高速公路隧道照明设计研究

常国伟

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

公路隧道照明的目的是创造洞内良好的视觉环境，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道，同时为在高速公路隧道内的车辆驾驶员提供舒适和安全的行车环境。高速公路隧道照明系统主要包括：入口段照明、过渡段照明、中间段照明、出口段照明、紧急停车带和横通道照明、应急照明及洞外引道照明[1]。本文主要研究了高速公路隧道照明系统的设计方案、设计过程及照明控制等。

山西省高速公路某隧道为单向交通双车道，左洞全长3 900 m，右洞全长3 910 m，隧道内净空高度为5 m，路面宽度为8.75 m，纵坡为1.5%，隧道洞口形式为端墙式，隧道内路面采用水泥混凝土路面，平均亮度与平均照度间的换算系数取10 lx/(cd·m-2)，隧道内设计行车速度为80 km/h。根据工可报告中提供的该隧道段预计建成通车10年后的标准小客车交通量为33 887 pcu/d，预计建成通车15年后的标准小客车交通量为40 333 pcu/d，该隧道选取设计小时交通量系数K为0.11，方向分布系数D为0.55。

1 隧道照明设计方案

1.1 设计标准及思路

为保证行车安全，高速公路隧道照明系统按照《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014）和《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》（JTG D70/2—2014）规范要求进行设计。本隧道照明系统设计基本思路是在保证行车安全和舒适的条件下，使照明回路操作简便，并采用高效节能光源，尽量达到节约能源的目的（光源选用高压钠灯和LED隧道灯）。可靠、先进的照明控制是确保隧道安全运营及节能的重要手段，通过照明调光控制，使亮度水平更加符合实际的车流量和洞外亮度情况，从而达到安全运营和节能降耗的目的。

公路隧道照明设计应统筹规划，一次设计。照明设施根据预测交通量变化分两期进行实施，高速公路隧道照明设施分期按10年为界划分。结合隧道实施计划，本隧道预计于2019年底建成通车，故本隧道照明系统的设计选取2029年为照明设计近期，选取2039年为照明设计远期。

1.2 设计方案的确定

高速公路隧道建成通车后，隧道照明的运营和维护费用是最大的日常开支项目之一，目前高速公路隧道照明通常采用的灯具为高压钠灯和LED灯两种。

高压钠灯具有透雾能力强、光效高、寿命长等优点。目前高压钠灯技术已经很成熟，在国内外大型工程已应用，且高压钠灯的穿透性较好，特别是隧道内车辆排放的烟尘影响行车司机的视觉，高压钠灯的穿透性可大大提高隧道亮度。

LED隧道灯具有长寿命、低光衰、高效节能、绿色环保、高显色性等优点。灯具发出的光接近自然光，使物体颜色更真实自然，在车辆进入隧道后，司机可以很快适应光线颜色变化，确保行车的安全。另外，LED隧道灯可以瞬间启动，断电后重新接通电源光源可即刻点亮，减小了等待照明系统恢复正常的过程中对交通安全可能造成的隐患。

考虑通车运营后隧道照明的经济性并结合隧道所在地理位置特点及隧道内车辆组成比例，本隧道照明的光源采用高压钠灯和LED隧道灯相结合的设计方案，中间段基本照明灯具采用两侧交错布设的方式，其他段照明灯具采用两侧对称布设的方式。入口段加强照明灯具选用250 W的高压钠灯，过渡段和出口段加强照明灯具选用150 W的高压钠灯，中间段基本照明灯具选用70 W的LED隧道灯。

为预防突然停电引起隧道骤暗而影响行车安全，隧道全线设置了应急照明。从基本照明灯具中选择行车方向右侧的奇数灯作为应急照明光源，24 h全亮。为保证意外情况下人员迅速疏散，在行人（车）横洞顶部设置LED照明，在隧道左右洞进出口外引道行车方向右侧布置10 m单臂钢杆路灯照明，光源采用70 W的LED隧道灯。

2 隧道照明设计过程

2.1 入口段照明

由于隧道洞外亮度L20的合理确定需要待隧道洞口工程完工后才能通过现场实测获得，无法在短时期内准确测量，故在设计之初需要根据洞门形式以及洞门周围景物反射率等因素预估并确定洞外亮度，本项目隧道处于山岭重丘区地段且隧道入口为端墙式洞口，故其洞外亮度L20暂按3 000 cd/m2考虑。

