宛北北

(承德市交通局交通通信管理處)

淺談承德地區(qū)高速公路短隧道照明

宛北北

(承德市交通局交通通信管理處)

在隧道集中的承德地區(qū)，運(yùn)營管理中“安全”與“節(jié)能”的矛盾十分突出，而目前，國內(nèi)在此方面的研究工作為數(shù)并不多。圍繞“安全”與“節(jié)能”兩個(gè)的主題，對公路隧道照明與道路適應(yīng)性以及綜合節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究。

短隧道;照明節(jié)能;安全

1 隧道照明概述

1.1 公路隧道照明問題

(1)隧道入口的黑洞(黑框)效應(yīng):在隧道入口的外部，白天自然光的照度可達(dá)100 000 lx(靳克斯);而在無電光照明的隧道內(nèi)，隧道口部可能存在有幾十靳克斯的外界自然光，洞內(nèi)幾乎一片漆黑。

白天當(dāng)汽車接近隧道入口時(shí)，由于洞內(nèi)外亮度差別極大，對于較長的隧道在洞口處猶如一個(gè)黑洞，即“黑洞效應(yīng)”，駕駛員容易出現(xiàn)辨認(rèn)困難的狀況，難以發(fā)現(xiàn)障礙物。對于較短的隧道猶如一個(gè)黑暗的框子，即“黑框效應(yīng)”。黑洞效應(yīng)同樣可能出現(xiàn)在夜間，當(dāng)洞內(nèi)亮度較高在隧道出口看到的洞外路線即是一個(gè)黑洞。

(2)隧道入口段的視覺適應(yīng)滯后現(xiàn)象:汽車由明亮的外部環(huán)境進(jìn)入隧道后，即使隧道內(nèi)具有一定的亮度，但由于洞內(nèi)外亮度的較大差異，需經(jīng)過一定時(shí)間才能夠看清楚隧道內(nèi)部的情況，即“視覺適應(yīng)滯后現(xiàn)象”。

(3)隧道出口的亮洞效應(yīng):由于視覺基本適應(yīng)了洞內(nèi)的暗環(huán)境，當(dāng)汽車穿過較長隧道接近出口時(shí)，日間通過出口看到的外部環(huán)境亮度極高，出口看上去就是一個(gè)亮洞，出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光，即“亮洞效應(yīng)”。車輛駛出隧道時(shí)亮度迅速由弱變強(qiáng)，視覺上會(huì)出現(xiàn)眩光而倍感不適，也會(huì)影響司機(jī)的行駛。

1.2 公路短隧道照明特點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)行《規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，隧道照明劃分為入口段、過渡段、出口段等加強(qiáng)照明段和中間段，并對各照明段長度作了相應(yīng)規(guī)定。

(1)入口段長度

入口段長度可按下式計(jì)算

式中:Dth為入口段長度，m;Ds為照明停車視距，m，行車速度為80 km/h時(shí)約為100 m;h為洞口內(nèi)凈空高度，m。

(2)過渡段長度

各過渡照明段的長度可按表1取值。

表1 各過渡照明段的長度

(3)出口段長度

出口段長度宜取60 m，亮度宜取中間段亮度的5倍。

由此看來，對于設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h的單向兩車道的山區(qū)高速公路隧道，隧道加強(qiáng)照明段的長度約為306 m。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)對公路隧道分類的規(guī)定，對于長度L≤500 m的短隧道，尤其是長度小于300 m的短隧道其全長基本僅設(shè)置了加強(qiáng)照明段或部分加強(qiáng)照明段，而沒有中間照明段。如此龐大的照明系統(tǒng)不僅不會(huì)大幅提高行車的安全性，還帶來電能的巨大耗費(fèi)、不利于節(jié)能。

通過對承德地區(qū)高速公路隧道的調(diào)查結(jié)果表明，到2009年年底，長度小于1 km的隧道占隧道總長的24%，短隧道數(shù)量占總數(shù)量的59%，并且從隧道建設(shè)的發(fā)展趨勢看，短隧道數(shù)量增加較快，京承高速有短隧道5座，而承唐高速有短隧道12座、承秦高速有短隧道9座。為滿足安全行車和節(jié)能的共同需求，公路短隧道的照明應(yīng)充分利用其所能看穿隧道程度的特點(diǎn)，合理設(shè)置照明系統(tǒng)。

