淺談公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

祁綃益

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢430060）

0 引 言

公路隧道照明與城市道路照明相比有其特殊性，公路隧道照明必須考慮某些特殊的視覺現(xiàn)象，由于白天隧道外亮度遠(yuǎn)高于隧道內(nèi)的亮度，如果隧道長度足夠長，駕駛員駛?cè)胨淼罆霈F(xiàn)“黑洞”現(xiàn)象；如果隧道長度很短，駕駛員駛?cè)胨淼罆霈F(xiàn)“黑框”現(xiàn)象，反之如果駕駛員駛離隧道，由于隧道洞內(nèi)外亮度相差較大，洞外高亮環(huán)境會使駕駛員分辨不清外部物體。以上所談及“黑洞”、“黑框”以及洞外高亮環(huán)境等均會對車輛正常行駛造成威脅。隧道照明系統(tǒng)除具備類似城市道路照明基本功能外，還需要特別對隧道入口段、出口段和過渡段等照明系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以消除上文談及的不利現(xiàn)象和因素，以確保隧道整個照明系統(tǒng)能為交通提供正常服務(wù)，為車輛正常行駛提供所需照明亮度。

下文通過一個具體項(xiàng)目來介紹公路隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、步驟以及應(yīng)該注意的重點(diǎn)問題。

1 項(xiàng)目背景

G319 瑞金至興國（興國段）改線工程（瑞興于快速交通走廊）社坑隧道位于江西省贛州市興國縣境內(nèi)，為路線穿越中低山山體建設(shè)。隧道軸線走向方位角約20°，洞身呈弧線形展布。

K 線社坑隧道為分離式（局部小凈距）隧道，采用分離式雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度為80 km/h。隧道左線起訖里程樁號為ZK879+965～ZK882+555，長2 590 m；右線起訖里程樁號為YK879+945～YK882+535，長2 590 m，隧道最大埋深約230 m。隧道進(jìn)口左右線測設(shè)間距約21 m，采用端墻式洞門；出口左右線測設(shè)間距約16 m，采用端墻式洞門。隧道設(shè)置6 處行人橫洞和3 處行車橫洞。

2 設(shè)計(jì)步驟[1-4]

2.1 收集隧道交通量信息

根據(jù)項(xiàng)目工可文件及總體專業(yè)提供的數(shù)據(jù)信息，該隧道路段交通量預(yù)測見表1。

表1 隧道所在路段交通量預(yù)測表 單位：pcu/d

需要注意的是：以上表格為預(yù)測的交通量采用的車型是標(biāo)準(zhǔn)小客車（pcu），照明設(shè)計(jì)時需要將標(biāo)準(zhǔn)小客車交通量換算成混合車型高峰小時交通量。

根據(jù)項(xiàng)目隧道路段特征年車型比例預(yù)測信息并結(jié)合表1，可得到隧道所在路段高峰小時交通量預(yù)測表，具體見表2。

表2 隧道所在路段高峰小時交通量預(yù)測表

2.2 確定隧道各照明段設(shè)計(jì)亮度及長度

本隧道預(yù)計(jì)通車時間為2023 年，根據(jù)表2 及《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）（以下簡稱“照明細(xì)則”）表4.1.1，近期交通量按2032年取值，經(jīng)計(jì)算折減系數(shù)為0.025 6，遠(yuǎn)期交通量按2042 年取值，經(jīng)計(jì)算折減系數(shù)為0.028 0。

公路隧道照明設(shè)施應(yīng)根據(jù)預(yù)測交通量統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，可分期實(shí)施。但可以看到本隧道近期和遠(yuǎn)期折減系數(shù)相近，可按遠(yuǎn)期一次設(shè)計(jì)。

照明設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

隧道設(shè)計(jì)速度：80 km/h。

路面寬度：10.25 m。

路面亮度折算系數(shù)：瀝青混凝土路面15 Lx/cd.m2。

洞外亮度：L20=3 000 cd/m2（根據(jù)照明細(xì)則第4.2.1 條及其條文說明）。

入口折減系數(shù)：K=0.028。

燈具維護(hù)系數(shù)：M=0.7。

結(jié)合照明細(xì)則第9.2.1 條，中間段亮度應(yīng)取值取值1.75 cd/m2。

平均亮度與平均照度換算系數(shù)取值15 Lx/（cd/m2）。

全隧道照明分為7 段，隧道各段照明亮度見表3。

表3 隧道內(nèi)各段照明設(shè)計(jì)亮度及長度表

2.3 燈具選擇及實(shí)際亮度計(jì)算

本隧道設(shè)計(jì)采用LED 燈具的照明方案，即隧道加強(qiáng)段照明燈具、基本段照明燈具均采用LED 燈。隧道橫洞、緊急停車帶采用40 W LED，洞外引道照明采用150W LED 燈具。