依据本隧道工程可行性研究报告中提供的设计近期和远期年份的预测标准小客车平均日交通量和车辆组成比例，将交通量换算成混合车型高峰小时交通量，按照线性内插取值确定本隧道入口段亮度折减系统K值，结合本隧道左右洞的纵坡，分别确定入口段亮度和长度的值。

2.2 过渡段照明

过渡段宜按渐变递减原则划分为TR1、TR2、TR3三个照明段。因本隧道基本照明段的亮度为2.5 cd/m2，而本隧道过渡段TR3的亮度Ltr3值未大于中间段亮度Lin的2倍，因此本隧道可不设置过渡段TR3加强照明。根据入口段的亮度和长度，分别计算出各过渡段的亮度和长度。

2.3 中间段照明

根据本隧道段混合车型高峰小时交通量值，确定本隧道段中间段亮度为2.5 cd/m2。由于本隧道为单向交通且以设计速度通过本隧道的行车时间超过135 s，因此本隧道中间段分为两个照明段，第一照明段长度为666 m，设计亮度为2.5 cd/m2，第二照明段长度为余下的中间段长度，设计亮度为2.0 cd/m2。

根据规范要求，紧急停车带主要为异常车辆提供检修维护的场所，故其照明宜采用显色指数高的光源，亮度不应低于4.0 cd/m2。同时为保证意外情况下人员迅速疏散，隧道设有行人、行车横洞，横通道亮度取 1.0 cd/m2值[2]。

2.4 出口段照明

出口段宜划分为EX1、EX2两个照明段，每段长度宜取30 m，与之对应的亮度分别由基本段的亮度计算所得[2]。

2.5 应急照明与洞外引道照明

本隧道设置应急照明系统，采用不间断供电系统。应急照明亮度不低于中间段亮度的10%，且不低于0.2 cd/m2。应急照明灯具可利用部分基本照明灯具，应急照明供电电源维持时间不少于30 min。

当隧道处于无照明路段时，容易出现因洞内外亮度反差引起的视觉偏差，故设置引道段照明，利于驾驶员提前察觉隧道状况或洞外道路状况[3]。本隧道洞外引道照明亮度取1.0 cd/m2，长度取130 m。隧道洞内各区段照明设计标准见表1。

表1 隧道左右洞照明设计标准表

2.6 灯具布置

本隧道照明设计所选的250 W高压钠灯的额定光通量为28 000 lm，150 W高压钠灯的额定光通量为16 000 lm，70 W LED灯具的额定光通量为7 000 lm，各灯具的利用系数均为0.8，养护系数为0.7。两侧交错布置的布置系数为1，两侧对称布置的布置系数为2，中间段照明灯具采用两侧交错布设方式，其他段照明灯具采用两侧对称布设方式。根据灯具布置间距计算公式：S=(η·φ·M·N)/(W·Eav），得出本隧道内各区段照明灯具的布设间距及灯具数量如表2。

表2 隧道照明各区段长度及灯具布置表

3 隧道照明控制设计

隧道房建变电所在照明控制装置内为监控系统预留接口，便于监控系统进行远程控制。隧道照明控制分为定时控制和手动控制两种，照明控制装置布置于隧道房建变电所相应低压柜内。上述两种控制方式是比较成熟的控制方案，但随着科学的发展，各种照明控制理念相互推出，更科学的控制理念会进入隧道照明控制系统中去。目前结合交通监控，根据交通量的变化控制隧道照明亮度，以及补偿和限制电网电压等控制方法，在隧道实施阶段，将根据当前的技术引入较先进和成熟的照明节能控制模式。

加强照明应根据洞外亮度和交通量变化，进行入口段、过渡段和出口段的调光方案设计，可分白天（夏季晴天、其他季节晴天/夏季云天、其他季节云天/夏季阴天、其他季节阴天/重阴天）、晚上、夜间六级调光分级组合进行。本隧道在洞口及隧道照明引入段各设一台亮度检测仪，按六级天候控制。基本照明应根据交通量变化，按照隧道中间段的亮度值进行调光方案设计。本项目隧道内各区段照明回路开通时段见表3。

表3 隧道照明调光分级控制一览表

4 结论

高速公路隧道照明系统是高速公路机电工程设计的一项重要内容，尤其是《公路隧道照明设计细则》实施后，对于新建和改建公路隧道照明设计方案的确定具有很好的指导作用。在设计时要特别注意新规范与旧规范的设计标准差异，隧道内照明指标、调光模式、节能标准等进行了适当的降低和调整，大大提高了项目建设期与运营维护期间隧道照明系统的费用[2]，同时对隧道照明设施进行了有效的远程和现场控制，不仅可以提高隧道运行安全水平，也能实现节能减排。