CN103334768A - 一种公路隧道入口遮光过渡设施设计方法 - Google Patents

Abstract

一种公路隧道入口遮光过渡设施设计方法。该设施主要以透明钢化玻璃板（2）、多道拱形钢结构立柱（3）、蝉翼形不透明遮光膜（5）及遮光设施逆反射系统共同构成；其中拱形钢结构立柱（3）由隧道洞口端墙（1）向外逐渐增高，与立柱上的透明钢化玻璃板（2）共同呈喇叭形开口；透明钢化玻璃板内层设蝉翼形不透明遮光膜，遮光膜轮廓线平面、侧面投影均为Boltzmann曲线，拱形钢结构两侧为三角形镂空。逆反射系统包括中频钢结构立柱轮廓标（7）、中频护栏轮廓标（8），高频护栏立面标记（9）、高频路面标记线（10）、和高频路面突起路标（11）。本发明能够改善隧道入口空间、照度、参照物的剧烈过渡，缓解隧道入口黑洞效应。

Description

一种公路隧道入口遮光过渡设施设计方法

技术领域

本发明涉及一种公路隧道入口遮光设施设计方法。该设施缓和公路隧道入口照度、空间、参照物剧烈过渡，属于公路附属设施领域。 

背景技术

调查研究表明，白天公路隧道入口照度变化剧烈，容易引起驾驶员视觉适应困难；同时我国广大中西部地区，由于经济条件的制约，照明“高配低用”现象普遍，即公路隧道运营中开灯率较低，更加重了驾驶员视觉负荷，导致驾驶员在驶入隧道时会出现“两眼一抹黑”的现象，诱发不良驾驶行为，甚至导致交通事故。 

这种视觉不适又称之为“黑洞效应”。杜志刚等在《高速公路隧道进出口视觉震荡与行车安全研究》的隧道行车试验中（中国公路学报2012年第5期），以瞳孔面积变动为指标证实了隧道入口照度剧烈变化导致视觉盲期存在，结果显示白天隧道入口56.9%的试验样本存在视觉震荡期，也说明我国隧道入口视觉障碍普遍存在。 

国内外通常以提高隧道入口段照明标准以及设置洞外遮光设施两种方式来缓解视觉“黑洞效应”。我国《公路隧道通风照明设计规范JTJ026.11999》规定，隧道入口段亮度折减系数不得小于0.035（设计速度为80km/h），为此隧道入口段的照明强度需比中间段强40%以上。但在公路实际运营中，由于隧道照明能耗大、维护费用高，因此普遍存在隧道照明设计的“高配低用”，特别是隧道入口，实际运营照明远小于规范值，对行车安全极为不利。 

国内常用公路隧道入口形式为端墙式、削竹式，但是绝大部分隧道入口照度过渡和空间过渡效果并未通过驾驶员视觉特性进行检验。普通的洞门构筑主要以景观美化为主要设计要素，缺乏对驾驶视觉心理生理的考虑；杨韶军的发明专利（一种隧道出入口光栅遮拦，中国专利申请号201210161887.3）提出一种通过逐渐减小杆件间距实现照度、亮度均匀过渡的隧道出入口遮光设施，而这种设施多应用于城市道路隧道，结构体长、施工复杂，投资成本高，不适宜普及在一般公路隧道。易继先、王洵在发明专利（设置在公路隧道口处的减光棚，中国专利申请号200710055263.2）提出一种减光棚，横跨隧道外道路两侧实现照度逐渐减弱，但缺乏对空间的急剧变化的考虑，容易引起环境突变下的驾驶紧张行为。刘兵在硕士论文“基于驾驶员视知觉的车速控制和车道保持机理研究”中（武汉理工大学，2008年）通过心理物理实验得出当光缘率小于2Hz，或大于32Hz时，驾驶员会出现速度低估，光流率在4Hz～16Hz时，实验者对速度产生了高估，其中光流率为12Hz高估达到30%以上。 

