高速公路隧道照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)

■李志強(qiáng)

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004）

福建是一個(gè)多山的省份，高速公路建設(shè)中少不了大量的隧道工程。隧道照明是隧道工程的重要組成部分，設(shè)計(jì)合理的隧道照明能為隧道交通安全提供有力的保障。

隧道照明與非隧道道路照明的最大區(qū)別在于，隧道照明要考慮到駕駛員在白天駕駛車輛時(shí)，自身視覺(jué)適應(yīng)的情況。車輛進(jìn)出隧道時(shí)，駕駛員視覺(jué)會(huì)出現(xiàn)黑框或黑洞現(xiàn)象，從而造成視覺(jué)障礙或心理障礙。而這種情況會(huì)危及到車輛的行車安全。因此，良好合理的隧道照明設(shè)計(jì)十分重要，設(shè)計(jì)合理的隧道照明系統(tǒng)可以有效地消除這一安全隱患。

本文依照 《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01-2014），結(jié)合工程實(shí)際情況，闡述高速公路隧道照明的設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 工程概況

道澳隧道左線長(zhǎng)920m，右線長(zhǎng)907m，隧道為分離式雙洞三車道單向交通，設(shè)計(jì)速度為100km/h，隧道內(nèi)路面為瀝青路面。

2 照明設(shè)計(jì)過(guò)程

照明設(shè)計(jì)的基本步驟包括：①隧道布燈方式的選擇；②隧道照明光源的選擇；③隧道各照明段的劃分；④隧道各照明段亮度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算；⑤隧道各照明段光源功率配置。

道澳隧道左洞為端墻式洞口，右洞為削竹式洞口，二者的照明設(shè)計(jì)僅在洞外亮度的取值存在差異，其余計(jì)算方式相同，故本文僅以左洞為例展開(kāi)論述。

2.1 隧道布燈方式的選擇

隧道主要有中間布置、雙側(cè)對(duì)稱布置、雙側(cè)交錯(cuò)布置等幾種布燈方式。照明燈具的布置形式影響照明系統(tǒng)的效率，中間布置比兩側(cè)布置效率高，兩側(cè)交錯(cuò)布置比兩側(cè)對(duì)稱布置效率高[2]。故本次隧道布燈方式采用中間布置。圖1為道澳隧道洞內(nèi)燈具安裝剖面圖。

圖1 道澳隧道洞內(nèi)燈具安裝剖面圖

2.2 隧道照明光源的選擇

隧道照明選用的光源應(yīng)滿足隧道這一特殊地理環(huán)境下的光通量、光衰、光效、壽命、均勻度、亮度、顯色性等要求，同時(shí)還要保證在汽車排放形成的煙霧和自然大霧天氣下有良好的能見(jiàn)度。

當(dāng)前福建省高速公路隧道常用的燈具有高壓鈉燈和LED燈，高壓鈉燈有光效高、耗電少、壽命長(zhǎng)、透霧性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)用成熟。在福建山區(qū)隧道洞口經(jīng)常大霧彌漫的條件下，高壓鈉燈燈光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，散射低，可以有效地穿透濃霧。LED燈的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高、功耗較低、顯色性高、工作溫度低，在高速公路隧道節(jié)能方面有較大作用。結(jié)合兩種燈具的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)隧道入口段和出口段的加強(qiáng)燈采用高壓鈉燈，其他采用LED燈。

2.3 隧道各照明段的劃分

依據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》，隧道內(nèi)的照明段可以分為以下幾部分：入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段。福建省高速公路隧道照明燈具的基本間距為7m，因此各照明段的長(zhǎng)度均取值為7的整數(shù)倍。

2.3.1 入口段照明

由于洞外自然光的投射進(jìn)入，洞口以內(nèi)一定范圍內(nèi)有較高亮度，入口段和出口段的加強(qiáng)照明燈具宜自洞口隧道頂部以內(nèi)10m處開(kāi)始布設(shè)[2]。道澳隧道的入口段照明劃分成TH1、TH2兩個(gè)照明段，入口段TH1、TH2長(zhǎng)度按公式 Dth1=Dth2=0.5×[1.154×Ds-（h-1.5）/tan10]進(jìn)行計(jì)算。其中Ds為照明停車視距，按《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》表4.2.3取值為159.5；h為隧道凈空高度，本隧道取值為8m。

表1 入口段長(zhǎng)度

2.3.2 過(guò)渡段照明

過(guò)渡段照明按漸變?cè)瓌t劃分為TR1、TR2、TR3三個(gè)照明段[2]，三個(gè)照明段長(zhǎng)度按《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》表5-1進(jìn)行取值。

表2 過(guò)渡段長(zhǎng)度

2.3.3 中間段及出口段照明

出口段照明劃分為EX1、EX2兩個(gè)照明段，每段長(zhǎng)度宜取30m[2]，本次設(shè)計(jì)取值為35m。

除去入口段、過(guò)渡段、出口段及進(jìn)出口未布設(shè)照明段落，隧道其余部分為中間段。

表3 出口段亮度及長(zhǎng)度

2.4 隧道各照明段亮度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

影響隧道內(nèi)照明設(shè)計(jì)主要有車流量、行車速度和隧道洞口亮度三個(gè)因素。本工程車流量為450輛／h.ln，設(shè)計(jì)行車速度為100km/h。目前，福建省行車速度為100km/h的高速公路隧道，端墻式隧道洞口洞外亮度按3500cd/m2，削竹式隧道洞口洞外亮度按3000cd/m2進(jìn)行取值。

