安徽旺竹园毗邻公路隧道增设明洞照明方案研究

作者：郭春 王明年
(西南交通大学土木工程学院，成都610031)

　　摘要：安徽旺竹园I、Ⅱ号隧道为国家重点建设项目六安至武汉高速公路安徽段重点控制工程。旺竹园I号与II号隧道的最小间距为28米，形成连续毗邻隧道形式，考虑采用增设明洞的方式，可用来增加隧道设计的整体和美观性，同时降低照明及维护费用。通过本文研究，增设明洞可以减少照明费用，明洞透光率越大，所需照明功率越小。为了减少照明所需的费用，建议旺竹园I、II号隧道间所设明洞的透光率应该尽量减少，但考虑隧道整体建设、营运过程，应综合分析照明费用与增设明洞的建安费用，以便取得最优的方案。

　　关键词：毗邻；公路隧道；明洞；照明　

　　1　概述

　　1 工程概况

　　六安至武汉高速公路安徽段是由国家批准，安徽省交通投资集团有限责任公司投资的国家重点建设项目，建设标准高、节点工期紧。其中，旺竹园I、Ⅱ号隧道为这一路段的重点控制工程。两隧道基本情况见表1。

表1 隧道基本情况表

项　目	旺竹园I号		旺竹园II号
	左洞	右洞	左洞	右洞
近口桩号	35948	35967	36159	36172
出口桩号	36131	36127	37575	37608
长度（m）	183	160	1416	1436

　　 隧道断面面积参数为：限界净宽10.75m，限界净高5.0m，内轮廓半径5.65m，内轮廓净高7.14m，内轮廓净宽11.12m，内轮廓面积65.88m2。旺竹园I、II号隧道左洞间距为28米，右洞间距为45米，已经形成连续毗邻隧道形式，考虑采用增设明洞的方式，可用来增加隧道设计的整体和美观性，同时降低照明及维护费用。

　　２公路隧道照明设计计算方法

　　２.１公路隧道照明区段划分及亮度确定

　　隧道照明系统包括：①中间段照明　②入口段照明　③过渡段照明　④出口段照明　⑤接近段减光设施　⑥应急照明　⑦洞外引道照明。

　　隧道照明系统的各照明段如图1所示。

图1 隧道各照明段亮度与长度

　　图中：P-洞口；S-接近段起点；A-适应点；d-适应距离；L20(S)-洞外亮度；L20(A)-适应点亮度；Lth-入口段亮度；Ltr1、Ltr2、Ltr3-过渡段亮度；Lin-中间段亮度；Dtr1、Dtr2、Dtr3-过渡段1、2、3分段长度。

　　２.２各区段照明计算方法及取值

　　2.2.1入口段照明计算

　　（1）入口段亮度公式为：

Lth=k*L20(s)　　　　　　　　　　　　　（1）

式中：Lth为入口段亮度（cd/m2）；k为入口段亮度折减系数。

　　（２）入口段长度计算。

Dth=1.154Ds-(h-1.5)/tan10°　　　　　　　（2）

式中：Dth为入口段长度（m）；Ds为照明停车视距（m）；h为洞口内净空高度（m）。

　　2.2.2过渡段照明取值

　　（1）过渡段由TR1、TR2、TR3三个照明段组成，与之对应的亮度可按表2取值。

表2 过渡段亮度表

照明段	TR1	TR2	TR3
亮度	Ltr1=0.3Lth	Ltr2=0.1Lth	Ltr3=0.035Lth

　　（2）过渡段各照明段的长度可按表3取值。

表3 过渡段长度表

计算行车速度	Dtr1 (m)	Dtr2 (m)	Dtr3 (m)
100	106	111	167
80	72	89	133
60	44	67	100
40	26	44	67

　　2.2.3中间段照明取值

　　中间段亮度按表4取值。

表4 中间段亮度表

计算行车速度（km/h）	单向Lin(cd/m2)
	N>2400辆/h	N≤700辆/h
100	9	4
80	4.5	2
60	2.5	1.5
40	1.5	1.5