白天驾驶员在进入公路隧道过程中，环境照度从隧道外几万勒克斯过渡到洞内几百勒克斯，视觉空间从无穷大过渡到隧道内狭小空间，视觉参照物从隧道外多种频率的视觉信息，如高频的灌木、护栏立柱、路面车道分界线，中频的轮廓标、路面突起路标，低频的大尺度景观，过渡到洞内只有中频轮廓标（路面突起路标经常被灰尘覆盖视认效果差），综合形成视觉“黑洞效应”。由于隧道内视觉参照物少（只有中频信息），在隧道内容易低估车速，造成隧道驾驶员超速行为。为缓解这一现象，需从缓和空间、照度、参照物上同时入手，在 满足驾驶员视觉生理机能前提下，同时利用合理的参照系提升驾驶员速度感，现状照度过渡与理想照度过渡、现状空间过渡与理想空间过渡、现状参照过渡与理想参照过渡依次如图1、图2、图3所示。 

总体而言，受隧道洞门形式、照明能耗费用及遮光设施的局限，公路隧道入口在驾驶舒适度、照明经济性、交通安全水平等方面存在诸多不足，亟需一种应用于普通公路隧道的、低成本高效用的遮光设施。 

发明内容

本发明针对白天公路隧道入口照度、空间、参照物过渡剧烈，视觉适应困难易导致交通事故的现状，提出一种公路隧道入口遮光过渡设施设计方法，采用渐变的喇叭状拱形结构设施缓解空间过渡，并使用蝉翼形遮光膜缓解驾驶员瞳孔照度过渡，利用逆反射系统构建驾驶员视觉参照系，从而提升驾驶员速度感，全方位改善公路隧道入口的视觉“黑洞效应”，可以降低隧道入口照明标准，实现隧道照明安全与效率的协调统一。 

本发明所采用的技术方案是： 

一种公路隧道入口遮光过渡设施，包括隧道入口喇叭状开口遮光设施和遮光设施内部多道频率逆反射系统；所述的隧道入口喇叭状开口遮光设施，包括由隧道入口至隧道外等间距布设的5～7组逐渐增高的拱形钢结构立柱，铺设在5～7组拱形钢结构立柱顶部及两侧的透明钢化玻璃板，铺设在透明钢化玻璃内侧的不透明蝉翼形遮光膜；所述的多道频率逆反射系统，包括设置在遮光设施内部的两层中频拱形钢结构立柱轮廓标、一层中频的护栏轮廓标、高频护栏立面标记、高频路面标记线和高频路面突起路标，上述高频和中频视觉信息流共同构成多道频率逆反射系统，降低隧道入口驾驶员视错觉。 

本发明的技术方案中，所述的拱形钢结构立柱自洞口向外逐渐增高，相邻杆件增高1.0m，拱形钢结构立柱横向间距5.0～7.0m，最外层拱形钢结构立柱高度为10.0～12.0m。 

本发明的技术方案中，拱形钢结构立柱下端两侧不设透明钢化玻璃板，留出直角三角形的渐变镂空，其余部分铺设透明钢化玻璃板，以实现通风、排水的合理过渡。 

本发明的技术方案中，在透明钢化玻璃板下层表面张贴不透明的白色遮光膜，自隧道外向洞口方向逐渐增大面积，轮廓线在平面、侧面投影均为Boltzmann曲线形，形状类似于蝉翼。 

本发明的技术方案中，所述的多道频率逆反射系统中，拱形钢结构立柱轮廓标和护栏轮廓标为中频视觉信息流，中频视觉信息间距为20～30m，拱形钢结构立柱轮廓标设置为二层，高度为120cm，180cm，护栏轮廓标高度为60cm；高频视觉信息流为护栏立面标记、路面标记线和高频路面突起路标组成，高频视觉信息间距为4m，高频和中频视觉信息流共同组成速度参照系。 

本发明的技术方案中，轮廓标采用钻石级反光膜，路面突起路标采用钻石级反光膜，护栏轮廓标、路面标记线均采用红白相间色彩，护栏标记线采用高强级反光膜，其余路面标线采用全天候反光标线。 

本发明的技术方案中，所述的拱形钢结构立柱采用Q235钢管，钢结构涂抹白色防水油漆，透明钢化玻璃板覆盖层通过多个单片透明钢化玻璃板拼装组成。 

本发明的特点是基于驾驶员视觉生理心理特性，通过喇叭状过渡设施与蝉翼形遮光薄膜共同作用，实现隧道入口空间、照度（驾驶员瞳孔照度）过渡，缓解公路隧道入口视觉“黑洞效应”，对遮光设施内设置高频、中频组成的逆反射信息，提升驾驶员对速度感知、距离感知的准确性。 

本发明优点如下： 

1）设计针对性强；本设施从隧道入口黑洞效应成因出发，提出缓和照度、空间、参照物过渡的总体方案，设计针对性强，比常用的端墙式、削竹式、格栅式遮光设施针对性更强，改善效益更显著。 

