高等级公路隧道照明设计.doc

高等级公路隧道照明设计

一、概述
修建隧道是浙江山区高等级公路的重要手段，其交通的顺畅直接影响到整条公路的通行。要讲隧道照明，首先应从分析隧道对行车视觉产生的问题着手。
1、进入隧道前的视觉
白天当驾驶员从隧道外驶入隧道时由于内外的亮度差别极大，所以从隧道外部看照明很不充分的隧道入口时，只会看到一个黑洞（对长隧道而言）或一个黑框（对短隧道而言）。为了消除这种黑洞或黑框现象，必须在隧道入口使路面的亮度达到必要的水平。
2、进入隧道后立即出现的视觉问题
由于人眼视觉上的滞后性作用，当人从较明亮的外部环境进入到一个较暗的区域后，要经过一段时间才能看清区内的情况，由于这种视觉适应滞后的影响，使驾驶员进入隧道后，立即产生视觉上的盲区。这对行车来说，是极其危险的。
3、隧道内部存在的视觉问题
无论是白天还是黑夜，隧道内汽车行使排出的废气几乎无法消散，而形成较大的烟雾。烟雾除了吸收汽车前灯发出的光线，使照度降低外，还使光线发生漫反射、散射而形成透明度不同的光幕，从而降低了道路前方障碍物及其周围环境的亮度，使司机识别前方障碍物的能力下降。
4、隧道出口处的视觉问题
在白天当车辆通过较长的隧道接近出口时，由于洞外的亮度远高于洞内，隧道的出口好象一个白色的洞，与黑洞效应类似，人眼同样会产生视觉滞后，而且强烈的光线会形成强烈的眩光效应，使司机的视觉很不舒服，对行使在前方的车辆只能看到一个很暗的轮廓，而且不能准确判断距前方车辆的距离。
如果是在夜间，其效果正好与白天相反，驾驶员在隧道内看到的是黑洞而不是亮洞，在这种情况下，驾驶员难以辨别洞外的道路线形、路上交通情况及道路上的任何障碍物，也是一个视觉盲区。
由上所述，必须从照明技术上采取措施，解决这些视觉问题。
二、隧道照明的布设原则
根据隧道的特殊环境及隧道行车视觉的要求，隧道照明设施可以采取以下措施：
1、洞外引道遮挡自然光的措施
在隧道外路段进行遮光处理，使接近隧道入口时的自然光逐渐减弱，遮光距离一般不少于50米，在隧道的入口处，尽量降低洞口外的亮度，以便使入口段增加亮度使用的灯具功率减少，有利于节约能源。
遮光的方法可采用百叶天棚的方法降低洞口的亮度。此外，在洞外两侧植树也是比较经济的措施，越靠近洞口处植树越密，树冠也要大些，最好使之遮住天然光。
洞外引道应布设路灯供夜间道路照明，以减少夜间隧道洞内外的亮度差，洞外引道布灯长度与路面亮度不宜小于表1。
洞外引道布灯长度与路面亮度表 表1
设计行车速度（km/h）
路面亮度（cd/㎡）
长度（m）
100
2.0
180
80
1.0
130
60
0.5
95
40
0.5
60

2、入口处照明
根据《公路隧道通风照明设计规范》长度超过100米的隧道必须设立洞内照明，其中包括入口段、过渡段、中间段、出口段照明。入口段的长度主要取决于洞内外亮度之差，同时还与设计车速、洞外

光亮度、洞内照度和洞壁材料等因素有关。
表2、表3表示当隧道外亮度L20=4000cd/m2时，隧道入口处入口段、过渡1段、过渡2段、过渡3段的照明标准。如果隧道洞外亮度为L，则表2、表3的数值乘以系数L/4000后就可以使用。

入口照明各区照明标准（一） 表2
设计 车速（km/h）
入口段
过渡一段
过渡二段
过渡三段
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
100
151
180
2160
106
54
648
111
18
216
167
6.3
75.6
80
85
140
840
72
42
252
89
14
84
133
4.9
29.4
60
32
88
264
44
27
81
67
9
27
100
3
9
40
10
48
96
26
15
30
44
5
10
67
1.7
3.4
注：本表适用于双车道单向交通量＞2400辆/h和双车道双向交通＞1300辆/h，混凝土路面

入口照明各区照明标准（二） 表3
设计 车速（km/h）
入口段
过渡一段
过渡二段
过渡三段
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
距离（m）
亮度（cd/㎡）
照度（Lx）
100
151
140
1680
106
42
504
111
14
168
167
4.9
58.8
80
85
100
500
72
30
180
89
10
60
133
3.5
21
60
32
60
180
44
18
54
67
6
18
100
2.1
6.3
40
10
40
80
26
12
24
44
4
8
67
1.5
3
注：本表适用于双车道单向交通量≤700辆/h和双车道双向交通≤360辆/h，混凝土路面。

随着隧道外部亮度的不断变化，如晴天、雨天、早晨、中午及夏天与冬天等，隧道入口各段的亮度、照度均要变化，因此要设置自动调光装置通过增减灯数的方法来调整入口诸段的照明亮度。
对于长度很短的隧道（如小于100米），从进口可看到白色的出口亮影，进出口的自然光通过反射和散射等途径在路面产生一定的微弱亮度，视觉适应不严重，就没必要设置照明。
如果是大于100m的隧道，在接近隧道时可以看到隧道的出口，这样就出现了黑框现象。为了避免这种现象对行车的影响，设置照明时应采取比表2、表3更高的亮度标准。
3、基本段照明
隧道内的基本照明，可按照隧道中的设计车速对照度的需求决定的。根据我国《公路隧道通风照明设计规范》可查得表4数据：

