高速公路隧道照明设计要点

2018-07-04李志强

福建交通科技 2018年3期

■李志强

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

福建是一个多山的省份，高速公路建设中少不了大量的隧道工程。隧道照明是隧道工程的重要组成部分，设计合理的隧道照明能为隧道交通安全提供有力的保障。

隧道照明与非隧道道路照明的最大区别在于，隧道照明要考虑到驾驶员在白天驾驶车辆时，自身视觉适应的情况。车辆进出隧道时，驾驶员视觉会出现黑框或黑洞现象，从而造成视觉障碍或心理障碍。而这种情况会危及到车辆的行车安全。因此，良好合理的隧道照明设计十分重要，设计合理的隧道照明系统可以有效地消除这一安全隐患。

本文依照《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01-2014），结合工程实际情况，阐述高速公路隧道照明的设计过程。

1 工程概况

道澳隧道左线长920m，右线长907m，隧道为分离式双洞三车道单向交通，设计速度为100km/h，隧道内路面为沥青路面。

2 照明设计过程

照明设计的基本步骤包括：①隧道布灯方式的选择；②隧道照明光源的选择；③隧道各照明段的划分；④隧道各照明段亮度标准值计算；⑤隧道各照明段光源功率配置。

道澳隧道左洞为端墙式洞口，右洞为削竹式洞口，二者的照明设计仅在洞外亮度的取值存在差异，其余计算方式相同，故本文仅以左洞为例展开论述。

2.1 隧道布灯方式的选择

隧道主要有中间布置、双侧对称布置、双侧交错布置等几种布灯方式。照明灯具的布置形式影响照明系统的效率，中间布置比两侧布置效率高，两侧交错布置比两侧对称布置效率高[2]。故本次隧道布灯方式采用中间布置。图1为道澳隧道洞内灯具安装剖面图。

图1 道澳隧道洞内灯具安装剖面图

2.2 隧道照明光源的选择

隧道照明选用的光源应满足隧道这一特殊地理环境下的光通量、光衰、光效、寿命、均匀度、亮度、显色性等要求，同时还要保证在汽车排放形成的烟雾和自然大雾天气下有良好的能见度。

当前福建省高速公路隧道常用的灯具有高压钠灯和LED灯，高压钠灯有光效高、耗电少、寿命长、透雾性强的优点，而且应用成熟。在福建山区隧道洞口经常大雾弥漫的条件下，高压钠灯灯光波长较长，散射低，可以有效地穿透浓雾。LED灯的优点是发光效率高、功耗较低、显色性高、工作温度低，在高速公路隧道节能方面有较大作用。结合两种灯具的优点，本次设计隧道入口段和出口段的加强灯采用高压钠灯，其他采用LED灯。

2.3 隧道各照明段的划分

依据《公路隧道照明设计细则》，隧道内的照明段可以分为以下几部分：入口段、过渡段、中间段和出口段。福建省高速公路隧道照明灯具的基本间距为7m，因此各照明段的长度均取值为7的整数倍。

2.3.1 入口段照明

由于洞外自然光的投射进入，洞口以内一定范围内有较高亮度，入口段和出口段的加强照明灯具宜自洞口隧道顶部以内10m处开始布设[2]。道澳隧道的入口段照明划分成TH1、TH2两个照明段，入口段TH1、TH2长度按公式 Dth1=Dth2=0.5×[1.154×Ds-（h-1.5）/tan10]进行计算。其中Ds为照明停车视距，按《公路隧道照明设计细则》表4.2.3取值为159.5；h为隧道净空高度，本隧道取值为8m。

表1 入口段长度

2.3.2 过渡段照明

过渡段照明按渐变原则划分为TR1、TR2、TR3三个照明段[2]，三个照明段长度按《公路隧道照明设计细则》表5-1进行取值。

表2 过渡段长度

2.3.3 中间段及出口段照明

出口段照明划分为EX1、EX2两个照明段，每段长度宜取30m[2]，本次设计取值为35m。

除去入口段、过渡段、出口段及进出口未布设照明段落，隧道其余部分为中间段。

表3 出口段亮度及长度

2.4 隧道各照明段亮度标准值计算

影响隧道内照明设计主要有车流量、行车速度和隧道洞口亮度三个因素。本工程车流量为450辆／h.ln，设计行车速度为100km/h。目前，福建省行车速度为100km/h的高速公路隧道，端墙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进行取值。

2.4.1 入口段照明

入口 1 段（TH1）亮度 Lth1=k×L20（L20 为洞外亮度，本工程取值3500 cd/m2；k为入口段亮度折减系数，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 过渡段照明

过渡段照明分为TR1、TR2、TR3三个照明段，与之对应的亮度如下表5计算。

表5 过渡段亮度

2.4.3 中间段及出口段照明

中间段照明按《公路隧道照明设计细则》表6.1.1进行取值。本隧道车流量为450辆／h.ln，中间段照明亮度Lin 取 2.5cd/m2。

出口段照明亮度要求见表6。

表6 出口段亮度

2.5 隧道各照明段光源功率配置

隧道照明设计就是通过对照明灯具的合理布置来满足隧道照明的技术要求。

2.5.1 亮度设计值计算

以入口1段为例。

本工程照明计算利用灯具利用系数曲线图，按下列公式计算路面平均水平照度：

式中：ω为灯具布置系数；η为利用系数；φ为灯具额定光通量（lm）；M为灯具养护系数；W为隧道路面宽度（m）；S 为灯具间距（m）。

按照《公路隧道照明设计细则》3.0.9条规定，平均亮度与平均照度间的换算系数宜实测确定；无实测条件时，沥青路面可取 15lx/（cd·m-2）。本隧道路面为沥青，换算系数按 15lx/（cd·m-2）取值。

经上文计算，入口1段亮度要求为126cd/m2，本次设计采用不同功率的光源进行配置，采用下列灯具组合（图2）：

图2 入口1段光源功率配置

计算亮度值为126.7cd/m2，满足设计要求。

2.5.2 DIAlux软件辅助设计

本次设计采用DIAlux软件计算作为人工计算的补充。DIAlux软件是现在比较常用有效的照明计算软件。人工计算无法有效计算隧道路面的路面亮度总均匀度等技术指标，DIAlux软件则有效地弥补了这一缺点。

以入口1段为例，采用DIAlux软件建模并计算结果如下图3。

经软件计算，隧道入口1段路面亮度总均匀度U0=0.497≥0.4，满足规范的设计要求。

2.5.3 各照明段光源功率配置

图3 等照度图

图4 点照度图

其他照明段的计算过程与入口1段相同。

经计算本隧道灯具布置详图5。

隧道灯具按功能可以分为加强灯、全日灯和应急灯。全日灯为全日24h不间断工作，深夜车流量少时，关闭其中一路全日灯，照度降为原照度的一半。隧道的应急灯在正常市网供电时作为全日灯使用，并由设于变配电所内的工频不间断电源UPS集中供电，供电时间不小于30分钟。加强灯则根据洞口亮度的不同分成晴天、云天、阴天、重阴四种工作状态来控制。

以上隧道照明灯具布置对应的各段设计计算亮度值如下表7。