高速公路隧道内照明系统改造及效果分析

李 磊

(山西交通信息通信有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

由于建成时间早、建设标准低、运行环境恶劣、日常管理维修不到位等原因，高速公路隧道照明系统在长期运行后照明效果会大大下降。隧道照明系统的运行状况关系到行车安全，应定期进行升级改造。高速公路隧道照明系统需要全天候运行，照明系统运行压力，维护不到位很容易造成照明效果下降，降低行车安全。结合山西省内某高速公路隧道节能改造案例，首先对隧道照明系统运行现状进行调查，根据调查结果制定改造方案，改造后布置测点对隧道入口段和过渡段照度进行测量，作为分析照明改造效果的主要依据。

1 工程概况

山西省内某高速公路采用双向四车道设计，整体式路基宽度为21.5 m，分幅式路基单幅宽度为12 m，设计车速为80 km/h，主线全长36.1 km。该高速公路建成于20世纪90年代，已投入运营20余年。自投入使用以来，2009年曾对高速公路主线进行大修，大修项目主要包括路基、路面、隧道机电设施、交通安全设施等。

高速公路全线分别有5座隧道，其中长隧道3座，中隧道1座，短隧道1座。由于高速公路建设时期标准相对较低，虽在2009年大修期间对部分机电设备进行了升级，很多机电设施仍不能满足现阶段隧道运营管理的要求。在照明系统升级改造方面，2009年在隧道洞口变电所增设了视频监控、增加了备用发电机和电力监控系统。2011年，将隧道内部的钠灯更换为LED灯。2013年，在3座长隧道洞外增设箱式变电所。本文以天坛山隧道为研究对象，长度为1 108 m。

2 隧道内照明系统运行现状调查

2.1 灯具布置与照明亮度调查

该高速公路建设时按照2000年开始实施的JTJ 026.1—1999公路隧道通风照明设计规范的旧规范中的相关规定进行照明系统设计，虽然在运营期间进行了多次改造，仍有很多方面不能满足2014版最新版规范的要求。经调查，天坛山隧道建设时期一般照明灯具采用100 W高压钠灯，在隧道两侧交错布置，照明加强段采用150 W高压钠灯，在隧道两侧对称布置。2011年升级改造过程中将高压钠灯更换为LED灯，日后养护过程中对光衰比较严重的灯具进行了更换。

根据隧道长度，将隧道照明段划分为入口段、过渡段和基本段，其中入口段长度为30 m，LED灯按间距1.25 m对称布置，功率为100 W，照明亮度为40 cd/m2；过渡段1长度为35 m，LED灯按间距2.5 m对称布置，功率为50 W，照明亮度为12 cd/m2；过渡段2长度为60 m，LED灯按间距5 m对称布置，功率为50 W，照明亮度为1.25 cd/m2；洞外未设置路灯。

2.2 隧道内配电箱和配线调查

天坛山隧道内配电箱普遍存在密封条老化、灰尘多、元器件配置低、线路接头处氧化等问题，潮湿路段甚至会造成断电器掉电，灯具无法正常照明。隧道内照明系统配线使用时间较长，均为建成时配备，电缆为非阻燃和耐火电缆，历次升级改造没有进行更换。隧道内照明系统包含基本照明和加强照明，虽然配电箱完备，但仍需对线路进行更换。

2.3 隧道内照明系统的控制

天坛山隧道照明系统还没有实现自动控制，需要管理人员根据实际情况控制灯具开关，工作效率低，亟需进行改造。

2.4 洞外亮度调查

隧道洞外亮度会直接影响洞内照明效果，也关系到照明灯具的布置。东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检测，得到洞外亮度值为3 000 cd/m2。

2.5 隧道内照明配电箱调查

根据调查结果，该高速公路各隧道目前照明回路均采用手动控制，照明配电箱内部各组成元件及其功能完好。但由于运行环境差、使用时间长等原因，导致配电箱密封条老化、内外部有大量灰尘，且接线处出现了明显的老化现象。另外，配电箱位置较低，下雨天隧道内渗水会造成掉电情况，进而使隧道内的照明设施断电。

3 隧道照明系统改造方案

3.1 照明灯具改造

通过对隧道内照度进行测量，天坛山隧道加强照明亮度不满足JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明设计细则要求，段落长度布置也不满足要求，基本段满足要求，但布置间距不合理。首先更换加强照明灯具，并采用无极调光控制，根据隧道内外亮度调整灯具亮度。基本段灯具原布置方案为间距4.5 m交错布置，将布置间距调整为9 m，采用两侧对称布置。

3.2 配电箱和配线改造

对元器件损坏严重的配电箱进行更换，更换老化严重的密封条，对配电箱内外进行彻底清洁。对隧道渗漏水进行处治，以消除洞内潮湿对照明配电的影响。自建成通车以来，隧道内的线缆未进行更换，每次对照明系统改造只是对灯头进行更换，部分线缆老化严重，且均为非耐火和非阻燃电缆，存在一定的安全隐患。对隧道内全部配电箱与照明灯具连接配线进行更换，其中照明电路更换为阻燃电缆，应急照明更换为耐火电缆。由于天坛山隧道现有配线采用穿管敷设，灯具位置固定，更换电缆困难，也不利于灯具位置的调整，因此采用专用电缆桥架配线，并对原配线系统进行拆除。

