城市越江隧道线形安全设计方法研究

Urban Water-Crossing Tunnel (UWCT) helps megacities along the rivers break the limitations of rivers which block great-leap-forward and comprehensive development, and which makes UWCT significant component of urban transportation infrastructures. All the time, there is no any unified and specified standard or measure focusing on safety alignment design of UWCT, which leads to the blindness and uncertainty during design process without providing sufficient safety performance. This research project utilizes naturalistic driving and simulator driving techniques to choose proper variables of traffic safety performance, unveil the interrelationship among driver, vehicle, and roadway, analyze the impact and disciplinary of UWCT driving environment, road alignment, and overlap of them on traffic safety. In addition, research team presents comprehensive safety evaluation model for tunnel alignment under different traffic volumes and tunnel length, which helps estimate the safety level of whole alignment design, and find out all possible sections with low safety performance in order to improve safety.

城市越江隧道能够帮助沿江沿河城市突破江河限制实现城市跨越式整体发展，是城市交通基础设施建设的重要组成部分。一直以来，针对越江隧道的线形安全设计缺乏统一、权威和明确的技术规划或标准，导致设计过程中存在很大的盲目性和不确定性，安全性得不到有效保障。本课题遵循交通工程设计的安全研究趋势，运用自然驾驶和模拟驾驶等主要实验技术手段，提取合理评价越江隧道线形安全设计指标，研究“人-车-路”三因素相互作用机理，客观分析越江隧道特定环境、道路线形扰动，以及两者结合条件下对于交通运行安全性的影响与变化规律，并通过整体线形（包括隧道长度因素）在复杂交通流条件下的数据分析提出越江隧道线形安全综合评价模型，全面和动态地评价线形安全的水平，以此找出线形安全设计的薄弱要素和环节，全面提升越江隧道线形安全设计性能。

本项目研究对象为城市越江隧道（以下简称越江隧道）。立足于较为成熟的公路（道路）线形设计方法，本课题将基于国内外最新研究成果和技术，针对当前线形规范标准中模糊和缺失部分，结合我国交通流特征，深入研究相关科学问题，建立满足实际安全需求的越江隧道线形设计方法。. 本项目研究内容主要涵盖四大方面，分别为：（1）越江隧道线形安全设计评价指标选取研究；（2）越江隧道线形设计参数的安全取值范围研究；（3）越江隧道线形设计参数取值的安全性能评价研究；（4）复杂交通流条件下的越江隧道线形安全综合评价方法探讨。本研究在实地观测与采集越江隧道数据的基础上，经过文献阅读与软件学习，通过建立多种分析模型、评价指标，运用交通专业软件与数据分析系统，对越江隧道进行了全方位、多层次的安全性能分析与研究工作针对四方面的研究内容，逐一进行越江隧道安全指标、线性设计、安全性能、交通流条件的研究。. 研究取得以下重要成果。首先，通过对上海城市越江隧道的详尽研究，建立了一套城市越江隧道的研究模型方法，基于越江隧道事故率、事故严重程度的表层交通事故数据分析，得到交通事故可能产生的几个影响因素，分别从驾驶者负荷参数角度、隧道线性安全设计角度、越江桥隧脆弱性指标角度深入研究深层次的安全性能作用因素。针对驾驶者负荷参数角度，基于驾驶模拟器实验得到了上海市越江隧道的分析模型与影响因素的计算公式；在线性设计参数的安全取值范围研究中，则通过VISSIM、SSAM交通分析软件，建立了上海市越江隧道桥隧的交通模型，提出了交通冲突率的概念，建立了交通冲突率与事故率的模型；第三个角度是交通网络及其脆弱性的指标分析，通过贝叶斯网络、动态规划算法、拓扑分析等技术手段，计算越江桥隧脆弱性指标并提出衡量网络脆弱性的公式。最后，根据基于模型分析结果与研究成果，为城市越江隧道提出具体可行的改进措施与安全建议，具有科学价值和社会意义。