毗邻隧道减光防眩措施

刘金兴

（重庆铁发建新高速公路有限公司，重庆 400700）

随着我国高速公路建设的发展，高速公路逐渐向西南多山地区推进，西南片区隧道数量快速增加，隧道群逐渐增多，由此带来的隧道运营管理能耗加剧。隧道照明产生的能耗占整个隧道运营能耗的比重大，据统计，隧道照明能耗占整个运营能耗的70%以上[1]。隧道照明质量与交通安全有重要联系，驾驶员行车经过隧道时会出现明暗适应，驾驶员心理负担加剧，严重影响行车安全。因此，合理采取减光防眩措施对保证毗邻隧道行车安全和照明节能颇具意义。

1 毗邻隧道定义

国内外关于隧道群的定义未给出一个统一的结论，隧道群一般指间隔一定距离的若干各隧道组成的整体。目前行业结合通风、照明、交通安全、防火安全等因素统筹考虑，将隧道群分为连续隧道和毗邻隧道。

王少飞[2]根据两隧道之间通风、照明、交通安全、防火安全等因素，提出了隧道群的概念：当两隧道间距L≤250m时定义为毗邻隧道；当两隧道间距250m＜L≤1000m时，定义为连续隧道。诸文江等[3]根据两隧道对驾驶员驾驶行为有无影响对隧道群进行定义：若下一隧道入口的车辆对在两隧道之间连接段行车的驾驶员驾驶行为造成影响，则定义为隧道群。驾驶员在上游隧道出口的明适应过程中能看到下游隧道入口车辆并能及时停车，定义两隧道为连续隧道，当两隧道群连接段长度小于一个停车视距时，驾驶员从上游隧道出口看到下游隧道入口车辆不能及时停车，定义两隧道为毗邻隧道。而当驾驶员从上游隧道出口明适应过程中不受下游隧道进口车辆的影响，则认为两隧道为两条不同的单体隧道。

尽管目前没有明确定义毗邻隧道，但毗邻隧道不同于单体隧道是明确的，毗邻隧道照明之间存在相关关系，对驾驶员驾驶行为有重要影响。

2 毗邻隧道明暗适应机理

白天，驾驶员行车经过隧道时，在隧道入口处，由于外部亮度大，隧道内部亮度低，驾驶员不能在短时间内适应几十倍的洞外亮度差，看不清隧道内部景物，这就是“黑洞效应”，如图1（a）所示。驾驶员适应由高亮度外部环境进入低亮度内部环境过程即为暗适应过程；驾驶员驶出隧道时，由于隧道外部亮度大，强烈亮光经人眼屈光介质散射形成白色刺眼光幕，驾驶员无法立即完成由暗环境进入亮环境的明适应过程，将形成“白洞效应”[4]，如图1（b）所示。

图1 黑洞效应与白洞效应

3 毗邻隧道减光防眩措施

为了有效削弱隧道黑、白洞效应，保证行车安全，减少照明能耗，研究人员在毗邻隧道减光防眩措施方面进行了大量研究。

毗邻隧道减光防眩措施的基本原理是为了使洞内外亮度过渡满足人眼明暗适应顺适过渡的需要，从而使驾驶员不出现视觉盲期，能正常辨识障碍物。目前毗邻隧道减光防眩措施大概分为三类：第一类是增强隧道进出口的洞内亮度，第二类是减小毗邻隧道连接段的路面亮度，第三类是减少驾驶员视野范围内的眩光。具体措施有以下几种。

3.1 遮阳棚

此措施属第二类减光措施，通过在毗邻隧道连接段设置具有一定透光率的遮阳棚，能有效减小连接段亮度，从而缩小隧道内外亮度差，达到驾驶员明暗适应顺适过渡的目的。遮阳棚由钢格和遮阳板组成，是一种顶部封闭的棚状构筑物，能够起到减光防眩作用，还能起到保护连接段路面的作用[5]。遮阳棚结构如图2所示。

