王相國(guó)

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

隧道照明系統(tǒng)是公路建設(shè)的重要組成部分和重要能耗部分[1]，該系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)不僅要考慮合理性與安全性，還要考慮它的節(jié)能和環(huán)保性能[2]。目前，隨著高速公路隧道的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)，隧道內(nèi)照明燈具的性能也會(huì)隨著使用周期而逐年下降，且原有的隧道照明設(shè)計(jì)也無(wú)法滿足新的節(jié)能環(huán)保要求，需要進(jìn)行節(jié)能改造。

1 工程概況

山西交通控股集團(tuán)有限公司大同北高速分公司管轄的隧道共3座。其中亮馬臺(tái)隧道左洞長(zhǎng)度為2 222 m，右洞長(zhǎng)度為2 148 m，隧道原設(shè)計(jì)速度為100 km/h，隧道行車道寬度為7.5 m，隧道內(nèi)路面為水泥混凝土；大梁山隧道左洞長(zhǎng)度為6 105 m，右洞長(zhǎng)度為6 058 m，隧道原設(shè)計(jì)速度為80 km/h，隧道行車道寬度為8.75 m，隧道內(nèi)路面為瀝青混凝土；黑石崖隧道只有左洞，長(zhǎng)度為446 m，隧道原設(shè)計(jì)速度為80 km/h，隧道行車道寬度為8.75 m，隧道內(nèi)路面為瀝青混凝土。

經(jīng)過(guò)對(duì)隧道內(nèi)各照明段落照度實(shí)測(cè)，3座隧道照明亮度已不能滿足原設(shè)計(jì)和行車安全的要求。綜合考慮，亮度下降原因有兩種：首先是由于部分高壓鈉燈已達(dá)壽命終期，損壞率較高，且因缺少備件，未能及時(shí)更換；其次是大部分高壓鈉燈已出現(xiàn)大幅度的光衰，致使亮度無(wú)法滿足原設(shè)計(jì)的要求。所以，考慮隧道內(nèi)行車安全的需要，故應(yīng)對(duì)隧道照明進(jìn)行改造。

2 照明改造方案

2.1 原設(shè)計(jì)方案

原亮馬臺(tái)隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的洞外亮度取4 500 cd/m2，隧道內(nèi)全部燈具均為對(duì)稱布設(shè)。入口段照明采用400 W高壓鈉燈，布設(shè)間距1.5 m，亮度為182 cd/m2；過(guò)渡段1照明采用400 W高壓鈉燈，布設(shè)間距4 m，亮度為54.8 cd/m2；過(guò)渡段2照明采用250 W高壓鈉燈，布設(shè)間距6 m，亮度為19 cd/m2；過(guò)渡段3照明采用100 W高壓鈉燈，布設(shè)間距6 m，亮度為9 cd/m2；中間段照明采用100 W高壓鈉燈，布設(shè)間距12 m，亮度為4.61 cd/m2；出口段照明采用150 W高壓鈉燈，布設(shè)間距4 m，亮度為22.5 cd/m2；車人行橫洞和緊急停車帶采用2×36 W的熒光燈；洞外引道照明采用250 W高壓鈉燈。

原大梁山隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的洞外亮度取4 000 cd/m2，隧道加強(qiáng)照明燈具均為對(duì)稱布設(shè)，基本照明為交錯(cuò)布設(shè)。入口段照明采用400 W高壓鈉燈，布設(shè)間距2 m，亮度為100 cd/m2；過(guò)渡段1照明采用250 W高壓鈉燈，布設(shè)間距4.5 m，亮度為30 cd/m2；過(guò)渡段2照明采用150 W高壓鈉燈，布設(shè)間距8.5 m，亮度為10 cd/m2；中間段照明采用100 W高壓鈉燈，布設(shè)間距12 m，亮度為2 cd/m2；出口段照明采用150 W高壓鈉燈，布設(shè)間距7 m，亮度為10 cd/m2；車人行橫洞和緊急停車帶采用2×58 W的熒光燈；洞外引道照明采用250 W高壓鈉燈。

