公路隧道洞口减光措施的研究综述Word文件下载.docx

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在国内外的工程实践中，悬臂式棚盖、简易遮光板、遮光帷幕等同样有所应用。

该类减光建筑结构简单，主要通过遮挡驾驶员行车主视野范围内耀眼的太阳光线以避免眩光。

但该类结构遮挡光线面积有限，受力不均，在风力较大情况下存在一定安全隐患，实用性不大。

图3宁淮高速老山隧道棚洞

2.2利用植被减光

植被减光是一种较为经济适用的降低隧道洞口亮度的方法，也是应用最为广泛的减光措施。

植被减光主要是利用植被柔和地反光作用，以达到降低隧道洞口附近区域亮度的目的。

植被表面为毛状结构，由很多垂直面组成，光照亮度在入射方向上最大，在反射方向上反而很小，在法线方向最小，因此在公路隧道洞口附近种植具有垂直表面的常绿植被较为有利。

值得注意的是，针叶树木一般比阔叶树木的反射性能更好些，因此在洞口栽种像松塔那种具有水平成层分布的乔木是较为理想的。

同时，高大的乔木可以投下浓重的阴影，能够避免或减弱阳光对路面的直射，有利于降低隧道洞口接近段的路面亮度。

然而，隧道洞口附近区域往往具有一定坡度，且地质多为石质，栽种高大树木可操作性

图4洞口种植低矮植被

差且成活率低，因而在实际工程中多选用低矮的绿色灌木或草皮（如图4）。

相对于设置减光建筑而言，利用植被减光不能快速有效地发挥洞口减光作用，只可作为中远期的辅助措施。

2.3控制洞外景物的表面亮度

图5湖南且朋溪隧道洞门

隧道洞口外的景物亮度是影响隧道洞口附近光照亮度的关键因素，要想实现洞口内外明暗环境的平滑过渡，在隧道工程建设阶段就要对洞外景物的表面亮度加以控制。

在隧道洞口外，可能出现在视野范围内的景观要素主要包括：

天空、洞门、道路、绿化、岩壁、广告牌等。

由于各景观要素在视野范围内的比例有所差异，各个要素对洞外亮度的影响程度也会有所不同。

1）天空

相对于道路、绿化、端墙等光反射表面，天空可看作“自发光表面”，其亮度主要取决于光气候状况，是非人为可控制因素，在此不做赘述。

2）洞门

隧道的洞门形式多种多样，在工程设计中，出于对地形地貌、形式美观等因素的考虑，常见的形式主要有端墙式洞门和框式洞门两种。

端墙式洞门，洞框面积一般较大，并且位于视野范围较中心的位置，其表面亮度对隧道洞外亮度的影响较大，因而洞口端墙应采用深暗材料，且反射率宜低于0.17，以利于降低其表面亮度（如图5）。