2.4.1 入口段照明

入口 1 段（TH1）亮度 Lth1=k×L20（L20 為洞外亮度，本工程取值3500 cd/m2；k為入口段亮度折減系數(shù)，本工程 k 取 0.036），入口 2 段（TH2）亮度 Lth2=0.5×Lth1。

表4 入口段亮度

2.4.2 過(guò)渡段照明

過(guò)渡段照明分為TR1、TR2、TR3三個(gè)照明段，與之對(duì)應(yīng)的亮度如下表5計(jì)算。

表5 過(guò)渡段亮度

2.4.3 中間段及出口段照明

中間段照明按 《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》表6.1.1進(jìn)行取值。本隧道車流量為450輛／h.ln，中間段照明亮度Lin 取 2.5cd/m2。

出口段照明亮度要求見(jiàn)表6。

表6 出口段亮度

2.5 隧道各照明段光源功率配置

隧道照明設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)照明燈具的合理布置來(lái)滿足隧道照明的技術(shù)要求。

2.5.1 亮度設(shè)計(jì)值計(jì)算

以入口1段為例。

本工程照明計(jì)算利用燈具利用系數(shù)曲線圖，按下列公式計(jì)算路面平均水平照度：

式中：ω為燈具布置系數(shù)；η為利用系數(shù)；φ為燈具額定光通量 （lm）；M為燈具養(yǎng)護(hù)系數(shù)；W為隧道路面寬度（m）；S 為燈具間距（m）。

按照《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》3.0.9條規(guī)定，平均亮度與平均照度間的換算系數(shù)宜實(shí)測(cè)確定；無(wú)實(shí)測(cè)條件時(shí)，瀝青路面可取 15lx/（cd·m-2）。 本隧道路面為瀝青，換算系數(shù)按 15lx/（cd·m-2）取值。

經(jīng)上文計(jì)算，入口1段亮度要求為126cd/m2，本次設(shè)計(jì)采用不同功率的光源進(jìn)行配置，采用下列燈具組合（圖2）：

圖2 入口1段光源功率配置

計(jì)算亮度值為126.7cd/m2，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5.2 DIAlux軟件輔助設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用DIAlux軟件計(jì)算作為人工計(jì)算的補(bǔ)充。DIAlux軟件是現(xiàn)在比較常用有效的照明計(jì)算軟件。人工計(jì)算無(wú)法有效計(jì)算隧道路面的路面亮度總均勻度等技術(shù)指標(biāo)，DIAlux軟件則有效地彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)。

以入口1段為例，采用DIAlux軟件建模并計(jì)算結(jié)果如下圖3。

經(jīng)軟件計(jì)算，隧道入口1段路面亮度總均勻度U0=0.497≥0.4，滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

2.5.3 各照明段光源功率配置

圖3 等照度圖

圖4 點(diǎn)照度圖

其他照明段的計(jì)算過(guò)程與入口1段相同。

經(jīng)計(jì)算本隧道燈具布置詳圖5。

隧道燈具按功能可以分為加強(qiáng)燈、全日燈和應(yīng)急燈。全日燈為全日24h不間斷工作，深夜車流量少時(shí)，關(guān)閉其中一路全日燈，照度降為原照度的一半。隧道的應(yīng)急燈在正常市網(wǎng)供電時(shí)作為全日燈使用，并由設(shè)于變配電所內(nèi)的工頻不間斷電源UPS集中供電，供電時(shí)間不小于30分鐘。加強(qiáng)燈則根據(jù)洞口亮度的不同分成晴天、云天、陰天、重陰四種工作狀態(tài)來(lái)控制。

以上隧道照明燈具布置對(duì)應(yīng)的各段設(shè)計(jì)計(jì)算亮度值如下表7。

表7 各段設(shè)計(jì)計(jì)算亮度

2.6 隧道照明控制

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，為了提高隧道運(yùn)營(yíng)安全水平及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，應(yīng)對(duì)照明設(shè)施進(jìn)行有效控制。

道澳隧道的照明設(shè)施按照晴天、云天、陰天、重陰、晚上和深夜六種情況進(jìn)行控制，具體見(jiàn)各工況下燈具工作表（表 8）。

道澳隧道以自動(dòng)控制為主要的控制方式，并輔以手動(dòng)控制的方式。自動(dòng)控制方式是照明自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)交通監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的交通量、洞外亮度等一系列參數(shù)，按照六級(jí)調(diào)控的方式，自動(dòng)調(diào)控洞內(nèi)的照明亮度。手動(dòng)控制方式就是通過(guò)設(shè)置于隧道現(xiàn)場(chǎng)的照明配電柜來(lái)控制隧道內(nèi)燈具的開(kāi)啟和關(guān)閉。

圖5 隧道照明光源功率配置

表8 各工況下燈具工作表

3 結(jié)束語(yǔ)

本文依照《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》，對(duì)福州繞城高速公路東南段道澳隧道進(jìn)行了照明設(shè)計(jì)，力求為同類工程設(shè)計(jì)提供部分參考。高速公路隧道照明系統(tǒng)是高速公路隧道必不可少的部分，合理地進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，對(duì)于高速隧道的交通安全和節(jié)能運(yùn)行有著重要的意義。

[1]JTG D70/2-2014，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（第二冊(cè)）交通工程與附屬設(shè)施.北京：人民交通出版社，2014.

[2]JTG/T D70/2-01-2014，公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則.北京：人民交通出版社，2014.