秦岭终南山公路隧道照明设计

秦岭终南山公路隧道照明设计1概述秦岭终南山公路隧道是我国交通规划网内蒙古包头至广州茂名高速公路的控制性工程，也是陕西省公路主骨架西安至安康高速公路的“咽喉工程”。隧道采用双洞四车道，设计时速80km，全长18.02km，在山岭公路隧道中长度居世界第二，总建设规模世界第一，是我国目前已建成的最长公路隧道。该隧道已于2007年1月20日正式通车。基于隧道在空间结构上呈“管状性”的特殊环境，安全因素尤为重要，往往极小的交通事故也会诱发大的灾害，照明系统作为安全行车最基本的组成部分，其设计的好坏直接影响到交通事故的发生概率。2一般照明一般照明包括保证隧道内正常行车所必需的基本照明和消除出入口“白洞”和“黑洞”效应的加强照明。设计中对基本照明光源的选择进行了荧光灯和高压钠灯的方案比选，最终确定采用光效更高、透雾性更好、寿命更长的高压钠灯作为终南山公路隧道的基本照明光源，出入口加强照明采用大功率高压钠灯。经计算，隧道基本照明布灯方案为：两侧交错布灯，间距为10m，灯具安装于距路面中心5.3m处的隧道侧壁上。为了美观，加强照明灯具的安装高度同基本照明保持一致，并均匀布设于基本照明灯具间。按规范要求一般照明为一级负荷。根据民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-92)第11.8.6条要求：“特别重要的照明负荷，宜在负荷末级配电盘采用自动切换电源的方式，也可采用由两个专用回路各带约50%的照明灯具的配电方式。”显然，“在负荷末级配电盘采用自动切换电源的方式”不适于隧道照明，本隧道采用“由两个专用回路各带约50%的照明灯具的配电方式”。这样即使在有一路电源或一台变压器检修或故障的情况下，也能保证隧道内最少有一半灯具正常点亮，不会引起整个隧道一般照明灯具全部熄灭而对高速行驶的车辆造成危险。隧道内的照明根据各区段在不同环境下的亮度要求及交通量进行控制。通过隧道内、外设置的亮度监测仪和环形线圈来检测隧道口附近的光强，并通过隧道的交通量来控制各区段的照明亮度，使驾驶员尽快适应隧道内、外的光强变化，消除因光强变化所引起的视角障碍，从而达到既满足隧道的亮度要求，保证行车安全，又能延长灯具使用寿命和节约能源的目的。根据公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1-1999)要求“入口段加强照明白天分晴天、云天、阴天、重阴4级控制，基本照明分夜晚交通量大、交通量小2级控制，出口段加强照明分白天、夜晚2级控制”。由于入口加强照明重阴(白天)这一级的照明亮度计算后比隧道中间段所需的亮度值小，因此设计中未考虑这一级控制。3应急照明大部分驾驶者在进入隧道时一般会开启车灯，但是还有部分驾驶者在进入一般照明全开启的隧道后会关闭车灯，这样做存在着很大的危险。虽然我们前面所说的一般照明是按照一级负荷来供电的，但是也不排除两路电源同时故障的可能。如果一般照明断电的话，没有开启车灯的车辆在隧道这样一个狭小的空间高速行驶其危险性就不言而喻，会发生由于司机的恐慌而引起追尾、碰壁等一系列交通事故。而设置了应急照明的隧道就完全可以降低此类事故的发生，当一般照明断电时，还有一部分应急照明灯具继续工作，虽然亮度较一般照明低，但是足以使司机采取一系列的安全驾驶措施，如：开启车灯、减速等。应急照明的设置有以下几种方案：(1)从布灯方式上分为利用基本照明灯作为应急的方案和单独设置应急灯的方案。这两种方案都可以满足要求，由于大部分隧道采用高压钠灯照明，而高压钠灯(包括其它气体放电灯)断电后再起动时间较长(58min)，很难作为应急照明灯。现在国内外在采用高压钠灯作为照明光源在隧道中的常规做法是单独设置应急灯，这样会造成重复投资，并且影响美观。由于终南山公路隧道工程规模很大，单独设置应急灯的方案较利用基本照明灯作为应急的方案投资多出200余万元，因此设计采用的是利用基本照明灯作为应急照明的方案。