毗鄰隧道減光防眩措施

劉金興

（重慶鐵發建新高速公路有限公司，重慶 400700）

隨著我國高速公路建設的發展，高速公路逐漸向西南多山地區推進，西南片區隧道數量快速增加，隧道群逐漸增多，由此帶來的隧道運營管理能耗加劇。隧道照明產生的能耗占整個隧道運營能耗的比重大，據統計，隧道照明能耗占整個運營能耗的70%以上[1]。隧道照明質量與交通安全有重要聯系，駕駛員行車經過隧道時會出現明暗適應，駕駛員心理負擔加劇，嚴重影響行車安全。因此，合理采取減光防眩措施對保證毗鄰隧道行車安全和照明節能頗具意義。

1 毗鄰隧道定義

國內外關于隧道群的定義未給出一個統一的結論，隧道群一般指間隔一定距離的若干各隧道組成的整體。目前行業結合通風、照明、交通安全、防火安全等因素統籌考慮，將隧道群分為連續隧道和毗鄰隧道。

王少飛[2]根據兩隧道之間通風、照明、交通安全、防火安全等因素，提出了隧道群的概念：當兩隧道間距L≤250m時定義為毗鄰隧道；當兩隧道間距250m＜L≤1000m時，定義為連續隧道。諸文江等[3]根據兩隧道對駕駛員駕駛行為有無影響對隧道群進行定義：若下一隧道入口的車輛對在兩隧道之間連接段行車的駕駛員駕駛行為造成影響，則定義為隧道群。駕駛員在上游隧道出口的明適應過程中能看到下游隧道入口車輛并能及時停車，定義兩隧道為連續隧道，當兩隧道群連接段長度小于一個停車視距時，駕駛員從上游隧道出口看到下游隧道入口車輛不能及時停車，定義兩隧道為毗鄰隧道。而當駕駛員從上游隧道出口明適應過程中不受下游隧道進口車輛的影響，則認為兩隧道為兩條不同的單體隧道。

盡管目前沒有明確定義毗鄰隧道，但毗鄰隧道不同于單體隧道是明確的，毗鄰隧道照明之間存在相關關系，對駕駛員駕駛行為有重要影響。

2 毗鄰隧道明暗適應機理

白天，駕駛員行車經過隧道時，在隧道入口處，由于外部亮度大，隧道內部亮度低，駕駛員不能在短時間內適應幾十倍的洞外亮度差，看不清隧道內部景物，這就是“黑洞效應”，如圖1（a）所示。駕駛員適應由高亮度外部環境進入低亮度內部環境過程即為暗適應過程；駕駛員駛出隧道時，由于隧道外部亮度大，強烈亮光經人眼屈光介質散射形成白色刺眼光幕，駕駛員無法立即完成由暗環境進入亮環境的明適應過程，將形成“白洞效應”[4]，如圖1（b）所示。

圖1 黑洞效應與白洞效應

3 毗鄰隧道減光防眩措施

為了有效削弱隧道黑、白洞效應，保證行車安全，減少照明能耗，研究人員在毗鄰隧道減光防眩措施方面進行了大量研究。

毗鄰隧道減光防眩措施的基本原理是為了使洞內外亮度過渡滿足人眼明暗適應順適過渡的需要，從而使駕駛員不出現視覺盲期，能正常辨識障礙物。目前毗鄰隧道減光防眩措施大概分為三類：第一類是增強隧道進出口的洞內亮度，第二類是減小毗鄰隧道連接段的路面亮度，第三類是減少駕駛員視野范圍內的眩光。具體措施有以下幾種。

3.1 遮陽棚

此措施屬第二類減光措施，通過在毗鄰隧道連接段設置具有一定透光率的遮陽棚，能有效減小連接段亮度，從而縮小隧道內外亮度差，達到駕駛員明暗適應順適過渡的目的。遮陽棚由鋼格和遮陽板組成，是一種頂部封閉的棚狀構筑物，能夠起到減光防眩作用，還能起到保護連接段路面的作用[5]。遮陽棚結構如圖2所示。

