隧道封洞对周围路网的交通仿真拥堵分析

2021-03-01

无线互联科技 2021年2期

（长安大学电子与控制学院，陕西西安 710000）

0 引言

我国正处在城市化快速进程中，交通拥堵问题日益严重，不少城市开始向地下交通寻求解决办法，如城市隧道。但是地下空间较封闭，一旦发生重大交通事故或者火灾等交通事件，隧道要进行封洞，此时隧道就会丧失通行能力。隧道封洞时从隧道中释放的大量交通流会流入周边路网，将会使区域交通产生拥堵，增大隧道周边的交通压力。封洞事件对城市高速隧道交通运行影响的定量化研究和判断是快速响应和准时处理紧急事故的研究重点，对隧道公路安全治理有较大意义。

隧道内发生交通事故，事故大小会对交通产生不同影响，王少飞等[1]将影响公路隧道正常通行的交通事件分为7类，并提出不同类型公路隧道交通事件的等级划分标准，初步构建了公路隧道交通事件应急预案体系。较大的事故往往会导致隧道内形成车辆排队现象，交通波理论可以较好地分析隧道内的排队现象。潘勇等[2]构建Van Aerde四参数模型，计算隧道中车辆排队时间和排队长队，通过VISSIM验证其正确性。孙明玲等[3]理论分析了隧道发生事故后采取限流措施的原理，计算了限流后排队消散的时间，并通过VISSIM进行验证。对于区域内路网的拥堵问题，Daganz[4-6]提出了反应交通流状态的宏观基本图概念（MFD），反映出网络内车辆数和流出网络车辆数的关系。

本文结合以上分析，利用交通仿真研究某高速隧道封道封洞后对周围路网的影响，建立隧道周边路网，输入高峰时段路网的交通数据，获取路网上互通立交的平均车速和延误时间，分析高峰时段隧道封闭程度对隧道周围交通运行态势的影响，可为路网拥堵应急管理提供参考。

1 区域路网模型

某高速公路段立体层为隧道，双向八车道100 km/h标准，与地面层高速不连接；隧道经过A、B互通，从地下穿过A互通和B互通，不产生直接的交通量转换，如图1所示。立体层与地面层的连接路线较少，释放到地面层的交通量将间接影响A互通和B互通的交通状况。本文研究隧道封洞释放的交通量对A互通、B互通false的影响，在VISSIM中建立了等比例路网模型。

图1 荷坳隧道路网示意图

2 预测交通量条件下高峰交通量时段下仿真计算

隧道封洞仿真工况参考因素包括封洞方案、研究对象、封洞时间、交通流状态。高速的交通流的车辆占比，A互通和B互通的交通转换量参考《工可》中预测特征年2043的数据。

封洞方案：根据事故对隧道空间的占用，分为封单洞、封半线、封单车道洞；根据事故发生的位置分为封左线，封右线，封左右线。封洞方案具体可为10种。研究对象：A互通、B互通两个。封洞时间：封洞时间考虑事故处理时间和检修时间，分为1 h和2 h两种，共计10×3×2=60种仿真工况。

3 结果与分析

3.1 A互通

A互通封洞2 h与封洞1 h各路段的平均延误相差不大，增加不到1倍，增长最大的封洞方案为封闭右线，增长了95%。从图2可以看出，在1 h的仿真实验中，隧道右线和全线封闭对A互通影响最大，尤其是A互通的E-N，E-S，E-W线路。荷坳隧道正常运行时，A互通整体平均延误为1.7 s，E-W线路的平均延误为1.4 s。隧道封右线和全线时，A互通E-W线路的平均延误为246 s，与隧道正常运行时相比，该线路的平均延误增大了300倍。A互通封洞2 h与封洞1 h各路段的平均延误相差不大，增加不到1倍，增长最大的封洞方案为封闭右线，增长了95%。

3.2 B互通

隧道正常运行时，B互通整体平均延误为11.5s，封闭隧道左线会使B互通W-N，W-E的平均延误由正常运营时的3 s增大到约9 s左右，增大近3倍，并且产生了960 m的排队现象。封闭隧道右线则会增加B互通E-S，E-W，E-N的交通压力，平均延误增加2倍多，在B互通的东面分叉口产生了1 263 m的排队。隧道不论是封左线还是西线都会增加B互通的交通压力。