高速公路隧道照明設計要點

■李志強

（福建省交通規劃設計院，福州 350004）

福建是一個多山的省份，高速公路建設中少不了大量的隧道工程。隧道照明是隧道工程的重要組成部分，設計合理的隧道照明能為隧道交通安全提供有力的保障。

隧道照明與非隧道道路照明的最大區別在于，隧道照明要考慮到駕駛員在白天駕駛車輛時，自身視覺適應的情況。車輛進出隧道時，駕駛員視覺會出現黑框或黑洞現象，從而造成視覺障礙或心理障礙。而這種情況會危及到車輛的行車安全。因此，良好合理的隧道照明設計十分重要，設計合理的隧道照明系統可以有效地消除這一安全隱患。

本文依照 《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2-01-2014），結合工程實際情況，闡述高速公路隧道照明的設計過程。

1 工程概況

道澳隧道左線長920m，右線長907m，隧道為分離式雙洞三車道單向交通，設計速度為100km/h，隧道內路面為瀝青路面。

2 照明設計過程

照明設計的基本步驟包括：①隧道布燈方式的選擇；②隧道照明光源的選擇；③隧道各照明段的劃分；④隧道各照明段亮度標準值計算；⑤隧道各照明段光源功率配置。

道澳隧道左洞為端墻式洞口，右洞為削竹式洞口，二者的照明設計僅在洞外亮度的取值存在差異，其余計算方式相同，故本文僅以左洞為例展開論述。

2.1 隧道布燈方式的選擇

隧道主要有中間布置、雙側對稱布置、雙側交錯布置等幾種布燈方式。照明燈具的布置形式影響照明系統的效率，中間布置比兩側布置效率高，兩側交錯布置比兩側對稱布置效率高[2]。故本次隧道布燈方式采用中間布置。圖1為道澳隧道洞內燈具安裝剖面圖。

圖1 道澳隧道洞內燈具安裝剖面圖

2.2 隧道照明光源的選擇

隧道照明選用的光源應滿足隧道這一特殊地理環境下的光通量、光衰、光效、壽命、均勻度、亮度、顯色性等要求，同時還要保證在汽車排放形成的煙霧和自然大霧天氣下有良好的能見度。

當前福建省高速公路隧道常用的燈具有高壓鈉燈和LED燈，高壓鈉燈有光效高、耗電少、壽命長、透霧性強的優點，而且應用成熟。在福建山區隧道洞口經常大霧彌漫的條件下，高壓鈉燈燈光波長較長，散射低，可以有效地穿透濃霧。LED燈的優點是發光效率高、功耗較低、顯色性高、工作溫度低，在高速公路隧道節能方面有較大作用。結合兩種燈具的優點，本次設計隧道入口段和出口段的加強燈采用高壓鈉燈，其他采用LED燈。

2.3 隧道各照明段的劃分

依據《公路隧道照明設計細則》，隧道內的照明段可以分為以下幾部分：入口段、過渡段、中間段和出口段。福建省高速公路隧道照明燈具的基本間距為7m，因此各照明段的長度均取值為7的整數倍。

2.3.1 入口段照明

由于洞外自然光的投射進入，洞口以內一定范圍內有較高亮度，入口段和出口段的加強照明燈具宜自洞口隧道頂部以內10m處開始布設[2]。道澳隧道的入口段照明劃分成TH1、TH2兩個照明段，入口段TH1、TH2長度按公式 Dth1=Dth2=0.5×[1.154×Ds-（h-1.5）/tan10]進行計算。其中Ds為照明停車視距，按《公路隧道照明設計細則》表4.2.3取值為159.5；h為隧道凈空高度，本隧道取值為8m。

表1 入口段長度

2.3.2 過渡段照明

過渡段照明按漸變原則劃分為TR1、TR2、TR3三個照明段[2]，三個照明段長度按《公路隧道照明設計細則》表5-1進行取值。

表2 過渡段長度

2.3.3 中間段及出口段照明

出口段照明劃分為EX1、EX2兩個照明段，每段長度宜取30m[2]，本次設計取值為35m。

除去入口段、過渡段、出口段及進出口未布設照明段落，隧道其余部分為中間段。

表3 出口段亮度及長度

2.4 隧道各照明段亮度標準值計算

影響隧道內照明設計主要有車流量、行車速度和隧道洞口亮度三個因素。本工程車流量為450輛／h.ln，設計行車速度為100km/h。目前，福建省行車速度為100km/h的高速公路隧道，端墻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進行取值。

