高速公路隧道內(nèi)照明系統(tǒng)改造及效果分析

李 磊

(山西交通信息通信有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

由于建成時(shí)間早、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、運(yùn)行環(huán)境惡劣、日常管理維修不到位等原因，高速公路隧道照明系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行后照明效果會(huì)大大下降。隧道照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀況關(guān)系到行車安全，應(yīng)定期進(jìn)行升級(jí)改造。高速公路隧道照明系統(tǒng)需要全天候運(yùn)行，照明系統(tǒng)運(yùn)行壓力，維護(hù)不到位很容易造成照明效果下降，降低行車安全。結(jié)合山西省內(nèi)某高速公路隧道節(jié)能改造案例，首先對(duì)隧道照明系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定改造方案，改造后布置測(cè)點(diǎn)對(duì)隧道入口段和過(guò)渡段照度進(jìn)行測(cè)量，作為分析照明改造效果的主要依據(jù)。

1 工程概況

山西省內(nèi)某高速公路采用雙向四車道設(shè)計(jì)，整體式路基寬度為21.5 m，分幅式路基單幅寬度為12 m，設(shè)計(jì)車速為80 km/h，主線全長(zhǎng)36.1 km。該高速公路建成于20世紀(jì)90年代，已投入運(yùn)營(yíng)20余年。自投入使用以來(lái)，2009年曾對(duì)高速公路主線進(jìn)行大修，大修項(xiàng)目主要包括路基、路面、隧道機(jī)電設(shè)施、交通安全設(shè)施等。

高速公路全線分別有5座隧道，其中長(zhǎng)隧道3座，中隧道1座，短隧道1座。由于高速公路建設(shè)時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，雖在2009年大修期間對(duì)部分機(jī)電設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)，很多機(jī)電設(shè)施仍不能滿足現(xiàn)階段隧道運(yùn)營(yíng)管理的要求。在照明系統(tǒng)升級(jí)改造方面，2009年在隧道洞口變電所增設(shè)了視頻監(jiān)控、增加了備用發(fā)電機(jī)和電力監(jiān)控系統(tǒng)。2011年，將隧道內(nèi)部的鈉燈更換為L(zhǎng)ED燈。2013年，在3座長(zhǎng)隧道洞外增設(shè)箱式變電所。本文以天壇山隧道為研究對(duì)象，長(zhǎng)度為1 108 m。

2 隧道內(nèi)照明系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 燈具布置與照明亮度調(diào)查

該高速公路建設(shè)時(shí)按照2000年開始實(shí)施的JTJ 026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范的舊規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雖然在運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行了多次改造，仍有很多方面不能滿足2014版最新版規(guī)范的要求。經(jīng)調(diào)查，天壇山隧道建設(shè)時(shí)期一般照明燈具采用100 W高壓鈉燈，在隧道兩側(cè)交錯(cuò)布置，照明加強(qiáng)段采用150 W高壓鈉燈，在隧道兩側(cè)對(duì)稱布置。2011年升級(jí)改造過(guò)程中將高壓鈉燈更換為L(zhǎng)ED燈，日后養(yǎng)護(hù)過(guò)程中對(duì)光衰比較嚴(yán)重的燈具進(jìn)行了更換。

根據(jù)隧道長(zhǎng)度，將隧道照明段劃分為入口段、過(guò)渡段和基本段，其中入口段長(zhǎng)度為30 m，LED燈按間距1.25 m對(duì)稱布置，功率為100 W，照明亮度為40 cd/m2；過(guò)渡段1長(zhǎng)度為35 m，LED燈按間距2.5 m對(duì)稱布置，功率為50 W，照明亮度為12 cd/m2；過(guò)渡段2長(zhǎng)度為60 m，LED燈按間距5 m對(duì)稱布置，功率為50 W，照明亮度為1.25 cd/m2；洞外未設(shè)置路燈。

2.2 隧道內(nèi)配電箱和配線調(diào)查

天壇山隧道內(nèi)配電箱普遍存在密封條老化、灰塵多、元器件配置低、線路接頭處氧化等問(wèn)題，潮濕路段甚至?xí)斐蓴嚯娖鞯綦姡瑹艟邿o(wú)法正常照明。隧道內(nèi)照明系統(tǒng)配線使用時(shí)間較長(zhǎng)，均為建成時(shí)配備，電纜為非阻燃和耐火電纜，歷次升級(jí)改造沒(méi)有進(jìn)行更換。隧道內(nèi)照明系統(tǒng)包含基本照明和加強(qiáng)照明，雖然配電箱完備，但仍需對(duì)線路進(jìn)行更換。

2.3 隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的控制

天壇山隧道照明系統(tǒng)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，需要管理人員根據(jù)實(shí)際情況控制燈具開關(guān)，工作效率低，亟需進(jìn)行改造。

2.4 洞外亮度調(diào)查

隧道洞外亮度會(huì)直接影響洞內(nèi)照明效果，也關(guān)系到照明燈具的布置。東向洞口洞外亮度在上午9:00～11:00、西向洞口在下午14:00～16:00檢測(cè)，得到洞外亮度值為3 000 cd/m2。