2）瞳孔照度剧烈过渡的现象得到极大改善。通过隧道外道路上空两片蝉翼形的遮光膜，能够避免常用的格栅式遮光设施导致的驾驶员瞳孔照度反复变化问题，接近隧道入口理想瞳孔照度过渡曲线；通过微缩模型照度实验表明，能降低隧道入口视觉负荷40%以上，可降低隧道入口照明标准40%以上，因而大大节约照明成本。 

3）空间剧烈过渡的现象得到极大改善。通过喇叭状的遮光过渡设施，实现“早入洞，缓进洞”，使进入隧道入口过程的空间变化更早，更缓和，降低驾驶紧张感和不适感。 

4）实现通风、排水的均匀过渡，拱形结构顶部的透明玻璃板覆盖整个道路上空，具有完全的挡雨功能，同时结构侧面底部留有渐变的镂空，保证了通风、排水的渐变过渡。 

5）实现视觉参照物的均匀过渡，遮光设施范围内构建多道频率视觉信息流，其中高频视觉信息流密度为4～8Hz，容易引起速度高估，中频视觉信息流密度为0.8～1.25Hz，能引起速度低估，高频、中频视觉信息流组合，有助于实现从隧道外多道频率视觉信息流到隧道内简单视觉信息的过渡，通过3Dmax视频仿真的心理物理实验表明，改善后速度错觉将降低50%以上，且与实际物理车速误差控制在10%以内。 

6）结构简单，易于施工；喇叭状结构、透明玻璃板和蝉翼式遮光膜结构简单，易于施工且造价低，对道路交通运营干扰较少，投资小见效快，维护成本低，能够有效改善公路运营长期成本问题。 

7）维护陈本低，节约照明。本设施充分利用自然光，并能降低隧道入口照明标准，主体拱形结构及透明玻璃板相较隧道内灯具维护难度更低、维护成本更小，单个玻璃板易于拆装更换、清洗保养，改善养护工作安全与效率。 

8）易于辨识，美观大方。相比一般公路隧道端墙式、削竹式或全遮光形式，喇叭状的结构体与蝉翼形的遮光膜易于辨识、线形优美，能有效美化公路驾驶中枯燥的环境景观。 

附图说明

图1：隧道入口照度过渡示意图； 

图2：隧道入口空间过渡示意图； 

图3：隧道入口参照物过渡示意图； 

图4：隧道入口遮光设施透视图； 

图5：隧道入口遮光设施平面图； 

图6：隧道入口遮光设施侧面图； 

图7：单元支撑钢结构示意图； 

图8：遮光设施逆反射系统平面图； 

图9：遮光设施逆反射系统侧面图； 

图10：遮光设施逆反射系统立面图； 

图中：1-隧道端墙，2-透明钢化玻璃板，3-拱形钢结构立柱，4-纵向连接钢管，5-蝉翼形不透明遮光膜，6-点式支撑装置，7-拱形钢结构立柱轮廓标，8-护栏轮廓标，9-护栏立面标记，10-路面标记，11-路面突起标。 

具体实施方式

1）在隧道入口前实施本设施。拱形钢结构立柱3、透明钢化玻璃板2采取预制备后运输至施工现场，拼装后设施平面、侧面依次如图5、图6所示。 

2）主体拱形钢结构立柱制备与安装：采用空心管结构，具体材料为Q235碳钢材料，并涂以白色防腐油漆；单个钢管结构竖向立柱间距、顶部圆弧直径与道路两侧土路肩同宽；相邻杆件间距推荐5.0m～7.0m，由洞口向外依次竖向增高1.0m；安装时采用深埋压实。 

3）透明玻璃板制备与安装：透明玻璃板采用钢化玻璃材料，透明玻璃板2长为5.0～7.0m，宽2.5m，通过点支式支撑装置6、驳接爪与拱形钢结构立柱3和相邻单元玻璃板相接，完全覆盖道路上空；玻璃板下设置纵向连接钢管4连接拱形钢结构立柱，纵向连接钢管间隔2.5m，并在拱形结构底部留出直角三角形镂空，能缓和通风及排水的合理过渡。 