2.4.1 入口段照明

入口 1 段（TH1）亮度 Lth1=k×L20（L20 為洞外亮度，本工程取值3500 cd/m2；k為入口段亮度折減系數，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 過渡段照明

過渡段照明分為TR1、TR2、TR3三個照明段，與之對應的亮度如下表5計算。

表5 過渡段亮度

2.4.3 中間段及出口段照明

中間段照明按 《公路隧道照明設計細則》表6.1.1進行取值。本隧道車流量為450輛／h.ln，中間段照明亮度Lin 取 2.5cd/m2。

出口段照明亮度要求見表6。

表6 出口段亮度

2.5 隧道各照明段光源功率配置

隧道照明設計就是通過對照明燈具的合理布置來滿足隧道照明的技術要求。

2.5.1 亮度設計值計算

以入口1段為例。

本工程照明計算利用燈具利用系數曲線圖，按下列公式計算路面平均水平照度：

式中：ω為燈具布置系數；η為利用系數；φ為燈具額定光通量 （lm）；M為燈具養護系數；W為隧道路面寬度（m）；S 為燈具間距（m）。

按照《公路隧道照明設計細則》3.0.9條規定，平均亮度與平均照度間的換算系數宜實測確定；無實測條件時，瀝青路面可取 15lx/（cd·m-2）。 本隧道路面為瀝青，換算系數按 15lx/（cd·m-2）取值。

經上文計算，入口1段亮度要求為126cd/m2，本次設計采用不同功率的光源進行配置，采用下列燈具組合（圖2）：

圖2 入口1段光源功率配置

計算亮度值為126.7cd/m2，滿足設計要求。

2.5.2 DIAlux軟件輔助設計

本次設計采用DIAlux軟件計算作為人工計算的補充。DIAlux軟件是現在比較常用有效的照明計算軟件。人工計算無法有效計算隧道路面的路面亮度總均勻度等技術指標，DIAlux軟件則有效地彌補了這一缺點。

以入口1段為例，采用DIAlux軟件建模并計算結果如下圖3。

經軟件計算，隧道入口1段路面亮度總均勻度U0=0.497≥0.4，滿足規范的設計要求。

2.5.3 各照明段光源功率配置

圖3 等照度圖

圖4 點照度圖

其他照明段的計算過程與入口1段相同。

經計算本隧道燈具布置詳圖5。

隧道燈具按功能可以分為加強燈、全日燈和應急燈。全日燈為全日24h不間斷工作，深夜車流量少時，關閉其中一路全日燈，照度降為原照度的一半。隧道的應急燈在正常市網供電時作為全日燈使用，并由設于變配電所內的工頻不間斷電源UPS集中供電，供電時間不小于30分鐘。加強燈則根據洞口亮度的不同分成晴天、云天、陰天、重陰四種工作狀態來控制。

以上隧道照明燈具布置對應的各段設計計算亮度值如下表7。

表7 各段設計計算亮度

2.6 隧道照明控制

在實際運營中，為了提高隧道運營安全水平及實現節能減排，應對照明設施進行有效控制。

道澳隧道的照明設施按照晴天、云天、陰天、重陰、晚上和深夜六種情況進行控制，具體見各工況下燈具工作表（表 8）。

道澳隧道以自動控制為主要的控制方式，并輔以手動控制的方式。自動控制方式是照明自動控制系統，根據交通監控系統實時采集的交通量、洞外亮度等一系列參數，按照六級調控的方式，自動調控洞內的照明亮度。手動控制方式就是通過設置于隧道現場的照明配電柜來控制隧道內燈具的開啟和關閉。

圖5 隧道照明光源功率配置

表8 各工況下燈具工作表

3 結束語

本文依照《公路隧道照明設計細則》，對福州繞城高速公路東南段道澳隧道進行了照明設計，力求為同類工程設計提供部分參考。高速公路隧道照明系統是高速公路隧道必不可少的部分，合理地進行照明設計，對于高速隧道的交通安全和節能運行有著重要的意義。

[1]JTG D70/2-2014，公路隧道設計規范（第二冊）交通工程與附屬設施.北京：人民交通出版社，2014.

[2]JTG/T D70/2-01-2014，公路隧道照明設計細則.北京：人民交通出版社，2014.