2.5 隧道內(nèi)照明配電箱調(diào)查

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，該高速公路各隧道目前照明回路均采用手動(dòng)控制，照明配電箱內(nèi)部各組成元件及其功能完好。但由于運(yùn)行環(huán)境差、使用時(shí)間長(zhǎng)等原因，導(dǎo)致配電箱密封條老化、內(nèi)外部有大量灰塵，且接線處出現(xiàn)了明顯的老化現(xiàn)象。另外，配電箱位置較低，下雨天隧道內(nèi)滲水會(huì)造成掉電情況，進(jìn)而使隧道內(nèi)的照明設(shè)施斷電。

3 隧道照明系統(tǒng)改造方案

3.1 照明燈具改造

通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)照度進(jìn)行測(cè)量，天壇山隧道加強(qiáng)照明亮度不滿足JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則要求，段落長(zhǎng)度布置也不滿足要求，基本段滿足要求，但布置間距不合理。首先更換加強(qiáng)照明燈具，并采用無(wú)極調(diào)光控制，根據(jù)隧道內(nèi)外亮度調(diào)整燈具亮度。基本段燈具原布置方案為間距4.5 m交錯(cuò)布置，將布置間距調(diào)整為9 m，采用兩側(cè)對(duì)稱布置。

3.2 配電箱和配線改造

對(duì)元器件損壞嚴(yán)重的配電箱進(jìn)行更換，更換老化嚴(yán)重的密封條，對(duì)配電箱內(nèi)外進(jìn)行徹底清潔。對(duì)隧道滲漏水進(jìn)行處治，以消除洞內(nèi)潮濕對(duì)照明配電的影響。自建成通車以來(lái)，隧道內(nèi)的線纜未進(jìn)行更換，每次對(duì)照明系統(tǒng)改造只是對(duì)燈頭進(jìn)行更換，部分線纜老化嚴(yán)重，且均為非耐火和非阻燃電纜，存在一定的安全隱患。對(duì)隧道內(nèi)全部配電箱與照明燈具連接配線進(jìn)行更換，其中照明電路更換為阻燃電纜，應(yīng)急照明更換為耐火電纜。由于天壇山隧道現(xiàn)有配線采用穿管敷設(shè)，燈具位置固定，更換電纜困難，也不利于燈具位置的調(diào)整，因此采用專用電纜橋架配線，并對(duì)原配線系統(tǒng)進(jìn)行拆除。

3.3 照明控制

天壇山隧道基本照明控制改造后采用調(diào)光柜控制的方式，加強(qiáng)照明采用無(wú)極調(diào)光模式，并同時(shí)對(duì)隧道內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

3.4 燈具布設(shè)改造方案

根據(jù)JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則中的相關(guān)要求，將天壇山隧洞各照明段進(jìn)行重新劃分，包括入口段1(15 m)、入口段2(20 m)、過(guò)渡段1(30 m)、過(guò)渡段2(60 m)，各照明段燈具布置如表1所示。

3.5 洞外路燈布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，天壇山隧道進(jìn)出口洞外沒(méi)有布置路燈，根據(jù)JTG/T D70/2—01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則中的相關(guān)規(guī)定，雖然與該隧道連接的路段沒(méi)有設(shè)置照明，在洞外引導(dǎo)部分應(yīng)該設(shè)置路燈，但由于洞外路基邊溝外設(shè)計(jì)采用護(hù)坡?lián)鯄Γ瑳](méi)有安裝路燈的位置，無(wú)法進(jìn)行路燈布置。另外，按照上述規(guī)范要求為“可”按照要求設(shè)置路燈，因此本次改造中天壇山隧道洞外不設(shè)置路燈。

3.6 照明接地系統(tǒng)

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，天壇山隧道內(nèi)照明系統(tǒng)沒(méi)有接地保護(hù)，改造過(guò)程中，在隧道兩側(cè)壁的橋架內(nèi)部設(shè)置一根ZR-BV-16線，作為隧道內(nèi)部照明系統(tǒng)的接地干線，隧道內(nèi)部所有帶電的金屬外殼與接地干線連接，將每個(gè)配電箱接地線連接到隧道接地系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)部照明系統(tǒng)接地保護(hù)。

3.7 照明系統(tǒng)調(diào)光

為了實(shí)現(xiàn)在一天中的不同時(shí)間段自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)部的照明亮度，在天壇山隧道洞口照明控制箱內(nèi)部設(shè)置時(shí)序控制器，根據(jù)隧道內(nèi)外實(shí)際情況定時(shí)對(duì)隧道內(nèi)部的照明系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)極調(diào)光。隧道內(nèi)部新增的無(wú)極調(diào)光系統(tǒng)，應(yīng)滿足且不低于JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則中對(duì)隧道無(wú)極調(diào)光的相關(guān)要求。另外，為了便于收集數(shù)據(jù)，在隧道內(nèi)部設(shè)置工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，可實(shí)時(shí)將隧道內(nèi)部無(wú)極調(diào)光數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿淼拦芾碚荆员慵皶r(shí)掌握隧道內(nèi)部的照明情況，且能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的異常，以便及時(shí)處理。