而框式洞门，洞框面积一般较小，因而饰面材料的反射特性对洞外亮度的影响不大。

3）道路

路面是视野范围内所占面积百分比最大的景观要素，路面亮度对隧道洞外亮度的影响也是最大的。

除水平照度外，路面材料的反射特性是影响道路表面亮度的重要因素之一。

常用的公路路面材料主要有混凝土路面和沥青路面。

两种材料的反射系数和反射特性不同，其表面亮度存在很大差异。

其中，新的沥青路面亮度较低，使用一段时间后会增大；

混凝土路面则相反，新的混凝土路面亮度较高，使用一段时间的混凝土路面，其表面亮度反而会降低。

随着使用时间的延长，路面由于尾气、机油等附着物的增加，出现定向反射的可能性越大，当行驶方向与太阳位置成一定的关系时，会出现路面亮度的异常增大。

另外，路面亮度受行车方向和太阳方向的相对位置关系影响很大，当行车方向与太阳入射方向相对时，会有很高的路面亮度。

4）岩壁

岩壁通常位于隧道口上方或两側，属于结构相对稳定，不需作特殊处理的表面。

影响岩壁护坡表面亮度的首先是表面照度，而表面照度与隧道洞口朝向密切相关。

洞口朝向或行车方向不同，岩壁护坡的表面亮度也会相差甚远。

另外，岩壁的表面亮度还与其表面材质有关，深色沉积岩表面亮度低，浅色石灰岩表面亮度高。

在岩壁护坡上进行大面积的植被绿化，能够在一定程度上削弱其自身对洞外亮度的影响。

5）绿化

绿化是隧道洞口视野内主要的景观要素之一，仅次于路面。

隧道口的绿化通常根据地形地貌、气候特征、景观效果等因素选取不同的植物类型，即乔木、灌木、草本等。

其中，乔木和灌木的表面亮度低于草本植物的表面亮度，且深色植被的表面亮度要低于浅色植被。

因而，若客观条件许可，在隧道洞口附近区域宜栽种长势茂盛的深色乔木或灌木。

6）广告牌

位于隧道洞口附近，面积巨大的广告牌，在视野范围内所占面积达到一定比例，因此对洞外亮度的影响程度有所增加。

为了避免其对隧道洞口附近亮度造成过大影响，广告牌应尽量远离视觉中心布置，宜选用深色材质，并不应作镀膜处理。

有研究表明，洞口附近区域栽种植被和灌木可降低洞外亮度5%～7%；

洞门端墙采用深暗颜色，可降低洞外亮度5%～7%；

洞口外至少一个停车视距长路面采用暗色材料，可降低洞外亮度12%～27%[3]。

3.减光措施的应用要点

目前，国内对隧道洞口减光措施的理论研究相对较少，但工程实践则逐渐增多。

据报道，对隧道洞口的减光措施进行深入研究的工程案例，有南京长江隧道（两端洞口设有遮光棚）、上海西藏南路隧道（隧道入口设有太阳能光伏板与垂直绿化相结合的光过渡段）、江苏省宁淮高速公路老山隧道（通透式棚洞将隧道结构与减光原理有机结合）、沈阳五爱隧道（隧道出入口段顶部设有长约50m的遮阳棚）等。

通过对国内隧道洞口的减光设计的分析与总结，下面对洞口减光的设计要点做出如下概括：

3.1减光建筑的设置宜优先考虑遮光棚

减光建筑的形式选择，除了考虑减光效果的影响之外，还应受到地形地势、投资成本、运营管理等因素的制约。

例如，通透式棚洞虽然拥有其他类型的减光建筑所不及的诸多优势，但是一般多运用于地段浅埋偏压地段，因此对地形条件的要求较高，难以推广运用。

遮阳棚的顶部需设置一定数量的遮阳板，遮阳板的设置在提升工程造价的同时，也会带来碱光效果不稳定，运营期间维护与清洗工作量大等诸多问题。

因此，在减光建筑的形式选择上，以结构简单、减光稳定的遮光棚居多。

现主要针对遮光棚的减光技术作出如下概述：

1）减光段长度的确定

李英涛等[8]研究指出，隧道出入口处遮光棚长度主要由隧道洞外及洞内照度、洞外及洞内亮度、驾驶员视力恢复时间及隧道设计速度等因素决定的。

同时，文献[8]提出隧道出入口减光段长度计算模型（如式1、式2），并针对不同的隧道设计速度得出减光段的设计长度取值（如表1）。

2）减光量的确定

表1隧道出入口减光段合理设计长度取值

减光量的确定主要根据减光段结束处的设计亮度而定。

王立雄等[4]经实验测定，1000cd/m2作为减光段结束处的设计亮度较为合理可行，能够有效消除因洞内外亮度差异过大而带来的视觉不适现象。

且减光段应采用逐级减光的方式，将减光段分成三段，每段以1/3总减光量递减。

3）减光格栅的确定

要实现减光段的逐级减光，理论上需要逐级减弱遮光棚自进口至隧道洞口的透光率。

减光构件间距的不同决定着遮光棚透光率的差异。

遮光棚的结构形式多种多样，现以结构最为简单的减光格栅为例进行论述。

杨公侠等[9]针对三种减光格栅#15、#30、#45的透光率进行试验研究，得出各减光格栅透光率的建议取值，即τ#15=10%，τ#30=15%，τ#45=18%。

