王少飛 涂 耘 張 琦 李 科 謝曉輝 劉 琦 蔡堅健

(1.招商局重慶交通科研設計院有限公司 隧道建設與養(yǎng)護技術交通行業(yè)重點實驗室，重慶 400067;2.國家山區(qū)公路工程技術研究中心，重慶 400067;3.浙江金麗溫高速公路有限公司 監(jiān)控中心，麗水 323000)

1 引言

兩龍高速公路全長222.24km，由龍 (游)麗(水)高速公路、麗 (水)龍 (泉)高速公路兩段構成，系浙江省規(guī)劃公路干線網中“兩縱、兩橫、十八連、三繞、三通道”之二連。兩龍高速公路大部分位于浙南山區(qū)，橋隧比例較高 (如圖1所示)，全線共設置隧道45座，其中長隧道13座、中隧道6座、短隧道26座，其顯著特點是隧道數量多、隧道群密集分布［1］。兩龍高速公路于2007年底全線建成通車，由于與其銜接的省際高速公路尚未建成，目前日交通量較小，降低電耗、節(jié)約電費成為運營管理公司亟待解決的重要課題。

本文在查閱資料、實地調研、現場測試的基礎上，客觀分析當前兩龍高速公路隧道照明運營存在的突出問題，并據此提出針對性的照明運營節(jié)能策略，以響應《浙江省交通運輸節(jié)能減排專項行動方案 (2009—2012)》，推動兩龍高速公路節(jié)能減排工作深入開展。

圖1 兩龍高速公路沿線風貌

2 兩龍高速公路交通狀況調查分析

以龍泉收費站、龍游南收費站為例，2座主線收費站近3年日交通量統(tǒng)計數據見表1～表2［1］。顯然，兩龍高速公路高峰小時交通量屬于《公路隧道通風照明設計規(guī)范》 (JTJ 026.1—1999)［2］規(guī)定的“近期交通量”;此外，兩龍高速公路交通組成也以小型車為主。上述因素使得兩龍高速公路在投入使用初期，公路隧道照明運營需求相對較低［3］。

表1 龍泉收費站交通量統(tǒng)計數據

表2 龍游南收費站交通量統(tǒng)計數據

3 兩龍高速公路隧道照明運營現狀

3.1 洞外亮度L20(S)

在2010年8月晴好天氣狀況下，對兩龍高速公路典型隧道洞外亮度L20(S)展開現場測試，其部分測試分析結果如圖2～圖3所示，洞外亮度L20(S)變化曲線如圖4～圖5所示。

測試分析結果表明［3］:①兩龍高速公路采用端墻式洞門的隧道，其洞外亮度L20(S)取3000cd/m2較為合理，采用削竹式洞門的隧道，其洞外亮度L20(S)取2500cd/m2較為合理;②在夏季 (6～8月)晴好天氣狀況下，洞外亮度L20(S)最大值一般出現在11:00～14:00。

圖2 閹基頭隧道洞外亮度L20(S)測試分析圖 (13:00)

圖3 東田隧道洞外亮度L20(S)測試分析圖 (11:00)

以赤石嶺長隧道為例，其照明設計方案見表3［1］，兩龍高速公路其他隧道的照明方案與之類似，

圖4 閹基頭隧道洞外亮度L20(S)變化曲線

圖5 東田隧道洞外亮度L20(S)變化曲線圖

3.2 洞內路面亮度

只是部分短隧道加強照明段長度有所減少。赤石嶺隧道各照明段測試數據見表4［4］。

表3 赤石嶺隧道照明設計方案

表4 赤石嶺隧道各照明段測試數據

續(xù)表

3.3 照明供電狀況

以赤石嶺隧道變電所為例，其低壓照明線電壓Us實測值為382V，比額定電壓Ue高0.5%，屬正常供電電壓范疇［1］，不會對公路隧道照明運營系統(tǒng)能耗產生額外影響。

4 兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價

根據查閱資料、實地調研、現場測試、數據分析的結果，目前兩龍高速公路隧道照明運營系統(tǒng)主要存在以下5方面的突出問題。

4.1 隧道照明系統(tǒng)存在過度設置

隧道照明系統(tǒng)過度設置是我國山區(qū)高速公路的一大“通病”［5］，兩龍高速公路也不例外。以中、長隧道照明設計方案為例，洞外亮度L20(S)一般按4000 cd/m2取值，加之未考慮根據交通量增長情況設計照明系統(tǒng)分期實施方案，致使入口段、過渡段及出口段照明運營亮度遠高于當前公路隧道安全行車所需亮度，如圖6所示。

圖6 中、長隧道照明運營亮度需求對比

4.2 中短隧道照明系統(tǒng)過于龐大

兩龍高速公路全線中短隧道數量比例約占71.11%，經查閱資料及實地調研，全線短隧道照明設計參數與長隧道基本相同，由于未考慮短隧道照明的特點與需求，從而造成其規(guī)模尤其龐大，電能浪費較為嚴重。

4.3 隧道照明控制模式需要改進

根據運營管理人員介紹，兩龍高速公路隧道只有在夏季大晴天才開啟全部加強照明回路，其余時間僅有2種照明控制模式:白天開啟一半照明回路，夜間開啟一半基本照明回路，這就使得其實際照明運營既不安全也不節(jié)能。