　　2.2.4出口段照明

　　在隧道出口附近，前车背后的小型车辆常难以发现、视认，容易发生车祸。设置出口加强照明后，可消除这类视觉困难。

（a）未设加强照明（b）设加强照明

图2 出口加强照明效果

　　在单向交通隧道中，应设置出口段照明；出口段长度宜取60m，亮度宜取中间段亮度的5倍。

　　2.3连续隧道定义及入口段照明

　　连续隧道指两隧道间正常行驶时间小于30s的隧道。在连续隧道中，后续隧道人口照明的标准，国内外的研究资料与成果较少，仅日本有关研究人员对此进行了研究，这里借鉴了其研究成果。同时考虑到我国山区高速公路建设必然出现连续隧道，因此将连续隧道的照明纳人规范，可参照执行。

　　当两座隧道间的行驶时间按计算行车速度考虑小于30s，且通过的前一座隧道内的行驶时间大于30s时，后续隧道入口段亮度折减率可按表5取值。

表5 亮度折减率

两隧道之间行驶时间（s）	<2	<5	<10	<15	<30
后续隧道入口段亮度折减率（%）	50	30	25	20	15

　　3未设置明洞时照明计算

　　两隧道未连通时，由于前一隧道长度较短，只有183米，车辆计算行车速度为100km/h，在隧道内的时间为6.59s<30s，故后一隧道的入口照明不能按照规范所规定的连续隧道后续隧道入口段亮度进行折减。照明系统设置见表6。

表6 隧道照明系统设置

隧道	项目	长度（m）	路面亮度（cd/m2）
旺竹园I号	入口段	123/100	60.75
	出口段	60	33.07
旺竹园II号	入口段	145.47	202.5
	过渡段1	106	60.75
	过渡段2	111	20.25
	过渡段3	167	7.09
	中间段	826/846	6.61
	出口段	60	33.07

　　隧道照明控制参数见表7。

表7 隧道照明控制参数（单位：cd/m2）

运行 工况	洞外亮度 指标	旺竹园I号		旺竹园II号
		入口段	出口段	入口 段	过渡 段1	过渡 段2	过渡 段3	中间 段	出口段
晴天	5000	67.5	33.07	225	67.5	22.5	7.88	6.61	33.07
云天	2500	33.75	16.54	112.5	33.75	11.25	6.61	6.61	16.54
阴天	1250	16.88	8.27	56.25	16.88	6.61	6.61	6.61	8.27
重阴	650	8.78	6.61	29.25	8.78	6.61	6.61	6.61	6.61
夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61

　　4 增设明洞后照明计算
　　　隧道照明控制参数见表8、表9。

表8 旺竹园I号隧道照明控制参数（单位：cd/m2）

运行工况	洞外亮度指标	入口段	出口段
晴天	5000	67.50	33.07
云天	2500	33.75	16.54
阴天	1250	16.88	8.27
重阴	650	8.78	6.61
夜间		6.61	6.61

表9 旺竹园II号隧道照明控制参数（单位：cd/m2）

明洞 透光率	运行 工况	洞外亮 度指标	入口 段	过渡 段1	过渡 段2	过渡 段3	中间 段	出口 段
90%	晴天	4500	202.5	60.75	20.25	7.09	6.61	33.07
	云天	2250	101.25	30.38	10.13	3.54	6.61	16.54
	阴天	1125	50.625	15.19	5.06	1.77	6.61	8.27
	重阴	585	26.325	7.9	2.63	0.92	6.61	4.3
	夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61
70%	晴天	3500	157.5	47.25	15.75	5.51	6.61	33.07
	云天	1750	78.75	23.63	7.88	2.76	6.61	16.54
	阴天	875	39.375	11.81	3.94	1.38	6.61	8.27
	重阴	455	20.475	6.14	2.05	0.72	6.61	4.3
	夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61
50%	晴天	2500	112.5	33.75	11.25	3.94	6.61	33.07
	云天	1250	56.25	16.88	5.63	1.97	6.61	16.54
	阴天	625	28.125	8.44	2.81	0.98	6.61	8.27
	重阴	325	14.625	4.39	1.46	0.51	6.61	4.3
	夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61
30%	晴天	1500	67.5	20.25	6.75	2.36	6.61	33.07
	云天	750	33.75	10.13	3.38	1.18	6.61	16.54
	阴天	375	16.875	5.06	1.69	0.59	6.61	8.27
	重阴	195	8.775	2.63	0.88	0.31	6.61	4.3
	夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61
10%	晴天	500	22.5	6.75	2.25	0.79	6.61	33.07
	云天	250	11.25	3.38	1.13	0.39	6.61	16.54
	阴天	125	5.625	1.69	0.56	0.2	6.61	8.27
	重阴	65	2.925	0.88	0.29	0.1	6.61	4.3
	夜间		6.61	6.61	6.61	6.61	6.61	6.61