减光格栅采用矩形断面构件，基本尺寸为10cm×

55cm，其中#15的格栅间距为15cm，#30的格栅间距为30cm，#45的格栅间距为45cm。

以上研究数据在减光格栅的选择方面具有很大的参考价值。

在已知遮光棚进口处亮度及减光段结束处的设计亮度的情况下，各分段遮光格栅的透光率可以计算得出，进而能够确定各分段遮光格栅类型。

3.2植被减光应尽量与减光建筑进行组合设计

隧道洞口的大面积绿化，不仅能够有效地提升洞口景观的作用，还可以起到良好的遮阳减光的效果。

若在减光建筑两侧进行适当的垂直绿化，减光建筑的遮阳减光效果将会得到进一步地提升。

例如，对于拱肋式遮光棚来说，在遮光棚两侧种植常绿爬藤植物，再辅以人工方法使爬藤植物沿构件方向生长，形成“类封闭”结构。

该“类封闭”结构在解决遮光棚眩光问题的同时，也能够在一定程度上弥补行车环境受外界环境影响大的缺陷[5]。

植被减光与减光建筑的有机结合，在实际工程中面临的限制因素较多比如减光建筑的结构类型，周围地理环境，植被类型及生长周期等，因此，在工程案例中的运用较少，不过可作为一项不错的减光设计指导措施。

3.3加强洞外景物表面亮度的控制

洞外景物的亮度控制是公路隧道景观设计应始终关注的要点。

在隧道照明设计中，入口段亮度、过渡段亮度除与设计速度有关外，在很大程度上是由隧道接近段的洞外亮度值决定的，即隧道的洞外亮度越高，入口段和接近段所需的照明值也就越高。

如果公路隧道景观设计不考虑周围环境亮度，不但会给公路隧道运营安全埋下隐患，而且将使得公路隧道照明负荷过大造成电能浪费。

对于隧道洞口景物亮度的控制建议，前文已有所论述。

隧道洞口景物亮度不仅与景物表面的受照程度有关，还取决于其表面的反射特性。

在此主要针对洞外景物的反射特征与反射系数进行概述。

1）

图6洞口端墙的过分装饰

洞门

隧道洞门的处理，在结构形式和饰面材料上都应该慎重考虑。

在实际工程中，就框式洞门和端墙式洞门两种结构形式来讲，框式洞门由于洞框面积小，对洞外亮度影响较小，可以忽略不计。

并且框式洞门通常采用浅色的装饰材料，以起到提示警醒作用（如图6）。

端墙式洞门，宜采用深色的低反射系数的饰面材料，以避免对洞外亮度造成影响。

就饰面材料而言，在实际应用中，隧道端墙为了突出强调隧道洞口，往往经过特殊处理，如墙面过度装饰，采用定向度较大的面层材料或浅色装饰面材等（如图），这些均可引起洞外亮度的异常增大。

洞口端墙应尽量采用反射系数小（小于0.2），定向度低（低于0.4）的漫反射或近似漫反射面材（见表2），如黑色面砖、黑色毛面大理石、黑灰色水磨石、菱苦土面层等。

并且在实际应用中，应尽量禁止高定向度面层材料的使用[6]。

2）

表2饰面材料的反射比、定向度对隧道洞外亮度的影响

路面

在隧道洞口附近，路面在视觉范围内所占的比例最大，同时对洞外亮度影响也是最大的，在洞外景物的亮度控制中应给与重视。

就路面材料而言，公路路面一般分为混凝土路面和沥青路面。

路面反射系数的确定方法较为复杂，一般将路面看做均匀扩散材料，根据路面平均亮度与平均照度的转换率得出路面的近似反射系数。

通常情况下，沥青路面反射系数为0.14～0.21，混凝土路面反射系数为0.24～0.31，很深的黑色路面反射系数为0.11～0.14[7]。

与混凝土路面相比，沥青路面具有较低的反射系数。

随着路面使用年龄的增加，混凝土路面反射系数降低，而沥青路面反射系数增加。

但是就整体而言，沥青路面的反射系数还是明显低于混凝土路面。

因此，在实际应用中，隧道洞口接近段宜铺设沥青混凝土路面、深暗色路面或彩色复合路面以降低隧道洞外亮度，有助于实现隧道洞口内外亮度的平滑过渡。

3）绿化

绿化是对隧道洞外亮度影响较大的景观要素之一，仅次于路面。

在自然条件下，植被的反射系数难以确定，不同的植被类型，不同的叶片颜色、形状和排列均会导致反射系数的千差万别。

即便对于同一植被而言，在不同的生长阶