圖2 白馬隧道遮陽棚

遮陽棚對隧道通風影響較大，容易形成二次污染[6-7]。遮陽板的透光率和遮光棚的底部鏤空高度是遮陽棚設計的重要參數，透光率影響照明效果，選材時應注意選擇透光率不易受氣候條件影響的材料，鏤空高度影響通風效果，上述兩參數應結合照明、通風、防災綜合考慮找出最優解。

3.2 遮光棚

此措施屬第二類和第三類減光措施，遮光棚由遮光肋架組成，肋架常使用鋼拱架或鋼筋混凝土框，沿上一隧道出口連續間隔布置肋架。一方面可以大量遮擋駕駛員視野內的眩光，從而使駕駛員出隧道時不產生失能眩光，不出現視覺盲期[8]；另一方面減小陽光透過率，隧道外路面照度降低，形成明暗交替的過渡路面，起到過渡順適作用，削弱“白洞效應”，提高行車安全性。遮光棚結構如圖3所示。

圖3 中梁山隧道出口遮光棚

鋼肋架的布置間距和厚度是遮光棚設計的重要參數，應綜合考慮隧道內外照度、駕駛員視場角、失能眩光閾值等因素設計。遮光棚具有結構簡單、使用周期長、受天氣條件影響小等特點，是目前常見的減光防眩結構。

3.3 通透式棚洞

此措施屬第一類減光措施，在多山地區，隧道洞口邊坡不穩定時，常需要設置洞門、明洞、棚洞等結構，考慮到照明節能的棚洞一般將棚洞一側設置鏤空形成通透式棚洞，以增加洞口內的自然光進光量，從而提高隧道進出口亮度，達到照度順適過渡和照明節能的目的。棚洞結構如圖4所示。

通透式棚洞有利于隧道內污染物排放，同時考慮隧道結構、照明、通風等因素，是一種經濟安全的設計，但運用范圍受限。

3.4 導光裝置

圖4 新宋家溝1號隧道棚洞

此措施屬第一類減光措施，原理是將太陽光直接傳導入隧道內部用于照明，目前主要有直接反射太陽光裝置、光纖、導光管等[9]，直接反射裝置一般設置于洞口外，通過太陽高度角和方位角自動調整反射角度，將太陽光反射到隧道入口內部，提高隧道洞內亮度，直接反射太陽光受季節、天氣影響大。光纖傳導是利用光纖的導光性將太陽光傳導入隧道內以達到增強洞內亮度的目的，光纖導光的距離有限，無法適應遠距離傳輸。導光管利用光在導光管內壁反射將外部陽光導入隧道內[10]。導光裝置如圖5所示。

圖5 隧道導光裝置

毗鄰隧道明暗適應機理與單體隧道相同，均是因為人眼不能快速適應巨大亮度差，出現視覺盲期，但由于毗鄰隧道連接段長度短，駕駛員明適應未完成即進入暗適應階段，明暗適應快速轉換，駕駛員心理負荷較單體隧道大，隧道照明對毗鄰隧道的影響更加明顯[11]。長期以來，如何有效削弱隧道進出口出現的黑、白洞效應一直是制約隧道運營安全及節能的主要因素[12]。

4 結束語

目前毗鄰隧道減光措施種類較多，但相關技術運用并不成熟，某些措施也帶來了新的問題。比如連接段設置遮陽棚會帶來二次污染，影響隧道通風和防災，因此，如何確定遮陽板的透光率及底部鏤空高度應結合照明、通風、防災綜合考慮。鏤空棚洞、反光裝置的進光量受天氣的影響較大，如何將反射光和隧道照明高效結合使用也需深入研究。光纖導光的衰減率隨傳輸距離增大而增大，研究新型導光材料也是隧道照明的一大方向。針對目前毗鄰隧道減光防眩已有的研究和存在的問題，毗鄰隧道減光防眩措施還應繼續研究如下問題：（1）根據不同地區不同時間的隧道洞內外照度建立智能調光系統，將減光防眩措施與隧道人工照明合理搭配利用，達到節能效果。（2）發展新型導光材料，提升對自然光的利用率，尤其是研究新型隧道內視覺誘導材料和新型反光材料對未來照明節能的意義重大。（3）根據不同的減光措施制定相關的規范作為未來減光防眩工程的設計參考依據，提升工程質量，保證行車安全，降低照明能耗。