第九章隧道工程(编辑修改稿)

第九章隧道工程(编辑修改稿)内容摘要：

的散射无选择性。 雾越大，散射性也越强，雾的颜色也就越白，也越不透明。 由于雾粒子的影响，一部分光向司机方向散射，结果可以看到雾中出现的光幕。 要通过光幕看到观察对象，司机要经过相当的努力才能作到。 如果司机在雾中打开前大灯，会出现“白壁现象”。 空气中的悬浮粒子越少越小，与波长的关系越大，成为有选择性的散射。 对于下层空气分子来讲，主要是波长较短的蓝色光被散射出来。 由于这种有选择性的散射作用。 来自对象（或背景）的不同波长的光线将受到不同程度的散射。 另外，在对象（或背景）与观察者之间的气 幕主要是短波散射光幕。 这样对象（或背景）既会改变亮度，也会改变颜色，最终与蓝色气幕相融合。 由此可见，亮度对比是决定对象可见性的主要因素，颜色是次要的。 3）透过率 在道路隧道中的空气里，或多或少的存在着污染物质。 如汽车卷起的尘埃，柴油车引擎产生的煤烟，氮氧化物所构成的烟雾，水蒸气及其凝结而成的雾等，其中最主要的是尘埃和烟。 光通过污染空气时，入射光通中的一部分被吸收，一部分被散射，其余部分得以通过。 这三部分之和等于入射光通，分别把这三部分光通量和入射光通量之比称为吸收系数（ α）、反光系数（ ρ）和透光系数（ τ）。 显然，α +ρ +τ =1，所以τ是小于 1的系数。 在道路隧道中，为了描述光透过空气的能力，用 E、 E0分别表示同一光源所发出的光线、通过 100m的污浊空气和清洁空气后的照度，用 τ100表示光通过 100m的透过率，则： τ100 =E/E0 行驶速度不同时，对 τ100有不同的要求， PIARC提出： V＝ 80km/h时 τ100＝ 重庆交通大学教案 181 V＝ 60km/h时 τ100＝ V＝ 40km/h时 τ100＝ 并指出 τ100＜。 有的国家，如日本，把 τ100＝ 0． 5作 为国家标准。 由于烟雾的浓度不同，同一光源的透过率不同。 烟雾浓度相同时，不同类型光源的效果不同，其视距也不同，如 τ100＝ 0． 5时，钠灯视距为 80m，萤光灯视距为 45m。 (7) 观察时间的长短 观察尺寸大的物体只需很短的时间，在司机眼睛不停地注视视野内的物体时，发现视野内的障碍物的时间不少于 ～。 同一物体，照度越高（背景亮度越大），识别时间越短。 对处于运动状态的司机来说，辨别障碍物的时间受到限制，司机从发现障碍物后，直到进行判断和制动的反作用时间，总共只有 ，是相当短的，所以应该保证有足 够的照度。 识别时间还受视觉适应的影响，不论是暗适应还是明适应，识别时间都受到影响。 急剧和频繁的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，忽明忽暗的路面墙面亮度改变是应该受到限制的，即后面将要讨论到的均匀度问题。 道路照明的质量 (1) 路面平均亮度（ Lav） 司机观察障碍物的背景，在道路照明中主要是路面，在隧道照明中墙面也作为背景，但路面仍然是主要的。 只有当路面亮度达到一定值以后，司机才能获得立体感，在此基础上，亮度对比越大越容易察觉障碍物。 但是正如前面已经叙述过的，路面（背景）亮度越高，眼睛的对比 灵敏度越好（亮度对比阈ε越小）。 Dunbar实验（实际道路上的运行实验）表明：平均亮度升高时，察觉障碍物所必要的亮度对比 C变小。 即，障碍物变得更容易看清楚，见图。 国外一些国家的路面平均亮度一般取 l～ 2cd／ m2。 2 40平均亮度（nt）亮度对比 平均亮度 图 Lav和亮度对比 C的关系 (2) 路面亮度均匀度 保证亮度均匀度是为了给司机提供良好的能见度和视觉上的舒适性。 如果亮度高，则均匀度要求可以不很严格。 干燥路面和湿路面的路面亮度有很大变化，均匀度也相应有很大变化。 严格的均匀度要求，一般限于 干燥路面和路面平均亮度较低的情况。 1） 总均匀度（ U0） 照明装置保证提供良好的路面平均亮度后，路面上一些局部区域还可能出现最小亮度 重庆交通大学教案 182 Lmin。 通常较差的亮度对比都发生在路面较暗的区域，往往影响到对障碍物的辨认。 为了使路面上所有区域都有足够的亮度和对比度，提供令人满意的能见度，需要规定路面最小亮度和平均亮度比值的范围。 