隧道基本段照明标准 表4
设计车速（km/h）
路面平均亮度（cd/㎡）
（双车道单向交通量>2400辆/h双车道双向交通>1300辆/h）
路面平均亮度
（cd/㎡）
（双车道单向交通量≤700辆/h双车道双向交通≤360辆/h）
换算成平均照度（Lx）
混凝土路面
沥青路面
100
9.0
4.0
12
20
80
4.5
2.0
6
10
60
2.5
1.5
3
5
40
1.5
1.5
2
3.5

4、出口段照明
隧道出口由于白天亮度很高，会使司机形成强烈的眩光，因此在隧道出口也同入口部分一样设有出口段照明，加强垂直
照度，出口段长度一般取60m，亮度一般

取中间段（基本段）亮度的5倍。隧道出口过渡照明区照明标准见表5。如果隧道为双向交通的，那么出口与入口起同样的作用，此时可不必考虑出口照度。

隧道出口段过渡照明标准 表5
设计车速（km/h）
路面平均亮度（cd/㎡）
（双车道单向交通量>2400辆/h双车道双向交通>1300辆/h）
路面平均亮度（cd/㎡）
（双车道单向交通量≤700辆/h双车道双向交通≤360辆/h）
100
45
20
80
22.5
10
60
12.5
7.5
40
7.5
7.5

5、应急照明
由于隧道对交通流的特殊作用，供电故障对正常行驶在隧道内的驾驶员来说是非常危险的，因此在长度超过200米的隧道内应建立紧急照明系统以及避灾引导灯，当正常照明因故障熄灭后，事故电源应能够自动投入。事故电源最好由另一台变压器供电，并设有自动切换装置，当仅有一台变压器时，可在母线处或隧道进出线处与正常照明分开。对比较重要的隧道在条件允许的情况下，可设置备用发电机作为备用电源，并用UPS或EPS作为避灾引导灯的备用电源。
因为应急供电系统的容量一般较小，所以应急照明时洞内路面亮度不小于中间段亮度的10%。
三、隧道照明照度计算
1、照度计算：
隧道内路面平均水平照度可按式（1）计算：
Eav= 式（1）
式中：Eav——隧道内平均照度（cd/m2）
N ——灯具布置系数，相对布置时N=2，交错布置和中间布置时N=1
η——利用系数，由灯具的利用系数曲线图查取
M ——灯具的养护系数，一般可取0.6～0.7
W ——隧道路面的宽度（m）
S ——灯具间距（m）
2、均匀度计算：
①路面亮度总均匀度可按下式计算
U0= 式（2）
式中：U0 —— 路面亮度总均匀度
Lmin——计算区域内路面最小亮度（cd/m2）
Lav——计算区域内路面平均亮度（cd/m2）
②路面中线亮度纵向均匀度可按下式计算：
U1= 式（3）
式中：U0——路面亮度纵向均匀度
Lmin／＿＿路面中线最小亮度（cd/m2）
Ｌmax/——路面中线最大亮度（cd/m2）
四、隧道内照明器的选择布设
1、光源与照明器的选择
隧道内的照明光源通常选择大功率的日光灯、高、低压钠灯和高压汞灯。高、低压钠灯常用于长隧道或汽车烟雾较多的情况，高压汞灯多用于短隧道和烟雾少的情况，日光灯常用于城市短隧道和烟雾少的情况。
对于照明器的形式和安装位置的选择，应避免对司机产生眩光和不舒适感，为了节约能源还应提高照明器的发光效率，灯具结构要密封防尘且易于维修和用水清洗，灯具的防护等级应不低于IP65，并能调节其安装角度。
2、照明器（灯具）的布设
高速公路隧道内的灯具一般安装在路面以上5.0～5.5m。布置形式可根据灯具的配光曲线、路面平均照度和分布、对司机的闪光效应、夜间为节电而减灯、维修和经济性等因素进行综合决策。一般分为三种基本形式：对称布置、交错布置和中线布置。隧道里实际运用中可以将对称布置、中线布置相结合，或是将交错布置与中线布置相结合，以中线布置的灯作为应急照明灯，两侧（包括对称布置的和交错布置的）作为入口及出口段的加强灯。
高速公路照明器通常为挂顶式安装，灯具基本段的安装间距S为：
对称布置时 S≤2.5H，
交错布置时 S≤1.5H，
中线布置时 S≤1.5H，
考虑到频闪时 v/36≤S≤v/18
式中 H——灯具的安装高度（m）
v——隧道内设计行车速度（km/h）
五、照明控制
由前所述，隧道内部亮度应根据洞外亮度进行调节，才能满足技术要求和减少
维护费用。隧道照明控制需要以灯具的合理布置为基础的。可以将隧道照明灯具划分为两群：A群按基本段亮度的要求沿隧道全程布置；B群作为加强照明灯具分成几个独立回路组，以不同的排列形式布置，满足不同区段的亮度要求。B群的各组既可穿插在A群灯具的间隔中，也可与A群平行布置成为另一列灯具。A群24小时连续照明，将洞外亮度变化范围划分成有限级数，级数与B群独立回路组数相等，按洞外亮度级别，分别接通或关闭相应回路，就可得到满意的照明效果。