淺談某高速公路隧道洞外亮度設(shè)計(jì)取值

劉偉亮

(溫州繞城高速公路有限公司,浙江 溫州 325000)

山區(qū)高速公路建設(shè)中隧道是常見的建筑構(gòu)造,隧道內(nèi)的照明工程是隧道建設(shè)的重要內(nèi)容。由于各地隧道的洞內(nèi)外環(huán)境各異、朝向不同、車流量不等,因此,隧道洞內(nèi)的照明設(shè)計(jì)必須依照隧道的實(shí)際條件來(lái)決定照明布置,進(jìn)行一洞一設(shè)計(jì)。

隧道洞內(nèi)照明按功能可分為入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段。入口段、過(guò)渡段照明能減弱白天進(jìn)入隧道的“黑洞效應(yīng)”,實(shí)現(xiàn)亮度的平穩(wěn)過(guò)渡,而過(guò)渡段亮度又是隨入口段亮度變化而變化。因此,入口段亮度設(shè)計(jì)合理與否,涉及到隧道運(yùn)營(yíng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。入口段的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要和設(shè)計(jì)車速、洞外亮度L20(S)有關(guān),而一條高速公路的車速設(shè)計(jì)又是確定的。這樣,洞外亮度 L20(S)的大小直接影響到隧道照明設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

為此,筆者采用重慶交通科研設(shè)計(jì)院的“環(huán)境簡(jiǎn)圖法”來(lái)測(cè)量某高速公路北線各隧道的洞外亮度,并以此來(lái)討論隧道洞外亮度的設(shè)計(jì)取值問(wèn)題。

1 隧道概況

某高速公路共有 4條隧道,分別定為 A隧道、B隧道、C隧道和 D隧道。各隧道均為雙洞單向行車,隧道弧頂高度7.6m,設(shè)計(jì)車速 100 km/h,設(shè)計(jì)洞外亮度 L20(S)取值均為4000 cd/m2。其中,A隧道軸向?yàn)?EN-WS向,B隧道、C隧道和 D隧道軸向?yàn)镋S-WN向、偏E-W向。

A隧道左線進(jìn)口山勢(shì)較緩,兩側(cè)稍有山體遮擋,綠化較多,右線進(jìn)口為陡峭山崖,路肩一側(cè)稍有山體遮擋,綠化稀少;B隧道右線進(jìn)口山勢(shì)較緩,兩側(cè)稍有山體遮擋,綠化一般;C隧道左線進(jìn)口位于山谷內(nèi),山勢(shì)較緩,兩側(cè)稍有山體遮擋,路肩側(cè)綠化茂盛;D隧道左線進(jìn)口位于山谷內(nèi),山勢(shì)較緩,路肩側(cè)有山體遮擋,綠化茂盛,右線進(jìn)口山勢(shì)較陡,路肩側(cè)有山體遮擋,綠化較少。

2 環(huán)境簡(jiǎn)圖法的測(cè)試原理

環(huán)境簡(jiǎn)圖法是根據(jù)隧道洞口 20°圓錐角視場(chǎng)環(huán)境簡(jiǎn)圖中天空、路面及其它洞口環(huán)境的亮度及其相應(yīng)的面積比例來(lái)綜合確定隧道洞外亮度 L20(S)的方法。其中,洞外亮度L20(S)是指在隧道洞外一個(gè)停車視距 DS,距地面 1.5m,正對(duì)洞口方向 20°視場(chǎng)范圍內(nèi)的綜合亮度,如圖1所示。

3 測(cè)試環(huán)境及器材

3.1 測(cè)試日期和時(shí)間

洞外亮度 L20(S)是隨緯度、季節(jié)、氣象條件的不同而變化的。一般在北半球夏季洞外亮度是最高的,L20(S)應(yīng)取一年日照最充足季節(jié)中,一天中最亮?xí)r段的值。本次測(cè)量選擇在氣溫 35℃左右,陽(yáng)光普照的 8月 23日至 8月 31日上午10:30至下午 3:30進(jìn)行。

圖1 L20(S)定義圖解

3.2 測(cè)試器材

測(cè)試采用的儀器主要為:

(1)北京師范大學(xué)光電儀器廠產(chǎn)L88型亮度儀 1臺(tái);

(2)照相機(jī)一部;