avLLU min0  （ ） 式中： Lav—— 距车道边缘 1／ 4宽度处（左或右）测得的路面平均亮度； Lmin—— 距车 道边缘 1／ 4宽度处（左或右）测得的路面最低亮度。 对于隧道总均匀度包括路面和两侧 2m高范围内的墙面，昼间 U0≥ 0． 7；夜间 U0≥ 0． 5。 对于露天道路一般不低于 0． 4。 2）纵向均匀度（ lU ） 为了提供视觉舒适性，要求沿各车道线中心线有一定的纵向均匀度。 纵向均匀度是沿中心线的局部亮度的最小值和最大值之比。 maxminLLUl  （ ） 式中： Lmax— 从车道线中心线上测得的最大亮度； Lmin—— 从车 道线中心线上测得的最小亮度。 隧道纵向均匀度包括路面两侧 2m高范围的墙面，昼间 Ul≥ 0． 8；夜间 Ul≥ 0． 6。 露天道路依道路等级不同，不低于 0． 7或 0． 5。 连续的路面（墙面）上忽明忽暗对司机干扰很大，称为“光斑效应”，当隧道较长时，司机眼睛会很疲劳，影响发现障碍物。 (3) 眩光限制 道路照明的眩光可以分为两类：失能眩光和不舒适眩光。 前者表示对照明设施造成的能见度损失方面的评价，用被试对象物体的亮度对比的阈值增量（ TI）表示，是典型的司机视觉作业。 失能眩光是生理上的过程，是表示由生理眩光导致辨认能力降低 的一种度量。 后者表示在眩光感觉中的动态驾驶条件下，对道路照明设施的评价。 该眩光减少司机驾驶运行的舒适程度，用眩光控制等级（ G）表示。 不舒适眩光是心理上的过程。 1）失能眩光 这种眩光导致的识别能力的下降，是由光在眼睛里发生散射过程造成的。 来自眩光光源的光在视网膜方向上的散射会引起光幕（等效光幕）作用，在视网膜方向上的散射程度越大，光幕作用也越大。 在眩光条件下的总视感，必须把光幕亮度叠加在无眩光时景物成象亮度之上。 等效光幕亮度（ L v）可按以下经验公式计算：   ni iV iEkEEkL 1 22221 21  眼眼眼 式 中：iE眼—— 第 i个眩光源在眼睛（与视线相垂直的平面上）产生的照度； θ i—— 视线与第 i个眩光光源入射到眼睛的光线之间形成的夹角； k—— 年龄因素（平均值为 10）。 重庆交通大学教案 183 该光幕会使司机视觉感受到的障碍物与背景的亮度对比比实际低得多，因此用光幕亮度的方法处理。 把对象（障碍物）亮度和背景亮度两者都加上光幕亮度，此时，有效的背景亮度（ Lbeff ）由 Lb增加为 Lb＋ Lv，（即，对比灵敏度增加）。 故有效对比为：      VbbVbVVbbe f fVbe f f LL LLLL LLLLL LLLC   000有效 （ ） 式中： beffL —— 有效背景亮度， beffL ＝ bL ＋ VL VL —— 等效光幕亮度； 其余符号意义同前。 由式（ ）可以看出，只要 VL ≠ 0，即，存在眩光时， C有效 ＜ C。 但通过增加亮度对比又能重新看到物体，这种刚刚能重新看到物体所需要的对比增加量与原来 的对比有关，是表达因失能眩光导致识别能力降低的一种度量。 这种量， CIE规定由视对象的视角为 8176。 时所必须的相对阈对比增量来获得，并将这个量命名为阈增量 TI，以％表示。 为了限制眩光对辨认能力的干扰效果，对阈增量作出必要的限制，就不会引起障碍物能见度的降低。 其中： %100 C CCTI 有效 通常的道路照明中，对 0． 05～ 5cd／ m2之间的平均亮度，阈增量 TI可由光幕亮度的数值和平均路面亮度值结合对比灵敏度确定：    %65 80 av VL LTI （ ） 2）不舒适眩光 眩光造成的不舒适感，目前还没有专门的测量仪器，是用眩光控制等级（ G）表示所感到的不舒适程度的主观评价。 这种主观评价取决于各种照明器和其它照明装置的特性，可以用下列经验关系式描述：  PhLCFIIfG aV ，，，  8880 式中： 8880 II ， —— 照明器在同路轴平行的平面内，与垂直轴形成 80176。 ， 88176。 方向上的光强值（ cd）； F—— 照明器在同路轴平行的平面内，投影在 76176。 角方向上的发光面积（ m2） △ C—— 光的颜色修正系数； △ C ＝＋ 0． 4 用于低压钠灯 Lav—— 平均路面亮度（ cd／ m2）； h′ —— 水平视线路灯的高度（ m） h′ =灯的安装高度 ； P—— 每 1km安装的照明器个数。 