胡海波

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

隧道口光線過渡優(yōu)化方案研究

胡海波

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

本文結(jié)合目前隧道口光線過渡方案的研究現(xiàn)狀，分析了已有過渡方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種可解決已有光線過渡方案缺點(diǎn)，兼具已有光線過渡方案優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)化方案。

隧道口；光線過渡；優(yōu)化

1 引言

隧道口處在明暗交界區(qū)域，隧道口內(nèi)外光線的突變一直是影響行車的安全和駕駛舒適度的重要因素之一。經(jīng)常有報(bào)道稱，司機(jī)因?yàn)樗淼揽诠饩€的突變，導(dǎo)致眼睛無法適應(yīng)環(huán)境而短暫性失明，從而造成了交通事故。目前已經(jīng)有多種多樣樣的隧道口光線過渡的處理措施，但是光線突變?nèi)匀皇撬淼揽谔幇l(fā)生交通事故的重要原因，所以現(xiàn)有的隧道口處光線過渡的方案仍需要進(jìn)一步優(yōu)化。在隧道口處采取一些優(yōu)化后的光線過渡的方案，在一方面可以適當(dāng)性的增加司機(jī)駕駛舒適度，從而減少交通事故發(fā)生的概率；另一方面還可以減弱隧道口區(qū)域并且加強(qiáng)照明區(qū)域的光線強(qiáng)度，減少能耗。所以，在隧道口處采取優(yōu)化后的光線的過渡方案，對于改善行車的駕駛環(huán)境、提高行車的安全與節(jié)能降耗都具有重要的意義。

2 光線過渡的類型

目前通過對國內(nèi)的相關(guān)工程案進(jìn)行分析總結(jié)，關(guān)于隧道洞口處的光線過渡措施主要為設(shè)置遮光建筑。遮光建筑是利用了建筑物自身的材料特性，降低隧道口區(qū)域亮度，實(shí)現(xiàn)光線逐漸過渡的目的，較為常見的有遮光棚、遮陽棚和通透式棚洞。遮光建筑不僅能夠達(dá)到遮陽減光的效果，還具有標(biāo)識的作用，可以作為隧道的洞門的標(biāo)志性建筑物。還有減輕壓力的作用，其能緩解駕駛員在進(jìn)入隧道前的心理緊張壓抑感。還可以通過減少洞內(nèi)外的亮度差異，從而降低隧道內(nèi)洞口區(qū)域的照明亮度達(dá)到節(jié)能的目的。

2.1 遮陽棚

遮陽棚是一種頂部為封閉結(jié)構(gòu)的棚狀構(gòu)筑物，利用透明或半透明的材料的透光作用達(dá)到減光的效果，陽光無法直接投射到路面上。遮陽棚的優(yōu)點(diǎn)不僅在于封閉式的透光結(jié)構(gòu)具有較好的減光遮陽效果，而且也可以降低因?yàn)橛暄┒鸬能囕v的滑移，同時(shí)減少雨雪對于路面的腐蝕而延長使用壽命。但是遮陽棚會因?yàn)橛暄┖突覊m沉積而造成減光效果的不穩(wěn)定，因?yàn)槠鋵Σ馁|(zhì)及的構(gòu)造要求較高導(dǎo)致增加工程投資，同時(shí)運(yùn)營期間的維護(hù)工作量大，也不利于隧道內(nèi)部的通風(fēng)，需要增加風(fēng)機(jī)的臺數(shù)，不利于節(jié)能減排。此外，遮陽棚的封閉式的構(gòu)造會讓駕駛員產(chǎn)生一定的心理壓抑感[1]。

2.2 遮光棚

遮光棚是一種上部為開放式的棚狀建造物，其特點(diǎn)是日光可以徑直照射到路面上，通風(fēng)性良好，且結(jié)構(gòu)相對而言較為輕巧、簡單。遮光棚的敞開式的透光構(gòu)造可以盡量彌補(bǔ)遮陽棚因受環(huán)境因素影響較大的一些缺點(diǎn)，工程投資較為低廉，并且運(yùn)營期間的維護(hù)工作量較小且通風(fēng)透氣性能比較好，可以減少風(fēng)機(jī)的臺數(shù)，降低運(yùn)營的成本。但遮光棚擋雨阻雪的效果差，行車的環(huán)境受洞外區(qū)域的環(huán)境影響比較大。另外，在遮光棚的設(shè)計(jì)中，遮光格柵的間距在滿足減光過渡要求的同時(shí)，還應(yīng)考慮眩光問題[1]。

2.3 通透式棚洞

通透式棚洞是近年來交通部門大力推行的生態(tài)和諧理念創(chuàng)新之舉。該結(jié)構(gòu)可以較好地與周圍地勢相協(xié)調(diào)，最大限度地減小植被的破壞面，最大限度的做到與周圍景觀和諧，同時(shí)通風(fēng)和采光效果比較好。通透式棚洞是一種對洞口區(qū)域減光措施的非常有效的補(bǔ)充和完善，也是將隧道結(jié)構(gòu)與附屬減光結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。但是，這類結(jié)構(gòu)受地形條件的限制大，并不能被廣泛采用。例如該隧道如果是東西走向，有可能陽光會斜射入隧道，使司機(jī)眼睛產(chǎn)生眩暈，同時(shí)柵洞的立柱會在洞內(nèi)形成明暗交替的“斑馬線”，使得行車環(huán)境更加不佳。在國內(nèi)外的一些工程中，簡易遮光板、懸臂式棚蓋、遮光帷幕等也應(yīng)用于隧道洞口區(qū)域的減光。該類型減光建筑結(jié)構(gòu)較為輕巧簡單，主要通過遮擋駕駛員行車主視野范圍內(nèi)的直射光線從而避免眩光。但是這類結(jié)構(gòu)的遮擋光線面積十分有限，且受力不均，在比如風(fēng)力或地震作用下存在一定的安全隱患，實(shí)用性不大。

