“双碳”战略下公路隧道洞口减光技术应用分析

2022-04-13张国庆

低碳世界 2022年2期

张国庆

（1.新疆维吾尔自治区交通运输厅规划设计研究中心，新疆乌鲁木齐 830099；2.北京新桥技术发展有限公司，北京 100088）

0 引言

目前常见的公路隧道洞口减光技术有遮阳棚、遮光棚、通透式棚洞以及遮光板，近年来，随着“双碳”战略的实施，又出现了太阳能薄膜光伏遮光棚技术。公路隧道洞口减光技术是通过不同结构进行遮光，适当降低隧道洞口的亮度，以降低隧道洞内外的亮度差异，减少隧道洞口段落的照明，并通过太阳能光伏发电维持隧道设备运行，同时还可以作为隧道洞口的景观设施。

1 遮阳棚

遮阳棚顶部封闭，可以遮挡阳光直接投射，其材料包括钢、钢筋混凝土以及组合结构等[1]。表1为遮阳棚结构比选，图1为隧道遮阳棚。

表1 遮阳棚结构比选

图1 隧道遮阳棚

遮阳棚的优点在于封闭式的透光构造具有较好的遮阳减光效果，构筑物下道路路面的均匀度较好；同时顶部采用封闭式结构可对路面起到保护效果，延长路面的使用寿命，减少运维成本[2]。

现今遮阳棚作为重要的减光建筑在许多隧道上都得以应用，图2为江罗高速公路某隧道洞口处遮阳棚结构。

图2 江罗高速公路某隧道洞口处遮阳棚结构

2 遮光棚

遮光棚顶部不封闭，为了有效缓解“黑洞效应”带来的影响，从安全和节能的角度，遮光棚是很好的选择[3]。表2为遮光棚合理设计长度值建议，图3为隧道遮光棚。

图3 隧道遮光棚

表2 遮光棚合理设计长度值建议

广西隆百高速公路田林隧道群使用了隧道遮光棚技术并取得了良好的效果（图4）。遮光棚顶部设置遮光板，采用现浇钢筋混凝土板，两侧开通风洞。

此外，遮光棚技术中还有很多关键问题待解决，比如遮光棚材料的选择及其对透光率的影响、棚内路面照度的计算等，这些都需要进一步探索。

3 通透式棚洞

通透式棚洞（图5）在原有地势或地形的基础上构筑，属于半开敞结构，不仅具有洞口减光的效果，还可以在特殊地形条件下有效减少隧道洞口的大填大挖，保护环境。

4 遮光板

遮光板结构较简单，可以通过遮挡强光来达到防眩的效果[4]。郑州市中牟县郑开大道与S223省道交叉口的“彩虹隧道”就是典型的应用实例。图6为隧道遮光板。

图6 隧道遮光板

隧道遮光板形式较轻盈，景观效果较好，并且工程投资少，运营期间维护工作量小。该类结构遮挡光线面积有限，减光效果较差，难以起到良好的光过渡效果；而且其结构受力不均，在风力较大的情况下存在一定的安全隐患，实用性能较其他挡光建筑小，因此需要在该结构的基础上进行改良，以提高其适用度，但还需要解决由此带来的成本问题。

5 太阳能薄膜光伏遮光棚

5.1 技术特点

5.1.1 利用太阳能供电，节能降碳

隧道遮光棚面积大，加上野外有大量的光照资源，由此太阳能薄膜光伏遮光棚应运而生，其电池可以满足隧道内机电设备的运行需求。太阳能光伏遮光棚可以做成透明或者半透明的，虽然初期投入可能会比传统遮光棚更大，但从长远角度来看，太阳能光伏遮光棚运营期间的费用远小于传统遮光棚，白天日照时间充足的地区更是如此。

5.1.2 地形要求低、适应性广

太阳能薄膜光伏遮光棚结构简单，容易搭建，对地形的要求低，只要在太阳能资源丰富的地区，就能充分利用其优势。这也是通透式棚洞难以广泛应用的原因之一。太阳能薄膜光伏遮光棚的适应性也极强，顶部的太阳能薄膜能抵御暴雨、冰雹、暴风雪等恶劣灾害的袭击。而普通遮光棚棚顶往往什么都没有，当灾害来临时，会对司乘人员的安全造成危害。

5.2 应用方案

某隧道长568 m，根据隧道入口桥隧相连的情况，在靠近隧道洞口设置长度约58 m的太阳能薄膜光伏遮光棚，棚宽15.65 m，高8.8 m。在靠近隧道洞口设置第一段长度约4 m的柔性不透光光伏组件遮光棚，在第二段长度约28 m范围设置透光率15%的光伏组件遮光棚，在第三段长度约26 m范围设置透光率40%的光伏组件遮光棚。预计采用透光率40%的非晶硅光伏组件528块，透光率15%的非晶硅光伏组件528块，预计装机量约46.992 kW。建成后的遮光棚可相应减少入口段加强照明的长度，光伏发电可为隧道内入口加强段照明提供电能。光伏发电采用并网形式，不设储能蓄电池。考虑到夜间行车安全，拟在遮光棚内设置基本照明灯具，相关照明用电与隧道内基本照明共用供电回路。图7为太阳能光伏遮光棚模拟，图8为太阳能光伏遮光棚效果，表3为隧道光伏遮光棚主要材料。