计算的经验公式为： 重庆交通大学教案 184 PhLCEIIIIIGav 888021888080 （ ） 公式中各参数的调研范围是： 50≤ 80I ≤ 7000（ cd）， 1≤8880II ≤ 50（ cd）， ≤ F≤ （ m2）， ≤avL ≤ 7（ cd/m2）， 5≤ h ≤ 20（ m）， 20≤ P≤ 100，灯的排数为 1或 2。 眩光等级 G与主观上对不舒适感觉评价的相应关系为： G=1：无法忍受 G＝ 3：干扰 G=5：允许的极限 G＝ 7：满意 G=9：无影响 (4) 诱导性 为了保证交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉点以及特殊地点都应该清晰可见，这就要求有良好的诱导性。 诱导性一般来自两个方面：即视见诱导性和光学诱导性。 诱导性通过各种诱导标志和照明设施获得，与照明设施等一起，共属交通安全设施范围。 1）视见诱导性 道路视线诱导标志，是沿行车带标明道路边缘和线形的一种设施，以便昼夜诱导司机的视线，并根据需要设在某一路段上，如路面中心线、路线或两侧路面标志、道路护栏与护桩、积雪地区设置雪标杆等。 在隧道内墙面也可以起诱导作用，但隧道内的诱导作用首先要求有足够的照明，使诱导标志成为可以视见的。 夜间，洞外的诱导性和洞内类似，也受照明系统的影响。 道路轴线方向投光角度受到一定的限制。 例如采用低角度 80I 和 88I 的较低亮度值的灯具，以及主 要光束与行车方向成垂直交叉的照明系统，对看清楚道路诱导设施有利，尤其在恶劣气候条件下有利。 道路标志的能见度，还同本身的反射特性和路面反射特性之间的差异有关。 道路标志所用的材料，既要“亮”，又要有良好的漫反射特性，所以其表面应为粗粒结构。 在不设路灯的路段上可以考虑使用有显明颜色的逆反射材料，例如晚上在车灯照射下，能激发出一块块红颜色的红色逆反射材料，其诱导性很好，引人注目，车就不会开到路以外的地方去了。 有的还在隧道入口处装设这种材料，以便使隧道洞口轮廓十分明确。 另外，有的用不同颜色的路面显示其不同的用途，如把 自行车道做成暗红色以示区别。 2）光学诱导性 在道路照明设施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、弯道、交叉和各种特殊场合，再配合其它视线诱导标志，能在远距离上使司机明显地注意到有危险性的地段。 在隧道内的特殊场合，诸如紧急停车带、方向转换场等。 照明器在排列、光色、光强以及设置的方位和间隔的变化，会有效地起到光学诱导作用。 如在分隔带的断头，分流处的前端，为了标明其位置，应设置视线诱导标志。 又如广场、停车道、回车道等应有明显的诱导标志，同时，还应辅以光学诱导。 在同一区段内注意保持照明的一致性（照明系列及光色等 ），以及在不同区段，尤其不同等级的道路，采用不同类型的光源、不同的格调等，都会有效 重庆交通大学教案 185 地起到光学诱导作用。 不过，在规模大、线形复杂、多层次的立体交叉场合大量装设路灯，反而会由于光点太多，给司机以“灯海”的感觉，造成混乱，失去了光学诱导作用。 这种场合采用高杆照明，在照亮道路的同时也照亮环境，可以获得与白天相似的良好诱导性。 在隧道出入口附近有广场时，可以考虑这种方式。 隧道亮度曲线 白天，汽车司机在接近、进入和通过隧道时，会遇到各种视觉问题。 汽车以 50km/h的设计速度行驶时，通过洞门附近（例如内外各 10 m）时，时间是非常短的，约需。 但是由洞外亮度（约 4000cd／ m2）降到洞内中间段亮度（山岭隧道为 2－ 3cd／ m2城市隧道 5－10cd／ m2的比率却很大。 眼睛的视觉状态由明视觉到接近薄明视觉（介于明暗视觉与暗视觉之间的中间视觉状态），这时锥状体细胞和柱状体细胞同时对应着新的环境亮度而适当的工作。 由于亮度的变化速率太快，眼睛的适应迟缓，对物体的视见能力极度下降，尽管洞内有一定的亮度，但司机的视觉感觉很黑，隧道里象个黑洞，即“黑洞效应”。 这时司机就会失去获得视觉信息的能力，道路的走向，是否有障碍物 存在，是否有其它车辆等，总之，几乎所有的视觉信息都暂时中断了。 这种状态要持续一个暗适应过程所需的时间，其长短与洞外亮度和洞内亮度的大小等有关。 视觉信息不足是发生交通事故的条件，但是这不等于必然。 照明的任。