毗鄰隧道減光防眩措施

劉金興

（重慶鐵發(fā)建新高速公路有限公司，重慶 400700）

隨著我國高速公路建設(shè)的發(fā)展，高速公路逐漸向西南多山地區(qū)推進(jìn)，西南片區(qū)隧道數(shù)量快速增加，隧道群逐漸增多，由此帶來的隧道運(yùn)營管理能耗加劇。隧道照明產(chǎn)生的能耗占整個(gè)隧道運(yùn)營能耗的比重大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道照明能耗占整個(gè)運(yùn)營能耗的70%以上[1]。隧道照明質(zhì)量與交通安全有重要聯(lián)系，駕駛員行車經(jīng)過隧道時(shí)會(huì)出現(xiàn)明暗適應(yīng)，駕駛員心理負(fù)擔(dān)加劇，嚴(yán)重影響行車安全。因此，合理采取減光防眩措施對(duì)保證毗鄰隧道行車安全和照明節(jié)能頗具意義。

1 毗鄰隧道定義

國內(nèi)外關(guān)于隧道群的定義未給出一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論，隧道群一般指間隔一定距離的若干各隧道組成的整體。目前行業(yè)結(jié)合通風(fēng)、照明、交通安全、防火安全等因素統(tǒng)籌考慮，將隧道群分為連續(xù)隧道和毗鄰隧道。

王少飛[2]根據(jù)兩隧道之間通風(fēng)、照明、交通安全、防火安全等因素，提出了隧道群的概念：當(dāng)兩隧道間距L≤250m時(shí)定義為毗鄰隧道；當(dāng)兩隧道間距250m＜L≤1000m時(shí)，定義為連續(xù)隧道。諸文江等[3]根據(jù)兩隧道對(duì)駕駛員駕駛行為有無影響對(duì)隧道群進(jìn)行定義：若下一隧道入口的車輛對(duì)在兩隧道之間連接段行車的駕駛員駕駛行為造成影響，則定義為隧道群。駕駛員在上游隧道出口的明適應(yīng)過程中能看到下游隧道入口車輛并能及時(shí)停車，定義兩隧道為連續(xù)隧道，當(dāng)兩隧道群連接段長度小于一個(gè)停車視距時(shí)，駕駛員從上游隧道出口看到下游隧道入口車輛不能及時(shí)停車，定義兩隧道為毗鄰隧道。而當(dāng)駕駛員從上游隧道出口明適應(yīng)過程中不受下游隧道進(jìn)口車輛的影響，則認(rèn)為兩隧道為兩條不同的單體隧道。

盡管目前沒有明確定義毗鄰隧道，但毗鄰隧道不同于單體隧道是明確的，毗鄰隧道照明之間存在相關(guān)關(guān)系，對(duì)駕駛員駕駛行為有重要影響。

2 毗鄰隧道明暗適應(yīng)機(jī)理

白天，駕駛員行車經(jīng)過隧道時(shí)，在隧道入口處，由于外部亮度大，隧道內(nèi)部亮度低，駕駛員不能在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)幾十倍的洞外亮度差，看不清隧道內(nèi)部景物，這就是“黑洞效應(yīng)”，如圖1（a）所示。駕駛員適應(yīng)由高亮度外部環(huán)境進(jìn)入低亮度內(nèi)部環(huán)境過程即為暗適應(yīng)過程；駕駛員駛出隧道時(shí)，由于隧道外部亮度大，強(qiáng)烈亮光經(jīng)人眼屈光介質(zhì)散射形成白色刺眼光幕，駕駛員無法立即完成由暗環(huán)境進(jìn)入亮環(huán)境的明適應(yīng)過程，將形成“白洞效應(yīng)”[4]，如圖1（b）所示。

圖1 黑洞效應(yīng)與白洞效應(yīng)

3 毗鄰隧道減光防眩措施

為了有效削弱隧道黑、白洞效應(yīng)，保證行車安全，減少照明能耗，研究人員在毗鄰隧道減光防眩措施方面進(jìn)行了大量研究。

毗鄰隧道減光防眩措施的基本原理是為了使洞內(nèi)外亮度過渡滿足人眼明暗適應(yīng)順適過渡的需要，從而使駕駛員不出現(xiàn)視覺盲期，能正常辨識(shí)障礙物。目前毗鄰隧道減光防眩措施大概分為三類：第一類是增強(qiáng)隧道進(jìn)出口的洞內(nèi)亮度，第二類是減小毗鄰隧道連接段的路面亮度，第三類是減少駕駛員視野范圍內(nèi)的眩光。具體措施有以下幾種。

3.1 遮陽棚

此措施屬第二類減光措施，通過在毗鄰隧道連接段設(shè)置具有一定透光率的遮陽棚，能有效減小連接段亮度，從而縮小隧道內(nèi)外亮度差，達(dá)到駕駛員明暗適應(yīng)順適過渡的目的。遮陽棚由鋼格和遮陽板組成，是一種頂部封閉的棚狀構(gòu)筑物，能夠起到減光防眩作用，還能起到保護(hù)連接段路面的作用[5]。遮陽棚結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 白馬隧道遮陽棚

遮陽棚對(duì)隧道通風(fēng)影響較大，容易形成二次污染[6-7]。遮陽板的透光率和遮光棚的底部鏤空高度是遮陽棚設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，透光率影響照明效果，選材時(shí)應(yīng)注意選擇透光率不易受氣候條件影響的材料，鏤空高度影響通風(fēng)效果，上述兩參數(shù)應(yīng)結(jié)合照明、通風(fēng)、防災(zāi)綜合考慮找出最優(yōu)解。

