常通行的交通事件分為7類(lèi)，并提出不同類(lèi)型公路隧道交通事件的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，初步構(gòu)建了公路隧道交通事件應(yīng)急預(yù)案體系。較大的事故往往會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)形成車(chē)輛排隊(duì)現(xiàn)象，交通波理論可以較好地分析隧道內(nèi)的排隊(duì)現(xiàn)象。潘勇等[2]構(gòu)建Van Aerde四參數(shù)模型，計(jì)算隧道中車(chē)輛排隊(duì)時(shí)間和排隊(duì)長(zhǎng)隊(duì)，通過(guò)VISSIM驗(yàn)證其正確性。孫明玲等[3]理論分析了隧道發(fā)生事故后采取限流措施的原理，計(jì)算了限流后排隊(duì)消散的時(shí)間，并通過(guò)VISSIM進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的擁堵問(wèn)題，Daganz[4-6]提出了反應(yīng)交通流狀態(tài)的宏觀基本圖概念（MFD），反映出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)車(chē)輛數(shù)和流出網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛數(shù)的關(guān)系。

本文結(jié)合以上分析，利用交通仿真研究某高速隧道封道封洞后對(duì)周?chē)肪W(wǎng)的影響，建立隧道周邊路網(wǎng)，輸入高峰時(shí)段路網(wǎng)的交通數(shù)據(jù)，獲取路網(wǎng)上互通立交的平均車(chē)速和延誤時(shí)間，分析高峰時(shí)段隧道封閉程度對(duì)隧道周?chē)煌ㄟ\(yùn)行態(tài)勢(shì)的影響，可為路網(wǎng)擁堵應(yīng)急管理提供參考。

1 區(qū)域路網(wǎng)模型

某高速公路段立體層為隧道，雙向八車(chē)道100 km/h標(biāo)準(zhǔn)，與地面層高速不連接；隧道經(jīng)過(guò)A、B互通，從地下穿過(guò)A互通和B互通，不產(chǎn)生直接的交通量轉(zhuǎn)換，如圖1所示。立體層與地面層的連接路線(xiàn)較少，釋放到地面層的交通量將間接影響A互通和B互通的交通狀況。本文研究隧道封洞釋放的交通量對(duì)A互通、B互通false的影響，在VISSIM中建立了等比例路網(wǎng)模型。

圖1 荷坳隧道路網(wǎng)示意圖

2 預(yù)測(cè)交通量條件下高峰交通量時(shí)段下仿真計(jì)算

隧道封洞仿真工況參考因素包括封洞方案、研究對(duì)象、封洞時(shí)間、交通流狀態(tài)。高速的交通流的車(chē)輛占比，A互通和B互通的交通轉(zhuǎn)換量參考《工可》中預(yù)測(cè)特征年2043的數(shù)據(jù)。

封洞方案：根據(jù)事故對(duì)隧道空間的占用，分為封單洞、封半線(xiàn)、封單車(chē)道洞；根據(jù)事故發(fā)生的位置分為封左線(xiàn)，封右線(xiàn)，封左右線(xiàn)。封洞方案具體可為10種。研究對(duì)象：A互通、B互通兩個(gè)。封洞時(shí)間：封洞時(shí)間考慮事故處理時(shí)間和檢修時(shí)間，分為1 h和2 h兩種，共計(jì)10×3×2=60種仿真工況。

3 結(jié)果與分析

3.1 A互通

A互通封洞2 h與封洞1 h各路段的平均延誤相差不大，增加不到1倍，增長(zhǎng)最大的封洞方案為封閉右線(xiàn)，增長(zhǎng)了95%。從圖2可以看出，在1 h的仿真實(shí)驗(yàn)中，隧道右線(xiàn)和全線(xiàn)封閉對(duì)A互通影響最大，尤其是A互通的E-N，E-S，E-W線(xiàn)路。荷坳隧道正常運(yùn)行時(shí)，A互通整體平均延誤為1.7 s，E-W線(xiàn)路的平均延誤為1.4 s。隧道封右線(xiàn)和全線(xiàn)時(shí)，A互通E-W線(xiàn)路的平均延誤為246 s，與隧道正常運(yùn)行時(shí)相比，該線(xiàn)路的平均延誤增大了300倍。A互通封洞2 h與封洞1 h各路段的平均延誤相差不大，增加不到1倍，增長(zhǎng)最大的封洞方案為封閉右線(xiàn)，增長(zhǎng)了95%。

3.2 B互通

隧道正常運(yùn)行時(shí)，B互通整體平均延誤為11.5s，封閉隧道左線(xiàn)會(huì)使B互通W-N，W-E的平均延誤由正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的3 s增大到約9 s左右，增大近3倍，并且產(chǎn)生了960 m的排隊(duì)現(xiàn)象。封閉隧道右線(xiàn)則會(huì)增加B互通E-S，E-W，E-N的交通壓力，平均延誤增加2倍多，在B互通的東面分叉口產(chǎn)生了1 263 m的排隊(duì)。隧道不論是封左線(xiàn)還是西線(xiàn)都會(huì)增加B互通的交通壓力。

圖2 高峰交通流下封洞1小時(shí)對(duì)A互通平均延誤的影響

在高峰交通流中隧道正常運(yùn)行方案的仿真中，A互通、B互通都檢測(cè)到排隊(duì)現(xiàn)象。隧道封左線(xiàn)時(shí)，B互通的W-N，W-E線(xiàn)路；隧道封右線(xiàn)時(shí)A互通的E-W路，B互通的E-S，E-N，E-W線(xiàn)路會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象；隧道封全線(xiàn)時(shí)，以上路線(xiàn)都會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究對(duì)象為機(jī)荷高速公路荷坳隧道，對(duì)荷坳隧道不同封洞方案對(duì)周?chē)肪W(wǎng)的擁堵影響進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

（1）A互通封左線(xiàn)時(shí)，B互通的W-N，W-E線(xiàn)路，會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象；

（2）A互通封右線(xiàn)時(shí)，A互通的E-W路，B互通的E-S，E-N，E-W線(xiàn)路會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象；

（3）A互通封全線(xiàn)時(shí)，以上路線(xiàn)都會(huì)出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響交通狀況。