平时应急照明作为基本照明的一部分，当基本照明出现故障后应急照明灯继续工作，以保证隧道内行车安全。(2)从应急电源选用上有集中设置应急电源和分散应急电源方案。分散应急电源一般应用于规模较小的建筑中，而在大型建筑中由于应急灯具数量较多，考虑到维护和投资方面的因素，一般采用集中应急电源装置。集中应急电源装置一般有EPS(应急电源)、UPS(不间断电源)和发电机几种，这三种方案技术比较见下表。根据上表分析：自启动发电机启动时间较长，不满足公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1-1999)第4.9.1条“长度大于1000m的隧道应设置应急照明系统，并保证照明中断时间不超过0.3s。”的规定，因此设计中发电机作为应急电源的方案不予考虑;而由于隧道的特殊环境要求，并且从节能、寿命的方面考虑，最终应急电源选用了EPS装置。采用高压钠灯等气体放电光源作为隧道应急照明尚无先例，我们在设计过程中对当前国内主流的高压钠灯做了较长时间的试验。通过试验证明高压钠灯在中断供电时间大于5ms的情况下，部分产品有熄灭现象，一旦熄灭再启动时间更长。基于常规的EPS装置切换时间(市电转应急)为0.1s，为了满足隧道应急照明能正常可靠的工作，设计要求EPS装置的切换时间小于5ms，并在秦岭终南山公路隧道工程中得以实现。(3)疏散及诱导照明当隧道内发生火灾时，产生的大量烟雾将笼罩在隧道顶部，并且随着气流方向向前推进。由于隧道基本照明灯具安装在距路面5.3m处，大量烟雾将会使隧道内亮度急剧下降，因此对人员、车辆的疏散极为不利，可能使疏散的人员及车辆发生二次灾害。基于上述原因，隧道内设置了疏散及诱导照明。在距检修道0.8m高处设有疏散照明灯，采用LED光源，间距为10m，其中每40m设一盏疏散指示灯，以便火灾状态下指示人员安全快速地离开现场。每120m设一盏蓝色疏散指示灯，提醒司机保持与前车之间的安全距离。由于道路两侧的水沟侧壁高出路面30cm，为更能凸显隧道轮廓，避免车辆在隧道内发生“碰壁”现象，在水沟侧壁设置了诱导照明灯，采用LED光源，间距为15m(隧道出入口为10m)。疏散灯为长明灯，不受控制;诱导灯正常情况下常亮，当发生事故时，通过隧道监控中心下发指令，将诱导灯调为闪烁状态以提醒司机谨慎驾驶。疏散及诱导照明电源由EPS提供。4特殊灯光照明按照正常车速行驶，穿越秦岭终南山公路隧道大约需15min。在此过程中，由于景观单调重复，容易造成视觉疲劳，增加驾驶人员的疲劳感。为了避免由此造成不必要的损失，在18km的隧道沿线，每间隔4.5km设置了特殊灯光带，每座隧道设有3处特殊灯光带，以提供不同的视觉场景，从感觉上将18km的长隧道分成了4个短隧道，从而调节驾驶人的视力，减少疲劳。在一般照明灯的安装高度，于隧道每侧安装一排蓝色的投光灯向洞顶投射，将洞顶整体照亮，形成“蓝天”的基本色调。再用图案灯将预先制作的“白云”等图像投射到隧道顶部，来形成“蓝天”“白云”的效果。道路两侧，合理设置了一些仿真植物等景观，并给以适当的泛光照明，目的是更能逼真地再现室外自然环境。这样，一幅美仑美奂的“蓝天白云”效果就形成了，驾车穿过，有穿越时空的感觉，同时，这些仿真植物等景观的设置，还可以起到行车诱导作用。5照明系统供电简介为保证向隧道内照明等一级负荷可靠供电，工程中于隧道南口设有110kV变电所一座。110kV变电所高压侧采用两路电源进线、两台变压器同时运行的方式，10kV侧采用单母线分段接线。隧道内设置13座10/0.4kV箱式变电站向照明等负荷供电。每座箱式变电站设两台变压器，高压侧为单母线接线，低压为单母线分段接线。正常情况下，两台配电变压器同时运行;当一台变压器检修或故障时，由另一台变压器向所有一级负荷供电。每座箱式变电站的两路电源分别引自南口110kV变电站10kV不同母线段。出于安全考虑，箱式变电站设于车行横通道的支洞内;箱式变电站的两路10kV电源分别敷设于东