2 當(dāng)前我國短隧道照明實(shí)際設(shè)置方案

方案一:路面亮度與長隧道取值相同，但適當(dāng)減少各加強(qiáng)段長度;該方案目前在國內(nèi)普遍采用。

(1)隧道照明布置區(qū)段與長隧道一樣，有入口照明段、過渡照明段、中間照明段、出口加強(qiáng)照明段;

(2)各段的路面設(shè)計(jì)亮度和均勻度等各項(xiàng)指標(biāo)與長隧道完全一樣;

(3)各加強(qiáng)照明段的布置長度按規(guī)范要求折減(30%～50%);或去掉過渡段2和過渡段3。

方案二:路面亮度、各加強(qiáng)段長度均與長隧道取值相同，因此它的入口段、過渡段和出口段的加強(qiáng)照明長度和短隧道長度基本相當(dāng);該設(shè)計(jì)方法完全遵照CIE和我國現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。

方案三:全隧道按過渡段或者出口段的亮度等某一固定值均勻布置燈具，即全隧道按照一個(gè)段落設(shè)計(jì)，全隧道的路面亮度是一樣的。

2.1 京承高速公路隧道照明

(1)項(xiàng)目概況

京承高速(北京市三環(huán)路—承德市區(qū)南互通立交)全長209.1 km，北京段132.4 km，承德段76.7 km。隧道20 座，其中穿越司馬臺(tái)古長城風(fēng)景旅游區(qū)的隧道全長2.2 km。承德段為雙向四車道，設(shè)計(jì)行車時(shí)速為80 km/h。

(2)短隧道營運(yùn)情況

表京承高速公路隧道表(承德段)

京承高速短隧道照明方案按照方案一設(shè)置。無論隧道長短，均按照規(guī)范要求設(shè)置了加強(qiáng)照明和基本照明。

加強(qiáng)照明采用400 W、250 W高壓鈉燈，雙側(cè)壁對稱布置。入口段選用400 W高壓鈉燈，單側(cè)布置間距為1.5 m;過渡段1和出口段基本照明采用250 W高壓鈉燈，單側(cè)布置間距分別為1.6 m和2.5 m?；菊彰鞑捎?00 W高壓鈉燈，雙側(cè)壁對稱布置，單燈間距為6.0 m。未設(shè)過渡段2。燈具安裝方式為膨脹螺栓直接安裝。

①由于京承高速全段未開通(2009年8月時(shí))，加上與該高速毗鄰的二級(jí)道路實(shí)行了免費(fèi)通行，所以交通量很小，一般情況下，白天僅開啟1/2加強(qiáng)照明和基本照明，或只開啟1/2基本照明及應(yīng)急照明;夜間開啟1/2基本照明和應(yīng)急照明。

②新道溝隧道長度小于200 m，較少開啟照明系統(tǒng)。

③本路段隧道照明系統(tǒng)的控制主要依靠隧道管理所人工控制方式，隧道管理人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷所需開啟照明燈具的回路;一般根據(jù)冬、夏季不同的時(shí)間來考慮，并未與交通量等因素結(jié)合考慮燈具開啟數(shù)量。

④洞內(nèi)照明效果與隧道側(cè)壁的裝飾材料反光性能有關(guān)，由于隧道內(nèi)涂了反光率較高的防火材料，加上路段交通量很小(且多為客車)，洞內(nèi)較為清潔，有效提高了隧道內(nèi)的照明亮度。

3 國內(nèi)短隧道照明現(xiàn)狀總結(jié)

3.1 調(diào)研成果總結(jié)

(1)高速公路短隧道照明規(guī)模與其平縱線形——即行車出口是否完全可見密切相關(guān)，設(shè)計(jì)中考慮直線隧道和曲線隧道的照明要求應(yīng)有所區(qū)別。直線短隧道的照明指標(biāo)及規(guī)模均可較曲線短隧道有所降低。