3.2 遮光棚

此措施屬第二類和第三類減光措施，遮光棚由遮光肋架組成，肋架常使用鋼拱架或鋼筋混凝土框，沿上一隧道出口連續(xù)間隔布置肋架。一方面可以大量遮擋駕駛員視野內(nèi)的眩光，從而使駕駛員出隧道時(shí)不產(chǎn)生失能眩光，不出現(xiàn)視覺盲期[8]；另一方面減小陽光透過率，隧道外路面照度降低，形成明暗交替的過渡路面，起到過渡順適作用，削弱“白洞效應(yīng)”，提高行車安全性。遮光棚結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 中梁山隧道出口遮光棚

鋼肋架的布置間距和厚度是遮光棚設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，應(yīng)綜合考慮隧道內(nèi)外照度、駕駛員視場角、失能眩光閾值等因素設(shè)計(jì)。遮光棚具有結(jié)構(gòu)簡單、使用周期長、受天氣條件影響小等特點(diǎn)，是目前常見的減光防眩結(jié)構(gòu)。

3.3 通透式棚洞

此措施屬第一類減光措施，在多山地區(qū)，隧道洞口邊坡不穩(wěn)定時(shí)，常需要設(shè)置洞門、明洞、棚洞等結(jié)構(gòu)，考慮到照明節(jié)能的棚洞一般將棚洞一側(cè)設(shè)置鏤空形成通透式棚洞，以增加洞口內(nèi)的自然光進(jìn)光量，從而提高隧道進(jìn)出口亮度，達(dá)到照度順適過渡和照明節(jié)能的目的。棚洞結(jié)構(gòu)如圖4所示。

通透式棚洞有利于隧道內(nèi)污染物排放，同時(shí)考慮隧道結(jié)構(gòu)、照明、通風(fēng)等因素，是一種經(jīng)濟(jì)安全的設(shè)計(jì)，但運(yùn)用范圍受限。

3.4 導(dǎo)光裝置

圖4 新宋家溝1號(hào)隧道棚洞

此措施屬第一類減光措施，原理是將太陽光直接傳導(dǎo)入隧道內(nèi)部用于照明，目前主要有直接反射太陽光裝置、光纖、導(dǎo)光管等[9]，直接反射裝置一般設(shè)置于洞口外，通過太陽高度角和方位角自動(dòng)調(diào)整反射角度，將太陽光反射到隧道入口內(nèi)部，提高隧道洞內(nèi)亮度，直接反射太陽光受季節(jié)、天氣影響大。光纖傳導(dǎo)是利用光纖的導(dǎo)光性將太陽光傳導(dǎo)入隧道內(nèi)以達(dá)到增強(qiáng)洞內(nèi)亮度的目的，光纖導(dǎo)光的距離有限，無法適應(yīng)遠(yuǎn)距離傳輸。導(dǎo)光管利用光在導(dǎo)光管內(nèi)壁反射將外部陽光導(dǎo)入隧道內(nèi)[10]。導(dǎo)光裝置如圖5所示。

圖5 隧道導(dǎo)光裝置

毗鄰隧道明暗適應(yīng)機(jī)理與單體隧道相同，均是因?yàn)槿搜鄄荒芸焖龠m應(yīng)巨大亮度差，出現(xiàn)視覺盲期，但由于毗鄰隧道連接段長度短，駕駛員明適應(yīng)未完成即進(jìn)入暗適應(yīng)階段，明暗適應(yīng)快速轉(zhuǎn)換，駕駛員心理負(fù)荷較單體隧道大，隧道照明對(duì)毗鄰隧道的影響更加明顯[11]。長期以來，如何有效削弱隧道進(jìn)出口出現(xiàn)的黑、白洞效應(yīng)一直是制約隧道運(yùn)營安全及節(jié)能的主要因素[12]。

4 結(jié)束語

目前毗鄰隧道減光措施種類較多，但相關(guān)技術(shù)運(yùn)用并不成熟，某些措施也帶來了新的問題。比如連接段設(shè)置遮陽棚會(huì)帶來二次污染，影響隧道通風(fēng)和防災(zāi)，因此，如何確定遮陽板的透光率及底部鏤空高度應(yīng)結(jié)合照明、通風(fēng)、防災(zāi)綜合考慮。鏤空棚洞、反光裝置的進(jìn)光量受天氣的影響較大，如何將反射光和隧道照明高效結(jié)合使用也需深入研究。光纖導(dǎo)光的衰減率隨傳輸距離增大而增大，研究新型導(dǎo)光材料也是隧道照明的一大方向。針對(duì)目前毗鄰隧道減光防眩已有的研究和存在的問題，毗鄰隧道減光防眩措施還應(yīng)繼續(xù)研究如下問題：（1）根據(jù)不同地區(qū)不同時(shí)間的隧道洞內(nèi)外照度建立智能調(diào)光系統(tǒng)，將減光防眩措施與隧道人工照明合理搭配利用，達(dá)到節(jié)能效果。（2）發(fā)展新型導(dǎo)光材料，提升對(duì)自然光的利用率，尤其是研究新型隧道內(nèi)視覺誘導(dǎo)材料和新型反光材料對(duì)未來照明節(jié)能的意義重大。（3）根據(jù)不同的減光措施制定相關(guān)的規(guī)范作為未來減光防眩工程的設(shè)計(jì)參考依據(jù)，提升工程質(zhì)量，保證行車安全，降低照明能耗。