為了準(zhǔn)確掌握隧道外部的亮度和相關(guān)車輛數(shù)據(jù)，在隧道洞外設(shè)置洞外亮度儀和車檢器。天壇山隧道亮度儀和車檢器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)先傳輸?shù)剿淼蓝纯诘臒o(wú)極調(diào)光控制柜，經(jīng)過(guò)分析后向隧道照明系統(tǒng)下達(dá)指令，對(duì)隧道內(nèi)部的照明亮度進(jìn)行調(diào)整，然后將調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸至隧道管理站。這種方式可以保證在隧道與管理站出現(xiàn)通信鏈路故障時(shí)仍能正常實(shí)施無(wú)極調(diào)光，根據(jù)洞外亮度儀和車檢器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)隧道內(nèi)部照明設(shè)置的亮度進(jìn)行調(diào)整，以便保證安全快速行車[1-3]。

4 照明系統(tǒng)改造效果分析

4.1 入口段照明改造效果分析

分別在入口段1和入口段2布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)隧道入口段橫斷面照度進(jìn)行測(cè)量，收集測(cè)量數(shù)據(jù)繪制照度分布曲線如圖1所示。

分析入口段各測(cè)點(diǎn)照度測(cè)量值，入口段1和入口段2照度測(cè)量結(jié)果均高于設(shè)計(jì)要求的64 cd/m2和32 cd/m2。入口段1照度測(cè)量結(jié)果最小值為66.4 cd/m2，高于設(shè)計(jì)要求的64 cd/m2。入口段2照度測(cè)量結(jié)果最小值為34.8 cd/m2，高于設(shè)計(jì)要求的32 cd/m2。因此，隧道入口段各橫斷面照度測(cè)量值均滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明入口段照明系統(tǒng)改造方案達(dá)到了預(yù)期效果。

4.2 過(guò)渡段照明改造效果分析

在過(guò)渡段1布置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，在過(guò)渡段布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)隧道過(guò)渡段橫斷面照度進(jìn)行測(cè)量，收集測(cè)量數(shù)據(jù)繪制照度分布曲線如圖2所示。

分析隧道過(guò)渡段各測(cè)點(diǎn)照明測(cè)量結(jié)果，過(guò)渡段1和過(guò)渡段2各橫斷面照度均高于設(shè)計(jì)要求的9.6 cd/m2和3.5 cd/m2。其中過(guò)渡段1照度測(cè)量最小值為9.8 cd/m2，高于設(shè)計(jì)要求的9.6 cd/m2；過(guò)渡段2照度測(cè)量最小值為3.6 cd/m2，高于設(shè)計(jì)要求的3.5 cd/m2。分析各測(cè)點(diǎn)照度測(cè)量結(jié)果，可以得出過(guò)渡段照明改造方案達(dá)到了預(yù)期效果。

4.3 照明系統(tǒng)改造效果分析

結(jié)合隧道現(xiàn)場(chǎng)照明系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果，分析存在的問(wèn)題和原因，根據(jù)JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則中的相關(guān)要求對(duì)隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。制定照明系統(tǒng)改造方案，分別從照明燈具、配電箱和配線、照明控制和燈具布設(shè)等方面進(jìn)行改造，提升照明效果。改造完成后，選取有代表性的監(jiān)測(cè)斷面分別對(duì)隧道入口段和過(guò)渡段的照度進(jìn)行測(cè)量，與改造前進(jìn)行對(duì)比分析。

根據(jù)入口段監(jiān)測(cè)結(jié)果，入口段1和入口段2的照度測(cè)量結(jié)果最小值分別為66.4 cd/m2和34.8 cd/m2，所有測(cè)量值均高于設(shè)計(jì)要求的64 cd/m2和32 cd/m2，隧道照明效果得到了有效提升。結(jié)合隧道過(guò)渡段各測(cè)點(diǎn)的照度測(cè)量結(jié)果，過(guò)渡段1和過(guò)渡段2照度測(cè)量最小值分別為9.8 cd/m2和3.6 cd/m2，所有測(cè)量值均高于設(shè)計(jì)要求的9.6 cd/m2和3.5 cd/m2。結(jié)合其他隧道監(jiān)測(cè)各照明段監(jiān)測(cè)結(jié)果，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，照明系統(tǒng)升級(jí)改造達(dá)到了預(yù)期效果[4-5]。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合山西省內(nèi)某高速公路隧道照明系統(tǒng)改造實(shí)踐，根據(jù)隧道照明系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果制定改造方案，并在改造后布置測(cè)點(diǎn)對(duì)各照明段照度進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)改造效果。通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)照明系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，得出照明系統(tǒng)存在燈具選擇和布置不合理、配電箱污損嚴(yán)重、配線老舊存在安全隱患、照明系統(tǒng)控制方式落后等問(wèn)題，以此為依據(jù)有針對(duì)性的制定了改造方案。隧道照明系統(tǒng)改造完成后，分別在入口段和照明段布置測(cè)點(diǎn)開展照度測(cè)量，分析結(jié)果得出各橫斷面照度均滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期效果。