本隧道照明燈具兩側(cè)對稱布置方式布置，第一盞基本照明燈具距離洞門建筑頂部樁號10 m。布置斷面見圖1。

圖1 隧道照明燈具布置斷面圖（單位：cm）

2.3.1 隧道內(nèi)基本照明和加強(qiáng)照明

隧道內(nèi)各段燈具布置方式如下：

入口1 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具150 W 和70 W，燈具安裝間距1 m。

入口2 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具70 W，燈具安裝間距為1 m。

過渡1 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具70 W，燈具安裝間距2.4 m。

過渡2 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具70 W，燈具安裝間距6 m。

出口1 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具40 W，燈具安裝間距2.4 m。

出口2 段采用LED 照明，基本照明燈具40 W，布置間距12 m。加強(qiáng)照明燈具40 W，燈具安裝間距1.5 m。

根據(jù)以上燈具選擇及布置，各照明段實(shí)際亮度值見表4。

表4 隧道內(nèi)各段照明實(shí)際亮度及長度表

2.3.2 隧道內(nèi)緊急停車帶和橫通道照明

隧道內(nèi)緊急停車帶和橫通道照明布置見圖2～圖4。

圖2 隧道緊急停車帶照明燈具布置斷面圖（單位：cm）

圖3 車行橫洞照明燈具布置斷面圖（單位：cm）

圖4 人行橫洞照明燈具布置斷面圖（單位：cm）

根據(jù)照明細(xì)則第6.3.1 條和第6.3.2 條，緊急停車帶和橫通道照明亮度分別不低于4.0 cd/m2和1.0 cd/m2。

本隧道左線和右線分別設(shè)置了3 處緊急停車帶，每處長度為50 m；隧道設(shè)置6 處行人橫洞和3處行車橫洞。根據(jù)計(jì)算，緊急停車帶采用LED 照明，燈具功率為40 W，布置間距為5 m；車行橫洞和人行橫洞采用LED 照明，燈具功率為40 W，布置間距為7 m。

2.3.3 洞外引道照明

根據(jù)照明細(xì)則第8.2.2 條及表8.2.2，隧道設(shè)計(jì)速度為80 km/h，洞外引道設(shè)計(jì)亮度為1.0 cd/m2，長度為130 m。選取路燈桿高為10 的LED 路燈，照明功率為150 W，洞外第一盞路燈距離洞口15 m，后續(xù)路燈布置間距30 m，依次設(shè)置6 盞，布置詳細(xì)情況具體見圖5。

圖5 洞外路燈布置平面示意圖（單位：m）

2.4 隧道照明控制

公路隧道照明系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)交通量變化、洞外亮度變化、季節(jié)更替等多種工況制訂調(diào)光及運(yùn)營管理方案。

本隧道照明調(diào)光控制采用無極調(diào)光控制系統(tǒng)，隧道燈具采用亮度可調(diào)型LED 燈具。調(diào)光控制柜通過控制總線輸出0～5 V 調(diào)光信號，控制隧道LED燈具輸出功率，具體控制如下：

隧道加強(qiáng)照明燈具根據(jù)洞外實(shí)時亮度值進(jìn)行相應(yīng)功率即時變化，洞外若是晴天，光照較強(qiáng)（達(dá)到某一闕值），加強(qiáng)照明則以100%的功率工作；若是陰雨天，光照較弱，加強(qiáng)照明則以10%～90%的功率工作。加強(qiáng)照明燈具亮度輸出標(biāo)準(zhǔn)取決于洞外亮度信號，根據(jù)隧道洞外亮度確定加強(qiáng)照明輸出。

基本段照明白天恒定在設(shè)定照度下工作。夜間為避免明洞效應(yīng)，系統(tǒng)將基本段整體功率全部降至15%～20%，保證基本照明需求（1.0cd/㎡）及洞內(nèi)外視覺亮度差異的最低值。

隧道調(diào)光控制柜設(shè)置于隧道變電所內(nèi)可接收和處理光強(qiáng)檢測儀和火災(zāi)報警信號等外圍環(huán)境信號，調(diào)光控制柜可與調(diào)光控制柜之間以及與上位機(jī)通過現(xiàn)有的通訊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊協(xié)議均采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，調(diào)光回路分為：左線調(diào)光回路（前半段）、左線調(diào)光回路（后半段）、右線調(diào)光回路（前半段）、右線調(diào)光回路（后半段）等4 個回路，隧道照明控制系統(tǒng)示意見圖6。

3 設(shè)計(jì)需特別注意的問題

（1）照明細(xì)則表4.1.1 中的“設(shè)計(jì)小時交通量”應(yīng)為混合車型設(shè)計(jì)高峰小時交通量，非標(biāo)準(zhǔn)小客車（pcu）預(yù)測交通量。

圖6 隧道照明控制示意圖

（2）依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70/2—2014）第3.0.1-2 條，照明設(shè)施可分期實(shí)施。應(yīng)根據(jù)隧道的交通量分別計(jì)算出隧道近期和遠(yuǎn)期的折算系數(shù)，如果折算系數(shù)相差較大，建議照明系統(tǒng)按近期設(shè)計(jì)；如果折算系數(shù)相差較小，建議照明系統(tǒng)按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)。

（3）注意區(qū)分隧道洞口型式（削竹式或端墻式），合理確定洞外亮度值。

（4）注意區(qū)分隧道路面形式（黑色瀝青路面或水泥混凝土路面），準(zhǔn)確選取平均亮度和平均照度換算系數(shù)。

（5）根據(jù)照明細(xì)則第9.2.1 條，隧道內(nèi)基本照明燈具采用LED 燈且相關(guān)參數(shù)滿足規(guī)范要求，亮度可取標(biāo)準(zhǔn)值的50%，但不低于1.0 cd/m2。

4 結(jié) 語

公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同于市政道路照明設(shè)計(jì)，隧道照明系統(tǒng)需要根據(jù)交通量變化、洞外亮度變化、季節(jié)更替等多種工況適時無極調(diào)光，更要解決本文引言部分所提出的“黑洞”、“黑框”以及洞外高亮環(huán)境等影響交通安全的不利因素。公路隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要電氣設(shè)計(jì)人員對國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有透徹的理解，更需要大家不斷學(xué)習(xí)、交流、探討，更新知識，為公路隧道提供更優(yōu)質(zhì)的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，更好地保障交通安全。筆者水平有限，不足之處懇請批評指正。