(3)三角架一副;

(4)皮尺一副,鋼卷尺一副;

(5)木質(zhì)黑板 1張(上貼純白 A 3紙一張);

(6)測(cè)試記錄與數(shù)據(jù)處理表格若干。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)處理

根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1-1999)的規(guī)定和各隧道的縱坡情況,可計(jì)算出車速為 100 km/h時(shí)各隧道的一個(gè)停車視距 DS。

現(xiàn)以 A隧道為例,根據(jù) L20(S)的定義和圖1,結(jié)合其隧道的縱坡,計(jì)算出 20°圓錐視場(chǎng)半徑。再結(jié)合隧道高度和實(shí)際尺寸確定比例,作出隧道洞口的 20°圓錐視場(chǎng)圖,見圖2和圖3。各隧道 20°圓錐視場(chǎng)參數(shù)見表 1。

在確定的 20°圓錐視場(chǎng)內(nèi)計(jì)算出各背景物所占的面積比例,然后用環(huán)境簡(jiǎn)圖法的計(jì)算公式,計(jì)算出隧道洞外亮度L20(S),詳見表 2。

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由于 C隧道和 D隧道之間左線相距 241m,右線相距190m,根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 026.1-1999)對(duì)于連續(xù)隧道入口段亮度折減的規(guī)定:C隧道和D隧道之間行駛時(shí)間小于 10 s,確定C隧道左線進(jìn)口和D隧道右線進(jìn)口亮度均折減 25%,相關(guān)隧道的洞外亮度L20(S),詳見表3。

5 結(jié)論和建議

從數(shù)據(jù)分析,可以知道某高速公路除 A隧道右線進(jìn)口外,其余所測(cè)隧道的洞外亮度L20(S)值均低于設(shè)計(jì)單位給出的 4000 cd/m2的亮度值,尤其是A隧道左線進(jìn)口和C隧道左線進(jìn)口不足 3000 cd/m2。

某高速公路北線共有隧道4座,按照現(xiàn)今設(shè)計(jì)的洞內(nèi)照明布置圖和照明時(shí)序控制圖粗略估計(jì),每年隧道照明用電約為 654.374×104kWh,而設(shè)計(jì)單位漠視各隧道的洞口環(huán)境和洞門設(shè)計(jì)形式,一律采用 4000 cd/m2的洞外亮度值的做法,勢(shì)必會(huì)造成隧道照明設(shè)計(jì)的不合理。對(duì)于 A隧道右線進(jìn)口來(lái)說(shuō),L20(S)取值偏低,路面亮度不夠,會(huì)直接影響進(jìn)洞車輛駕駛?cè)藛T的安全和舒適;而其余隧道進(jìn)口L20(S)取值偏高,最多的超出實(shí)際值的 60%多,將對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)照明造成不必要的浪費(fèi),加重企業(yè)的運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)。因此,筆者建議設(shè)計(jì)單位應(yīng)對(duì)洞外亮度進(jìn)行系統(tǒng)專業(yè)的測(cè)量,并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值來(lái)設(shè)計(jì)隧道洞內(nèi)的燈具布置,以求達(dá)到既不浪費(fèi)資源,又保證安全、節(jié)能環(huán)保的效果。

另外,從洞口環(huán)境的圖2和圖3中可以看出,洞頂草木和綠化的護(hù)坡的亮度值較小,而洞頂混凝土及路面的亮度值偏高。因此,建議采取以下幾點(diǎn)措施來(lái)降低洞外亮度。

(1)將洞門外表做成深暗色;

(2)在洞門外一個(gè)停車視距長(zhǎng)的路基兩側(cè)種植常青樹;

(3)在洞門外一個(gè)停車視距長(zhǎng)的路面采用暗色。

[1]JTJ 026.1-1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2]屈志豪,趙清碧,劉相華.用環(huán)境簡(jiǎn)圖法測(cè)試隧道洞外亮度 L20(S)[J].公路交通技術(shù),2004(5)

[3]周勇.隧道照明質(zhì)量實(shí)測(cè)淺析[J].設(shè)計(jì)應(yīng)用,2004(8)

[4]曹言瑞,章海驄.隧道洞外亮度 L20值的黑度法測(cè)量和洞口裝飾的討論[J].光源與照明,2003(3)