3.3 照明控制

天坛山隧道基本照明控制改造后采用调光柜控制的方式，加强照明采用无极调光模式，并同时对隧道内监控系统进行升级改造。

3.4 灯具布设改造方案

根据JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明设计细则中的相关要求，将天坛山隧洞各照明段进行重新划分，包括入口段1(15 m)、入口段2(20 m)、过渡段1(30 m)、过渡段2(60 m)，各照明段灯具布置如表1所示。

3.5 洞外路灯布置

根据现场调查结果，天坛山隧道进出口洞外没有布置路灯，根据JTG/T D70/2—01—2014公路隧道照明设计细则中的相关规定，虽然与该隧道连接的路段没有设置照明，在洞外引导部分应该设置路灯，但由于洞外路基边沟外设计采用护坡挡墙，没有安装路灯的位置，无法进行路灯布置。另外，按照上述规范要求为“可”按照要求设置路灯，因此本次改造中天坛山隧道洞外不设置路灯。

3.6 照明接地系统

根据原设计图纸和现场调查结果，天坛山隧道内照明系统没有接地保护，改造过程中，在隧道两侧壁的桥架内部设置一根ZR-BV-16线，作为隧道内部照明系统的接地干线，隧道内部所有带电的金属外壳与接地干线连接，将每个配电箱接地线连接到隧道接地系统，实现隧道内部照明系统接地保护。

3.7 照明系统调光

为了实现在一天中的不同时间段自动调节隧道内部的照明亮度，在天坛山隧道洞口照明控制箱内部设置时序控制器，根据隧道内外实际情况定时对隧道内部的照明系统进行无极调光。隧道内部新增的无极调光系统，应满足且不低于JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明设计细则中对隧道无极调光的相关要求。另外，为了便于收集数据，在隧道内部设置工业以太环网，可实时将隧道内部无极调光数据传输到隧道管理站，以便及时掌握隧道内部的照明情况，且能够及时发现系统存在的异常，以便及时处理。

为了准确掌握隧道外部的亮度和相关车辆数据，在隧道洞外设置洞外亮度仪和车检器。天坛山隧道亮度仪和车检器的监测数据先传输到隧道洞口的无极调光控制柜，经过分析后向隧道照明系统下达指令，对隧道内部的照明亮度进行调整，然后将调整数据传输至隧道管理站。这种方式可以保证在隧道与管理站出现通信链路故障时仍能正常实施无极调光，根据洞外亮度仪和车检器的监测数据，对隧道内部照明设置的亮度进行调整，以便保证安全快速行车[1-3]。

4 照明系统改造效果分析

4.1 入口段照明改造效果分析

分别在入口段1和入口段2布置8个测点，对隧道入口段横断面照度进行测量，收集测量数据绘制照度分布曲线如图1所示。

分析入口段各测点照度测量值，入口段1和入口段2照度测量结果均高于设计要求的64 cd/m2和32 cd/m2。入口段1照度测量结果最小值为66.4 cd/m2，高于设计要求的64 cd/m2。入口段2照度测量结果最小值为34.8 cd/m2，高于设计要求的32 cd/m2。因此，隧道入口段各横断面照度测量值均满足设计要求，说明入口段照明系统改造方案达到了预期效果。

4.2 过渡段照明改造效果分析

在过渡段1布置10个测点，在过渡段布置18个测点，对隧道过渡段横断面照度进行测量，收集测量数据绘制照度分布曲线如图2所示。

分析隧道过渡段各测点照明测量结果，过渡段1和过渡段2各横断面照度均高于设计要求的9.6 cd/m2和3.5 cd/m2。其中过渡段1照度测量最小值为9.8 cd/m2，高于设计要求的9.6 cd/m2；过渡段2照度测量最小值为3.6 cd/m2，高于设计要求的3.5 cd/m2。分析各测点照度测量结果，可以得出过渡段照明改造方案达到了预期效果。

4.3 照明系统改造效果分析

结合隧道现场照明系统调查结果，分析存在的问题和原因，根据JTG/T D70/2-01—2014公路隧道照明设计细则中的相关要求对隧道照明系统进行升级改造。制定照明系统改造方案，分别从照明灯具、配电箱和配线、照明控制和灯具布设等方面进行改造，提升照明效果。改造完成后，选取有代表性的监测断面分别对隧道入口段和过渡段的照度进行测量，与改造前进行对比分析。

根据入口段监测结果，入口段1和入口段2的照度测量结果最小值分别为66.4 cd/m2和34.8 cd/m2，所有测量值均高于设计要求的64 cd/m2和32 cd/m2，隧道照明效果得到了有效提升。结合隧道过渡段各测点的照度测量结果，过渡段1和过渡段2照度测量最小值分别为9.8 cd/m2和3.6 cd/m2，所有测量值均高于设计要求的9.6 cd/m2和3.5 cd/m2。结合其他隧道监测各照明段监测结果，均达到了设计要求，照明系统升级改造达到了预期效果[4-5]。

5 结语

结合山西省内某高速公路隧道照明系统改造实践，根据隧道照明系统运行现状调查结果制定改造方案，并在改造后布置测点对各照明段照度进行测量，检验改造效果。通过对隧道内照明系统运行现场进行调查，得出照明系统存在灯具选择和布置不合理、配电箱污损严重、配线老旧存在安全隐患、照明系统控制方式落后等问题，以此为依据有针对性的制定了改造方案。隧道照明系统改造完成后，分别在入口段和照明段布置测点开展照度测量，分析结果得出各横断面照度均满足设计要求，达到了预期效果。