原黑石崖隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的洞外亮度取4 000 cd/m2，隧道加強(qiáng)照明燈具均為對(duì)稱布設(shè)，基本照明為交錯(cuò)布設(shè)。入口段照明采用400 W高壓鈉燈，布設(shè)間距3 m，亮度為70 cd/m2；過(guò)渡段1照明采用250 W高壓鈉燈，布設(shè)間距6 m，亮度為21 cd/m2；過(guò)渡段2照明采用150 W高壓鈉燈，布設(shè)間距8.5 m，亮度為7 cd/m2；中間段照明采用100 W高壓鈉燈，布設(shè)間距12 m，亮度為2 cd/m2；出口段照明采用150 W高壓鈉燈，布設(shè)間距7 m，亮度為10 cd/m2；洞外引道照明采用250 W高壓鈉燈。

原方案內(nèi)容齊全，燈具配置的亮度標(biāo)準(zhǔn)可以滿足《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 026.1—1999）》的要求。但隨著照明燈具技術(shù)的不斷發(fā)展、規(guī)范的修訂，原設(shè)計(jì)方案仍然存在諸多不足。如：原設(shè)計(jì)采用直接估計(jì)取值，無(wú)法反應(yīng)隧道洞口實(shí)際的亮度情況；亮馬臺(tái)隧道包括過(guò)渡段3，增加照明的能耗；燈具采用的是高能耗的高壓鈉燈和熒光燈；入口段和過(guò)渡段1之間亮度的差值太大，容易給機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T造成視覺差異，從而影響行車安全；隧道照明系統(tǒng)不能滿足《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則（JTG/T D70/2-01—2014）》的要求。

2.2 改造方案

由于原設(shè)計(jì)的洞外亮度值均為估計(jì)值，故對(duì)洞外亮度進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量。測(cè)量時(shí)間為中午12點(diǎn)至14點(diǎn)之間，采用亮度儀對(duì)3座隧道洞口的各種元素的亮度進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)環(huán)境簡(jiǎn)圖法[3]對(duì)3座隧道洞口的洞外亮度進(jìn)行確定，3座隧道的洞外亮度如表1。

表1 隧道洞外亮度實(shí)測(cè)值

在燈具的使用方面，3座隧道的改造照明燈具都采用LED燈。這是因?yàn)橄鄬?duì)于高壓鈉燈而言，LED燈具有能耗低、壽命長(zhǎng)、亮度可調(diào)以及視覺效果好[4-5]等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用[6]。

亮馬臺(tái)隧道的入口亮度折減系數(shù)為0.036；大梁山、黑石崖隧道的入口亮度折減系數(shù)為0.025。改造范圍為加強(qiáng)照明、基本照明、車人行橫洞照明、緊急停車帶照明、洞外引道照明。

亮馬臺(tái)隧道原設(shè)計(jì)入口加強(qiáng)照明分為入口段、過(guò)渡段1、過(guò)渡段2、過(guò)渡段3。設(shè)計(jì)方案把入口加強(qiáng)照明分為入口段1、入口段2、過(guò)渡段1、過(guò)渡段2。原出口段劃分為出口段1與出口段2?？紤]LED燈具的特點(diǎn)、隧道路面亮度總均勻度和路面中線亮度縱向均勻度等確定亮馬臺(tái)隧道的照明設(shè)計(jì)方案，方案如表2所示。

表2 亮馬臺(tái)隧道洞外亮度實(shí)測(cè)值

大梁山隧道和黑石崖隧道原設(shè)計(jì)照明段落分為入口段、過(guò)渡段1、過(guò)渡段2、中間段、出口段。設(shè)計(jì)方案把原隧道照明段落劃分為入口段1、入口段2、過(guò)渡段1、過(guò)渡段2、中間段、出口段1、出口段2。其中，入口段1與入口段2的長(zhǎng)度為原入口段長(zhǎng)度的1/2，出口段1與出口段2的長(zhǎng)度為原出口段長(zhǎng)度的1/2。過(guò)渡段1、過(guò)渡段2、中間段與原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一致。大梁山隧道左右洞設(shè)計(jì)參數(shù)如表3和表4所示。

