淺談某高速公路隧道洞外亮度設計取值

劉偉亮

(溫州繞城高速公路有限公司,浙江 溫州 325000)

山區高速公路建設中隧道是常見的建筑構造,隧道內的照明工程是隧道建設的重要內容。由于各地隧道的洞內外環境各異、朝向不同、車流量不等,因此,隧道洞內的照明設計必須依照隧道的實際條件來決定照明布置,進行一洞一設計。

隧道洞內照明按功能可分為入口段、過渡段、中間段和出口段。入口段、過渡段照明能減弱白天進入隧道的“黑洞效應”,實現亮度的平穩過渡,而過渡段亮度又是隨入口段亮度變化而變化。因此,入口段亮度設計合理與否,涉及到隧道運營的安全性和經濟性。入口段的照明設計標準主要和設計車速、洞外亮度L20(S)有關,而一條高速公路的車速設計又是確定的。這樣,洞外亮度 L20(S)的大小直接影響到隧道照明設計的標準。

為此,筆者采用重慶交通科研設計院的“環境簡圖法”來測量某高速公路北線各隧道的洞外亮度,并以此來討論隧道洞外亮度的設計取值問題。

1 隧道概況

某高速公路共有 4條隧道,分別定為 A隧道、B隧道、C隧道和 D隧道。各隧道均為雙洞單向行車,隧道弧頂高度7.6m,設計車速 100 km/h,設計洞外亮度 L20(S)取值均為4000 cd/m2。其中,A隧道軸向為 EN-WS向,B隧道、C隧道和 D隧道軸向為ES-WN向、偏E-W向。

A隧道左線進口山勢較緩,兩側稍有山體遮擋,綠化較多,右線進口為陡峭山崖,路肩一側稍有山體遮擋,綠化稀少;B隧道右線進口山勢較緩,兩側稍有山體遮擋,綠化一般;C隧道左線進口位于山谷內,山勢較緩,兩側稍有山體遮擋,路肩側綠化茂盛;D隧道左線進口位于山谷內,山勢較緩,路肩側有山體遮擋,綠化茂盛,右線進口山勢較陡,路肩側有山體遮擋,綠化較少。

2 環境簡圖法的測試原理

環境簡圖法是根據隧道洞口 20°圓錐角視場環境簡圖中天空、路面及其它洞口環境的亮度及其相應的面積比例來綜合確定隧道洞外亮度 L20(S)的方法。其中,洞外亮度L20(S)是指在隧道洞外一個停車視距 DS,距地面 1.5m,正對洞口方向 20°視場范圍內的綜合亮度,如圖1所示。

3 測試環境及器材

3.1 測試日期和時間

洞外亮度 L20(S)是隨緯度、季節、氣象條件的不同而變化的。一般在北半球夏季洞外亮度是最高的,L20(S)應取一年日照最充足季節中,一天中最亮時段的值。本次測量選擇在氣溫 35℃左右,陽光普照的 8月 23日至 8月 31日上午10:30至下午 3:30進行。

圖1 L20(S)定義圖解

3.2 測試器材

測試采用的儀器主要為:

(1)北京師范大學光電儀器廠產L88型亮度儀 1臺;

(2)照相機一部;

(3)三角架一副;

(4)皮尺一副,鋼卷尺一副;

(5)木質黑板 1張(上貼純白 A 3紙一張);

(6)測試記錄與數據處理表格若干。

4 測試數據處理

根據《公路隧道通風照明設計規范》(JTJ 026.1-1999)的規定和各隧道的縱坡情況,可計算出車速為 100 km/h時各隧道的一個停車視距 DS。

現以 A隧道為例,根據 L20(S)的定義和圖1,結合其隧道的縱坡,計算出 20°圓錐視場半徑。再結合隧道高度和實際尺寸確定比例,作出隧道洞口的 20°圓錐視場圖,見圖2和圖3。各隧道 20°圓錐視場參數見表 1。

在確定的 20°圓錐視場內計算出各背景物所占的面積比例,然后用環境簡圖法的計算公式,計算出隧道洞外亮度L20(S),詳見表 2。

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由于 C隧道和 D隧道之間左線相距 241m,右線相距190m,根據《公路隧道通風照明設計規范》(JTJ 026.1-1999)對于連續隧道入口段亮度折減的規定:C隧道和D隧道之間行駛時間小于 10 s,確定C隧道左線進口和D隧道右線進口亮度均折減 25%,相關隧道的洞外亮度L20(S),詳見表3。

5 結論和建議

從數據分析,可以知道某高速公路除 A隧道右線進口外,其余所測隧道的洞外亮度L20(S)值均低于設計單位給出的 4000 cd/m2的亮度值,尤其是A隧道左線進口和C隧道左線進口不足 3000 cd/m2。

某高速公路北線共有隧道4座,按照現今設計的洞內照明布置圖和照明時序控制圖粗略估計,每年隧道照明用電約為 654.374×104kWh,而設計單位漠視各隧道的洞口環境和洞門設計形式,一律采用 4000 cd/m2的洞外亮度值的做法,勢必會造成隧道照明設計的不合理。對于 A隧道右線進口來說,L20(S)取值偏低,路面亮度不夠,會直接影響進洞車輛駕駛人員的安全和舒適;而其余隧道進口L20(S)取值偏高,最多的超出實際值的 60%多,將對隧道運營照明造成不必要的浪費,加重企業的運營負擔。因此,筆者建議設計單位應對洞外亮度進行系統專業的測量,并根據實測數值來設計隧道洞內的燈具布置,以求達到既不浪費資源,又保證安全、節能環保的效果。

另外,從洞口環境的圖2和圖3中可以看出,洞頂草木和綠化的護坡的亮度值較小,而洞頂混凝土及路面的亮度值偏高。因此,建議采取以下幾點措施來降低洞外亮度。

(1)將洞門外表做成深暗色;

(2)在洞門外一個停車視距長的路基兩側種植常青樹;

(3)在洞門外一個停車視距長的路面采用暗色。

[1]JTJ 026.1-1999公路隧道通風照明設計規范[S]

[2]屈志豪,趙清碧,劉相華.用環境簡圖法測試隧道洞外亮度 L20(S)[J].公路交通技術,2004(5)

[3]周勇.隧道照明質量實測淺析[J].設計應用,2004(8)

[4]曹言瑞,章海驄.隧道洞外亮度 L20值的黑度法測量和洞口裝飾的討論[J].光源與照明,2003(3)