　　5 增设明洞后照明改变对比

　　由于增设是在旺竹园II号隧道口增设明洞，因此只对旺竹园II号隧道的照明计算产生影响，对旺竹园I号隧道无影响，故这里只对旺竹园II号隧道进行分析计算。隧道照明控制参数见表10。

表10 隧道照明控制参数（单位：cd/m2）

明洞 透光率	洞口 亮度	入口 段	过渡 段1	过渡 段2	过渡 段3	中间 段	出口 段
1	5000	225	67.50	22.50	7.88	6.61	33.07
0.9	4500	202.5	60.75	20.25	7.09	6.61	33.07
0.8	4000	180	54.00	18.00	6.30	6.61	33.07
0.7	3500	157.5	47.25	15.75	5.51	6.61	33.07
0.6	3000	135	40.50	13.50	4.73	6.61	33.07
0.5	2500	112.5	33.75	11.25	3.94	6.61	33.07
0.4	2000	90	27.00	9.00	3.15	6.61	33.07
0.3	1500	67.5	20.25	6.75	2.36	6.61	33.07
0.2	1000	45	13.50	4.50	1.58	6.61	33.07

0.1

500

22.5

6.75

2.25

0.79

6.61

33.07

　　由计算可以看出，增设明洞只对旺竹园II号隧道的入口段、过渡段1、过渡段2、过渡段3照明产生影响。不同明洞透光率相对于无明洞时隧道照明变化量见表11。

表11 不同明洞透光率相对于无明洞时隧道照明变化量（单位：cd/m2）

	透光率 90%	减少 亮度	百分比	透光率 30%	减少 亮度	百分比
入口段	202.5	22.5	10	67.5	157.5	70
过渡段1	60.75	6.75	10	20.25	47.25	70
过渡段2	20.25	2.25	10	6.75	15.75	70
过渡段3	7.09	0.79	10	2.36	5.51	70
	透光率 70%	减少 亮度	百分比	透光率 10%	减少 亮度	百分比
入口段	157.5	67.5	30	22.5	202.5	90
过渡段1	47.25	20.25	30	6.75	60.75	90
过渡段2	15.75	6.75	30	2.25	20.25	90
过渡段3	5.51	2.36	30	0.79	7.09	90
	透光率 50%	减少 亮度	百分比
入口段	112.5	112.5	50
过渡段1	33.75	33.75	50
过渡段2	11.25	11.25	50
过渡段3	3.94	3.94	50

　　6 结论

　　由表11可以看到，隧道入口段、过渡段1、过渡段2、过渡段3的照明所需亮度是随明洞的透光率变化而变化的，明洞的透光率越大，则所需亮度的减少就越少，明洞的透光率越小，则所需亮度的减少就越多。

　　明洞的透光率与隧道入口段、过渡段1、过渡段2、过渡段3的照明所需亮度及耗电量变化关系见图3。

图3 明洞透光率与隧道照明亮度、耗电量关系图

　　由于所需照明功率与照明所需亮度是成正比的关系，即所需亮度越大，则照明所需功率越大，反之亦然，所以，所需照明功率与明洞的透光率也为反比关系，即明洞透光率越大，所需照明功率越小。

综上所述，增设明洞可以减少照明费用。为了减少照明所需的费用，建议旺竹园I、II号隧道间所设明洞的透光率应该尽量减少，但考虑隧道整体建设、营运过程，应综合分析照明费用与增设明洞的建安费用，以便取得最优的方案。

　　参考文献

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• 王明年等，秦岭终南山公路隧道综合技术研究-防灾救援技术研究报告[M]，成都：西南交通大学，2006
• 中华人民共和国交通部. 公路隧道设计规范（JTGD70-2004）[S]，北京：人民交通出版社，2004
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• 李运江，彭惠明，徐波. 几种照度计算方法的比较及研究[J]，三峡大学学报（自然科学版），2003，25（1）：30-32.

　

编辑：中国照明网 刘 立