表3 大梁山隧道左洞設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 大梁山隧道右洞設(shè)計(jì)參數(shù)

由于黑石崖隧道左洞的入口與大梁山隧道左洞出口相距95 m，其入口段亮度折減30%。黑石崖隧道設(shè)計(jì)參數(shù)如表5所示。

表5 黑石崖隧道設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 照明配電

原亮馬臺(tái)隧道照明燈具的電源引自隧道內(nèi)橋架上方的接線箱，每3盞燈具接入一個(gè)接線箱。隧道照明供電主纜敷設(shè)于橋架內(nèi)。在隧道橋架側(cè)通長(zhǎng)設(shè)置橋架接地體作為保護(hù)接地干線。改造后照明燈具通過(guò)接燈線和穿刺夾與橋架內(nèi)的照明供電主纜相接，燈具接地保護(hù)與橋架接地體可靠連接。

原大梁山隧道和黑石崖隧道照明燈具電源引自隧道橋架內(nèi)的照明分支回路，利用隧道通長(zhǎng)設(shè)置的橋架作為照明系統(tǒng)的接地干線。改造上述兩座隧道接線遵循原方案。

同一回路燈具按A、B、C三相交替接線，燈具接線要盡量與原照明燈具線纜接頭對(duì)接。

2.4 燈具安裝

照明燈具的安裝不得侵入隧道建筑限界，安裝高度與原隧道燈具高度一致。安裝時(shí)應(yīng)調(diào)整燈具角度調(diào)節(jié)器，使路面亮度盡量一致，減少亮度差，各個(gè)燈具光軸線應(yīng)保持與豎直面成同一角度，燈具傾角應(yīng)保持一致[7]。燈具安裝所用的配件及膨脹螺栓均為燈具配套產(chǎn)品，安裝時(shí)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行安裝。

3 節(jié)能改造后的能耗分析

表6 亮馬臺(tái)隧道能耗及費(fèi)用對(duì)比表

表7 大梁山隧道能耗及費(fèi)用對(duì)比表

改造工程的范圍包括橫洞照明。但由于橫洞照明燈具長(zhǎng)時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，所以，能耗分析將不計(jì)入其中。通過(guò)本設(shè)計(jì)亮馬臺(tái)隧道節(jié)能比例45.6%，大梁山隧道節(jié)能比例50.4%，黑石崖隧道節(jié)能比例48.9%。各隧道的能耗分析如表6～表8，括號(hào)內(nèi)數(shù)字為改造后的值。

表8 黑石崖隧道能耗及費(fèi)用對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

本文的改造方案通過(guò)選用LED燈具，去掉亮馬臺(tái)隧道的過(guò)渡段3，通過(guò)節(jié)能分析可見，節(jié)能效果顯著；根據(jù)新規(guī)范將原入口段劃分為入口段1和入口段2，出口段劃分為出口段1和出口段2，使機(jī)動(dòng)車駕駛員在出入隧道時(shí)適應(yīng)亮度明暗變化的過(guò)程；對(duì)隧道各個(gè)洞口的洞外亮度進(jìn)行實(shí)測(cè)，以此確定的隧道照明系統(tǒng)更合理，讓機(jī)動(dòng)車駕駛員可以更好地適應(yīng)“黑洞效應(yīng)”。

高速公路隧道照明燈具長(zhǎng)期處于開啟狀態(tài)，在隧道用電費(fèi)用中占比較大。所以，對(duì)隧道照明進(jìn)行節(jié)能改造設(shè)計(jì)，對(duì)隧道的節(jié)電意義重大。隨著照明燈具工藝和技術(shù)的逐漸進(jìn)步，隧道照明的節(jié)能空間越大。該設(shè)計(jì)方案能有效地降低隧道的運(yùn)營(yíng)成本，可以給類似的照明改造方案提供參考。