隧道封洞對周圍路網的交通仿真擁堵分析

（長安大學 電子與控制學院，陜西 西安 710000）

0 引言

我國正處在城市化快速進程中，交通擁堵問題日益嚴重，不少城市開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，一旦發生重大交通事故或者火災等交通事件，隧道要進行封洞，此時隧道就會喪失通行能力。隧道封洞時從隧道中釋放的大量交通流會流入周邊路網，將會使區域交通產生擁堵，增大隧道周邊的交通壓力。封洞事件對城市高速隧道交通運行影響的定量化研究和判斷是快速響應和準時處理緊急事故的研究重點，對隧道公路安全治理有較大意義。

隧道內發生交通事故，事故大小會對交通產生不同影響，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，并提出不同類型公路隧道交通事件的等級劃分標準，初步構建了公路隧道交通事件應急預案體系。較大的事故往往會導致隧道內形成車輛排隊現象，交通波理論可以較好地分析隧道內的排隊現象。潘勇等[2]構建Van Aerde四參數模型，計算隧道中車輛排隊時間和排隊長隊，通過VISSIM驗證其正確性。孫明玲等[3]理論分析了隧道發生事故后采取限流措施的原理，計算了限流后排隊消散的時間，并通過VISSIM進行驗證。對于區域內路網的擁堵問題，Daganz[4-6]提出了反應交通流狀態的宏觀基本圖概念（MFD），反映出網絡內車輛數和流出網絡車輛數的關系。

本文結合以上分析，利用交通仿真研究某高速隧道封道封洞后對周圍路網的影響，建立隧道周邊路網，輸入高峰時段路網的交通數據，獲取路網上互通立交的平均車速和延誤時間，分析高峰時段隧道封閉程度對隧道周圍交通運行態勢的影響，可為路網擁堵應急管理提供參考。

1 區域路網模型

某高速公路段立體層為隧道，雙向八車道100 km/h標準，與地面層高速不連接；隧道經過A、B互通，從地下穿過A互通和B互通，不產生直接的交通量轉換，如圖1所示。立體層與地面層的連接路線較少，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A互通、B互通false的影響，在VISSIM中建立了等比例路網模型。

圖1 荷坳隧道路網示意圖

2 預測交通量條件下高峰交通量時段下仿真計算

隧道封洞仿真工況參考因素包括封洞方案、研究對象、封洞時間、交通流狀態。高速的交通流的車輛占比，A互通和B互通的交通轉換量參考《工可》中預測特征年2043的數據。

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

3 結果與分析

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，增長最大的封洞方案為封閉右線，增長了95%。從圖2可以看出，在1 h的仿真實驗中，隧道右線和全線封閉對A互通影響最大，尤其是A互通的E-N，E-S，E-W線路。荷坳隧道正常運行時，A互通整體平均延誤為1.7 s，E-W線路的平均延誤為1.4 s。隧道封右線和全線時，A互通E-W線路的平均延誤為246 s，與隧道正常運行時相比，該線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，增長最大的封洞方案為封閉右線，增長了95%。

3.2 B互通

隧道正常運行時，B互通整體平均延誤為11.5s，封閉隧道左線會使B互通W-N，W-E的平均延誤由正常運營時的3 s增大到約9 s左右，增大近3倍，并且產生了960 m的排隊現象。封閉隧道右線則會增加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生了1 263 m的排隊。隧道不論是封左線還是西線都會增加B互通的交通壓力。

圖2 高峰交通流下封洞1小時對A互通平均延誤的影響

在高峰交通流中隧道正常運行方案的仿真中，A互通、B互通都檢測到排隊現象。隧道封左線時，B互通的W-N，W-E線路；隧道封右線時A互通的E-W路，B互通的E-S，E-N，E-W線路會出現排隊現象；隧道封全線時，以上路線都會出現排隊現象。

4 結語

本文研究對象為機荷高速公路荷坳隧道，對荷坳隧道不同封洞方案對周圍路網的擁堵影響進行了研究，得出以下結論：

（1）A互通封左線時，B互通的W-N，W-E線路，會出現排隊現象；

（2）A互通封右線時，A互通的E-W路，B互通的E-S，E-N，E-W線路會出現排隊現象；

（3）A互通封全線時，以上路線都會出現排隊現象，嚴重影響交通狀況。