3 研究現(xiàn)狀

李英濤（2009）[2]從分析公路隧道出、入口區(qū)域的駕駛員視力恢復(fù)的時(shí)間著手,研究了隧道出入口區(qū)域減光隔柵段的合理長度計(jì)算的模型和合理的取值問題,并且給出了不同的設(shè)計(jì)速度的隧道出入口區(qū)域的減光隔柵段設(shè)計(jì)長度的建議值。李榮等（2012）[3]提出了通過鋼結(jié)構(gòu)的遮光棚與有一定的透光率的遮光棚板材進(jìn)行搭配，其優(yōu)點(diǎn)能夠較好的達(dá)到遮光避光、減光弱光的效果，缺點(diǎn)是過渡效果仍然沒有能夠達(dá)到漸變的效果。潘貝貝等（2013）[4]綜合性的論述了一些目前國內(nèi)的減光的措施的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)也指出了隧道洞口的光措施在實(shí)際工程應(yīng)用中的應(yīng)注意的要點(diǎn)。

分析目前研究現(xiàn)狀，已有很多學(xué)者針對不同的工程環(huán)境作了關(guān)于光線過渡措施的研究[5]，也有許多應(yīng)用于實(shí)際工程的例子，基本能夠滿足工程需要。但仍然存在光線過渡效果不佳、路面出現(xiàn)光照“斑馬線”等缺點(diǎn)。

4 目前存在的問題

目前主要采用鋼結(jié)構(gòu)遮光棚和拱肋式混凝土遮光棚兩種減光措施?，F(xiàn)有的光線過渡措施在實(shí)際工程中應(yīng)用較多，已基本滿足工程需要，但仍然有較多不足之處。例如，缺點(diǎn)一：遮光棚板材均為同一透光率，達(dá)不到良好的光線過渡的效果。缺點(diǎn)二：鋼結(jié)構(gòu)遮光棚和拱肋式混凝土遮光棚通過遮光棚作為減光措施，陽光會在地面形成斑馬線，使司機(jī)在看路面時(shí)有明暗交錯的感覺。即使不會產(chǎn)生閃爍效應(yīng)，也會使司機(jī)產(chǎn)生視覺疲勞，嚴(yán)重時(shí)則影響駕駛安全。

5 各參數(shù)的確定

針對已有遮光棚的主要缺點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)的研究計(jì)算。

5.1 確定板材尺寸和透光率

由于目前采用的遮光棚板材為同一透光率，無法達(dá)到光線的良好過渡效果，故需要根據(jù)建立模型，確定遮光棚各個分段的長度及板材透光率。

5.2 隧道口光照銜接

由于采用了遮光棚，隧道口內(nèi)的燈具數(shù)量應(yīng)減少，燈光強(qiáng)度應(yīng)減弱。為了使隧道口內(nèi)燈照強(qiáng)度與隧道口外日照強(qiáng)度良好銜接，應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算使兩者相等。

5.3 選擇遮光棚截面形式

分析對比圓形截面遮光棚與矩形截面遮光棚的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營使用等階段，選取合理的建設(shè)方案。

6 解決方案

針對目前已有的光線過渡方案的不足之處，提出一種優(yōu)化的光線過渡方案，以解決目前面臨的問題。為解決缺點(diǎn)一，提出采用透光率不同的板材，由隧道口內(nèi)至隧道口外方向，板材的透光率呈梯度增大，達(dá)到光線強(qiáng)度由隧道口內(nèi)至隧道口外的逐漸過渡。為了解決缺點(diǎn)二，提出采用內(nèi)表面鑿毛的板材，使得光線透過板材的同時(shí)，一部分光線產(chǎn)生漫射，模糊鋼結(jié)構(gòu)遮光棚和拱肋式混凝土遮光棚的陰影與明亮區(qū)的界限，降低明暗交錯的程度，避免閃爍效應(yīng)的根源，大大的提高了行車環(huán)境的舒適度。

根據(jù)施工難易程度、遮光效果和美觀等因素綜合考慮，采用圓形截面鋼結(jié)構(gòu)遮光棚。同時(shí)，結(jié)合缺點(diǎn)一和二的解決方法，即可實(shí)現(xiàn)隧道口光線的良好過渡，大大提高行車環(huán)境的舒適度及節(jié)能減排。

[1]郭忠印,蘇東蘭,盧輝,劉桂強(qiáng),. 基于運(yùn)行速度的高速公路隧道出入口安全設(shè)計(jì)[J]. 公路工程,2013,(5).

[2]李英濤,程國柱,. 公路隧道出入口減光格柵段合理長度研究[J].公路工程,2009,(5).

[3]李榮,李秋,張立云,.遮光棚在葫蘆巖隧道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].四川林勘設(shè)計(jì),2012,(2).

[4]潘貝貝,翁季,.公路隧道洞口減光措施的研究綜述[J].燈與照明,2013,(3).

[5]王少飛,涂耘,.我國公路隧道照明技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新[J].隧道建設(shè),2010,(S1).

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胡海波（1992—），男，碩士研究生，主要從事交通工程方面的研究工作