4）遮光膜安装：对遮光玻璃内层张贴两片白色蝉翼形不透明遮光膜5，自外向内增大面积呈类似蝉翼形状，两片遮光膜在拱形结构顶端和竖向杆底端的边缘为Boltzmann曲线，分别留出透明或镂空部分以实现照度、空间均匀过渡。 

5）遮光设施内标志标线施画和安装：利用钢结构、护栏和地面施画白色环形标线，并设置逆反射材料的拱形钢结构立柱轮廓标7；在护栏防撞横杆设置红白相间的立面标记线9，间距推荐4.0m；在路肩设置红白相间路面标记线10、突起路标11，间距推荐4.0m。 

注意事项： 

1）本设施设计方法尤其适用于日均照度强、年均日照时间长的普通公路隧道入口遮光设施设计。 

2）遮光设施拱形结构的间距可根据隧道地理位置、洞口方向和太阳角度进行微调，微调范围为0～2.0m，并预制相应长度的透明玻璃板和遮光薄膜。 

3）隧道侧风较大的情况下，可适当增加拱形结构竖向玻璃板镂空面积，减少拱形结构顶端遮光膜留空面积，保证遮光效果和安全性。 

4）本方法需与隧道内照明情况相配合，可适当降低日常运营入口段的开灯率，但不能彻底忽略极端恶劣情况下隧道入口段照明的重要性。 

5）为增强隧道入口内标志标线辨识度，路面标线采用全天候反光标线，护栏反光标记线推荐涂以高强级反光膜，突起路标、轮廓标推荐涂以钻石级反光材料。 

6）玻璃遮光板的日常维护以清洗外表层为主；钢材料拱形结构以防腐维护为主。 

7）隧道入口前遮光设施能够有效改善视觉“黑洞效应”，配合隧道地理位置、天气环境、 隧道内入口段照明情况进行遮光膜的不同铺设布置，节约照明能耗和费用。 

Claims (7)

1.一种公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于：所述的遮光过渡设施，包括隧道入口喇叭状开口遮光设施和遮光设施内部多道频率逆反射系统；所述的隧道入口喇叭状开口遮光设施，包括由隧道入口至隧道外等间距布设的5～7组逐渐增高的拱形钢结构立柱（3），铺设在5～7组拱形钢结构立柱（3）顶部及两侧的透明钢化玻璃板（2），铺设在透明钢化玻璃内侧的不透明蝉翼形遮光膜（5）；所述的多道频率逆反射系统，包括设置在遮光设施内部的两层中频拱形钢结构立柱轮廓标（7）、一层中频的护栏轮廓标（8）、高频护栏立面标记（9）、高频路面标记线（10）、高频路面突起路标（11），上述高频和中频视觉信息流共同构成多道频率逆反射系统，降低隧道入口驾驶员视错觉。

2.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，所述的拱形钢结构立柱（3）自洞口向外逐渐增高，相邻杆件增高1.0m，拱形钢结构立柱横向间距5.0～7.0m，最外层拱形钢结构立柱高度为10.0～12.0m。

3.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，拱形钢结构立柱（3）下端两侧不设透明钢化玻璃板（2），留出直角三角形的渐变镂空，其余部分铺设透明钢化玻璃板（2），以实现通风、排水的合理过渡。

4.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，在透明钢化玻璃板（2）下层表面张贴不透明的白色遮光膜，自隧道外向洞口方向逐渐增大面积，轮廓线在平面、侧面投影均为Boltzmann曲线形，形状类似于蝉翼。

5.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，所述的多道频率逆反射系统中，拱形钢结构立柱轮廓标（7）和护栏轮廓标（8）为中频视觉信息流，中频视觉信息间距为20～30m，拱形钢结构立柱轮廓标（7）设置为二层，高度为120cm，180cm，护栏轮廓标（8）高度为60cm；高频视觉信息流为护栏立面标记（9）、路面标记线（10）和高频路面突起路标（11）组成，高频视觉信息间距为4m，高频和中频视觉信息流共同组成速度参照系。

6.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，其中轮廓标采用钻石级反光膜，路面突起路标采用高强级反光膜，护栏轮廓标、路面标记线均采用红白相间色彩，护栏标记线采用高强级反光膜，其余路面标线采用全天候反光标线。

7.如权利要求1所述的公路隧道入口遮光过渡设施，其特征在于，所述的拱形钢结构立柱采用Q235钢管，钢结构涂抹白色防水油漆，透明钢化玻璃板覆盖层通过多个单片透明钢化玻璃板拼装组成。

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