图2 白马隧道遮阳棚

遮阳棚对隧道通风影响较大，容易形成二次污染[6-7]。遮阳板的透光率和遮光棚的底部镂空高度是遮阳棚设计的重要参数，透光率影响照明效果，选材时应注意选择透光率不易受气候条件影响的材料，镂空高度影响通风效果，上述两参数应结合照明、通风、防灾综合考虑找出最优解。

3.2 遮光棚

此措施属第二类和第三类减光措施，遮光棚由遮光肋架组成，肋架常使用钢拱架或钢筋混凝土框，沿上一隧道出口连续间隔布置肋架。一方面可以大量遮挡驾驶员视野内的眩光，从而使驾驶员出隧道时不产生失能眩光，不出现视觉盲期[8]；另一方面减小阳光透过率，隧道外路面照度降低，形成明暗交替的过渡路面，起到过渡顺适作用，削弱“白洞效应”，提高行车安全性。遮光棚结构如图3所示。

图3 中梁山隧道出口遮光棚

钢肋架的布置间距和厚度是遮光棚设计的重要参数，应综合考虑隧道内外照度、驾驶员视场角、失能眩光阈值等因素设计。遮光棚具有结构简单、使用周期长、受天气条件影响小等特点，是目前常见的减光防眩结构。

3.3 通透式棚洞

此措施属第一类减光措施，在多山地区，隧道洞口边坡不稳定时，常需要设置洞门、明洞、棚洞等结构，考虑到照明节能的棚洞一般将棚洞一侧设置镂空形成通透式棚洞，以增加洞口内的自然光进光量，从而提高隧道进出口亮度，达到照度顺适过渡和照明节能的目的。棚洞结构如图4所示。

通透式棚洞有利于隧道内污染物排放，同时考虑隧道结构、照明、通风等因素，是一种经济安全的设计，但运用范围受限。

3.4 导光装置

图4 新宋家沟1号隧道棚洞

此措施属第一类减光措施，原理是将太阳光直接传导入隧道内部用于照明，目前主要有直接反射太阳光装置、光纤、导光管等[9]，直接反射装置一般设置于洞口外，通过太阳高度角和方位角自动调整反射角度，将太阳光反射到隧道入口内部，提高隧道洞内亮度，直接反射太阳光受季节、天气影响大。光纤传导是利用光纤的导光性将太阳光传导入隧道内以达到增强洞内亮度的目的，光纤导光的距离有限，无法适应远距离传输。导光管利用光在导光管内壁反射将外部阳光导入隧道内[10]。导光装置如图5所示。

图5 隧道导光装置

毗邻隧道明暗适应机理与单体隧道相同，均是因为人眼不能快速适应巨大亮度差，出现视觉盲期，但由于毗邻隧道连接段长度短，驾驶员明适应未完成即进入暗适应阶段，明暗适应快速转换，驾驶员心理负荷较单体隧道大，隧道照明对毗邻隧道的影响更加明显[11]。长期以来，如何有效削弱隧道进出口出现的黑、白洞效应一直是制约隧道运营安全及节能的主要因素[12]。

4 结束语

目前毗邻隧道减光措施种类较多，但相关技术运用并不成熟，某些措施也带来了新的问题。比如连接段设置遮阳棚会带来二次污染，影响隧道通风和防灾，因此，如何确定遮阳板的透光率及底部镂空高度应结合照明、通风、防灾综合考虑。镂空棚洞、反光装置的进光量受天气的影响较大，如何将反射光和隧道照明高效结合使用也需深入研究。光纤导光的衰减率随传输距离增大而增大，研究新型导光材料也是隧道照明的一大方向。针对目前毗邻隧道减光防眩已有的研究和存在的问题，毗邻隧道减光防眩措施还应继续研究如下问题：（1）根据不同地区不同时间的隧道洞内外照度建立智能调光系统，将减光防眩措施与隧道人工照明合理搭配利用，达到节能效果。（2）发展新型导光材料，提升对自然光的利用率，尤其是研究新型隧道内视觉诱导材料和新型反光材料对未来照明节能的意义重大。（3）根据不同的减光措施制定相关的规范作为未来减光防眩工程的设计参考依据，提升工程质量，保证行车安全，降低照明能耗。