4.4 未考慮連續(xù)隧道照明特殊性

根據《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(JTJ 026.1—1999)［2］，當2座隧道間的行駛時間按設計速度考慮小于30s，且通過的前一座隧道內行駛時間大于30s時，后續(xù)隧道入口段亮度應進行折減。兩龍高速公路隧道群眾多，隧道照明系統(tǒng)設計未考慮連續(xù)隧道入口段亮度折減，也是造成照明系統(tǒng)規(guī)模龐大的重要原因之一。

4.5 未系統(tǒng)性考慮隧道照明節(jié)能

公路隧道照明節(jié)能是一項系統(tǒng)工程［6～10］，需要從照明設計參數取值、光源和燈具選擇、燈具布置方式、照明控制模式、節(jié)電設備應用、養(yǎng)護管理等方面統(tǒng)籌考慮。目前兩龍高速公路隧道照明節(jié)能措施較為單一，不能實現照明節(jié)能效益最大化。

5 兩龍高速公路隧道照明節(jié)能策略

根據兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價結論，以盡可能不改變現有隧道照明系統(tǒng)構成為前提，提出科學適用的照明節(jié)能控制方案 (以赤石嶺長隧道為例)，見表5。由于中、短隧道照明需求水平相對較低，可以通過少開加強照明回路及簡化加強照明段達到節(jié)能控制的目的，以長度L＜300m直線隧道為例，其照明節(jié)能控制方案見表6。針對兩龍高速公路隧道特點，結合隧道長度、線形、洞門形式，研究人員制定出多種照明節(jié)能控制方案，并編制了《兩龍高速公路隧道照明節(jié)能運營技術指南》。

表5 赤石嶺隧道照明運營控制方案

表6 長度L＜300m直線隧道 (端墻式洞門)照明運營控制方案

續(xù)表

6 兩龍高速公路隧道照明節(jié)能效益

前文所述照明節(jié)能控制方案與既有照明控制方案的能耗對比見表7～表8。顯而易見，本文提出的照明節(jié)能控制方案經濟效益是極為顯著的。

表7 赤石嶺隧道照明運營能耗對比表

表8 長度L＜300m直線隧道 (端墻式洞門)照明運營能耗對比表

續(xù)表

7 結語

(1)通過資料調研、現場測試、數據分析及技術交流，對兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)運營現狀進行了客觀評價，主要存在隧道照明系統(tǒng)存在過度設置、中短隧道照明系統(tǒng)過于龐大、隧道照明控制模式需要改進、未考慮連續(xù)隧道照明特殊性、未系統(tǒng)性考慮隧道照明節(jié)能等5方面的突出問題。

(2)結合兩龍高速公路隧道照明系統(tǒng)評價結論，以盡可能不改變現有隧道照明系統(tǒng)構成為前提，提出科學適用的管理性節(jié)能策略。分析計算表明，照明節(jié)能控制方案的實施預計可實現兩龍高速公路隧道加強照明節(jié)能50%以上 (按系統(tǒng)功率計算)，具有較好的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

(3)建議隨著經濟社會的發(fā)展及可再生能源技術的逐步成熟，適時開展結構性節(jié)能技術研究 (如太陽能光纖照明技術)，提高“綠色能源”在兩龍高速公路隧道的使用比例，不斷優(yōu)化能源結構。

［1］招商局重慶交通科研設計院有限公司隧道工程所.金麗溫、兩龍高速公路隧道照明調研報告［R］.重慶:招商局重慶交通科研設計院有限公司，2011.

［2］交通部重慶公路科學研究所.JTJ 026.1—1999公路隧道通風照明設計規(guī)范 ［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］招商局重慶交通科研設計院有限公司隧道工程所.高速公路隧道節(jié)能照明參數及運營策略研究總報告［R］.重慶:招商局重慶交通科研設計院有限公司，2011.

［4］招商局重慶交通科研設計院有限公司隧道工程所.金麗溫、兩龍高速公路隧道照明現場測試報告 ［R］.重慶:招商局重慶交通科研設計院有限公司，2011.

［5］涂耘，王少飛，張琦，等.西漢高速公路隧道照明系統(tǒng)評估研究 ［J］.照明工程學報，2010，21(5):15～21，36.

［6］王少飛，涂耘，鄧欣.公路隧道節(jié)能減排對策 ［J］.鐵道工程學報，2011，28(5):71～75，114.

［7］涂耘，王少飛，張琦，等.“低碳經濟”背景下公路隧道照明節(jié)能策略 ［J］.現代隧道技術，2011，48(3):14～21.

［8］王少飛.論公路隧道運營管理 ［J］.現代隧道技術，2010，47(S):45～50.

［9］王少飛，張琦，李科.基于GPRS技術的中、短公路隧道照明遠程監(jiān)控方案 ［J］.電氣應用，2010，29(23):46～51.

［10］譚儀忠，劉元雪，孫樹國.地下工程節(jié)能減排研究進展 ［J］.地下空間與工程學報，2010，6(S2):1533～1537.