(2)對于長度小于200 m的直線隧道可不設(shè)置電光照明系統(tǒng)，但應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的誘導(dǎo)設(shè)施，保證行車安全。

(3)短隧道對照明系統(tǒng)的需求可分為以下幾類。

①以消除“黑洞效應(yīng)”為目的設(shè)置照明系統(tǒng)——主要是針對行車出口不能完全可見曲線隧道，其照明標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與長隧道相當(dāng)。

②以消除“白洞效應(yīng)”、“黑框效應(yīng)”為目的設(shè)置照明系統(tǒng)——在實(shí)際營運(yùn)中照明標(biāo)準(zhǔn)較長隧道有所降低，但合理的照明能消除上述效應(yīng)，保證行車安全。

3.2 調(diào)研結(jié)論

綜合上述國內(nèi)外相關(guān)資料的研究成果，結(jié)合我國公路短隧道工程照明系統(tǒng)的實(shí)際營運(yùn)效果，在參照CIE技術(shù)報(bào)告和我國規(guī)范的相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，對短隧道照明參數(shù)的研究取得以下研究結(jié)論。

(1)照明設(shè)計(jì)隧道長短的界定

短隧道的照明亮度要求應(yīng)根據(jù)駕駛員接近隧道時(shí)能夠看穿隧道的程度而不同?？创┧淼赖哪芰χ饕Q于隧道的長度，并且取決于一些其它的設(shè)計(jì)參數(shù)(隧道的寬度、高度、水平和/或垂直的曲度等等)。

根據(jù)照明的要求以及我國《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)對隧道長短的劃分，本課題對隧道長度規(guī)模作出如下界定。

幾何長隧道:長度L＞1 000 m的隧道;

光學(xué)長隧道:無論隧道幾何長度，在隧道進(jìn)口前一個(gè)停車視距處，行車進(jìn)口不能完全看透行車出口的隧道;

光學(xué)短隧道:長度L≤500 m，在隧道進(jìn)口前一個(gè)停車視距處，行車進(jìn)口能完全看透行車出口的隧道。

(2)需設(shè)置照明隧道長度的界定

①長度大于150 m的高等級(jí)公路隧道應(yīng)設(shè)置照明。

②長度在100～150 m之間的直線隧道應(yīng)在路緣或邊墻上安裝有源電光誘導(dǎo)標(biāo)志。

(3)出口不能完全可見的長度在100～150 m曲線隧道入口區(qū)域可按正常入口段照明的50%設(shè)置，可不設(shè)置過渡照明和出口照明。

(4)長度在150～300 m之間的直線隧道入口區(qū)域按正常出口段照明的亮度值設(shè)置，可不設(shè)置過渡照明和出口照明。

(5)出口不能完全可見的長度在150～300 m之間的曲線隧道入口區(qū)域按正常入口段照明設(shè)置，可不設(shè)置過渡照明和出口照明。

(6)長度在300～500 m之間的直線隧道入口區(qū)域可按正常入口段照明的50%設(shè)置，可根據(jù)交通量大小參照長隧道設(shè)置過渡段照明和出口照明。

(7)出口不能完全可見的長度在300～500 m之間的曲線隧道入口區(qū)域按正常入口段照明設(shè)置，其余照明段亮度標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法參照幾何長隧道設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

在全球氣溫日益升高，能源供應(yīng)日趨緊張的今天，節(jié)能已經(jīng)成為國家、社會(huì)和企業(yè)的責(zé)任。隨著公路建設(shè)的發(fā)展，公路隧道會(huì)日益增多。為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，提高公路隧道照明質(zhì)量，同時(shí)也是為了適應(yīng)公路隧道營運(yùn)管理的可持續(xù)發(fā)展，適應(yīng)隧道特殊的照明環(huán)境和視覺現(xiàn)象，研究出合理的照明理論為節(jié)能環(huán)保做出貢獻(xiàn)就顯得十分必要。

U455

C

1008-3383(2012)01-0117-02

2011-10-29

宛北北(1983-)，男，工學(xué)學(xué)士。