山东省交通规划设计院，济南，250031
摘 要：司机白天进入隧道时，会产生黑洞效应，这是导致隧道事故多发的主要原因之一。通过实地调查南京的三条典型隧道，结合CIE提出的视觉适应曲线，对隧道进口部位的光线过渡进行了相关分析，计算出隧道进出口段缓坡直线建议长度，并提出了利用植物、反光板、遮光建筑缓解黑洞效应的措施，对提高隧道行车安全具有积极意义。
关键词：隧道；黑洞效应；进出口；视觉
1、现场调查及数据采集
1.1 调查地点及环境
针对隧道黑洞效应，本文选取了南京市的集庆门隧道、卫岗隧道、茅山隧道进行了调查。
1）集庆门隧道
集庆门隧道全长560米，双向四车道，隧道净高4.5m，设计车速80公里/小时。
2）卫岗隧道
卫岗隧道位于沪宁高速连接线，双向四车道，隧道口限速60公里/小时，限高4.5米。
3）茅山隧道
茅山隧道位于宁常高速公路，东隧道和西隧道右洞相继贯通而成，其中东隧道长597米，西隧道282米，按双向分离式6车道标准建设。
2.2 测定要素及仪器
隧道照度测定：从隧道洞口外30m开始至隧道内照度无明显变化点为止，沿行车方向每隔2.5m布置一个测量点，使用希玛公司生产的Digital Lux Meter AR813A型照度仪进行测量。
运行速度测定：测量点与照度仪同步，采用BUSHNELL手持式雷达测速仪测量自由流条件下的运行速度V85。
交通量测定：以每五分钟为时间段测定隧道口的交通量，用于判断交通流是否处于自由流。
3、视觉适应曲线
由于隧道口附近范围内部分测量点速度变化较小，所以对所测量运行速度进行归并，得到特征位置的平均运行速度见下表：
表1各隧道运行速度测量表
集庆门隧道 位置（m） -50 -20 0 30 V85（km/h） 59.65 45.65 40 32 卫岗隧道 位置（m） -30 0 30 V85（km/h） 81 76 79 茅山东隧道 位置（m） -50 -20 0 20 V85（km/h） 107.65 113 100.65 107.65 茅山西隧道 位置（m） -20 0 20 V85（km/h） 112 110.65 110.65
针对视觉的光适应过程，国际照明委员会（CIE）提出了视觉适应曲线，即不影响视觉正常工作的情况下，环境亮度随时间发展降低最快的曲线为：Lin=Ltr（1.9+t）^-1.4，如下图：
图1 视觉适应曲线
通过实测的照度与运行速度，计算出调查隧道的实际照度曲线，与视觉适应曲线对比如下图：
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图2各隧道实际照度曲线与视觉适应曲线对比图
由上图可看出，在隧道入口处，由于入口建筑遮挡，照度突变，导致前方照度即驾驶员视觉感知的光线照度急剧下降，与视觉曲线对比，降低速率过快，影响了视觉的正常工作。
卫岗隧道入口的道路两侧即中央分隔带多为绿色植物，有一定的挡光作用，在入口前7.5m左右照度开始衰减。在对向入口处，两边的档土墙附有绿色植被，提升了道路景观，同时也有减光的效果。
集庆门隧道在进入洞口前的大约两百多米的下坡，两侧采用了与隧道内相同的反光板，这样无论是白天还是晚上，都基本上满足了光照的要求，但是进入隧道时，没有一些减光的措施，周围一定范围内也无遮光的建筑，所以进入隧道口时照度产生了较大程度的突变。
茅山隧道的削竹式的洞口对“黑洞”效应有一定的缓解作用。它是隧道洞门结构的一种，因形似削竹而得名。洞口倾斜，使得照进隧道的外界光线逐渐减少，照度变化相对缓和。
2、缓解对策
2.1进出口缓坡直线
驾驶员视力恢复时间内，如果减少驾驶上的操作，如转弯、减速等，其安全性就会得到提高。所以，在入口及出口范围内，建议采用直线、或者半径很大圆曲线，减少驾驶员对方向盘控制的改变；并且使用较小的纵坡坡度，减少车辆由于坡度引起的加速、减速，在没有人为操作的情况下，车辆能够近似匀速的行驶。
利用德国IV IEW X型眼动仪，进行了驾驶员穿越隧道过程中的瞳孔直径观测实验。以车辆行驶至隧道引入段起点处瞳孔直径增大开始，到车辆驶至隧道基本段起点处瞳孔直径停止增大并趋于稳定所经历的时间作为驾驶员视力恢复时间。通过对实验数据的统计分析, 可以得到驾驶员于隧道出入口处所需要的视力恢复时间与隧道洞外洞内照度差的关系。构建的隧道出、入口驾驶员视力恢复时间与照度关系模型如下所示。
Tin = 0. 0204×（Eout - Ein）^0. 6031 （1）
Tout = 0. 0201×（Eout - Ein）^0. 6012
式中: Tin为驾驶员于隧道入口处所需要的视力恢复时间;
Tout为驾驶员于隧道出口处所需要的视力恢复时间。[2]
根据照度统计数据，取前方照度的值代入以上公式计算驾驶员进出隧道视力恢复时间。
表2 进出口缓坡直线长度
隧道 时间（s） 距离（m） 集庆门 8.04 133.97 卫岗 4.51 95.21 茅山东 7.47 207.37 茅山西 4.28 130.71
与隧道实际情况相比，集庆门隧道入口及出口的缓坡直线长度都低于计算值，对行车安全不利；卫岗隧道出口处的直线长度满足恢复时间的要求；茅山隧道的东西隧道基本都为直线线形，但进入隧道时，出口在视野范围内，对驾驶员视觉有一定的干扰，如果能在上述缓坡直线距离之后改用符合半径要求的曲线，在进入隧道后一定范围内避免看到出口，其安全性可以进一步提高。
根据调查，一般城市道路隧道，在夏季晴好天气，外界照度在30000~300000lux范围内，而入口处的前方照度最高值为30000lux，按照规范，隧道入口的照明在设计速度为60km/h、双车道双向交通量大于1300辆/h时，要求的折减系数为0.022，即入口段照明660lux，参考集庆门的调查数据，照度取4000lux，由此可按上述方法推算Tin=10.09s，Lin=168.19m，Tout=9.07s，Lout=151.12m，并且计算值也超过了规范中的停车视距。所以建议入口前的长度至少为170m，出口前长度至少160m。
2.2反光板
在洞口前100m范围内，如果道路两边的反光板，改用具有一定减光作用的材质，或者减光格栅，使之接近于视觉曲线，即相当于视觉适应曲线起点左移，如下图，相比于提高隧道内的照度更为经济。
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图3实际照度与视觉曲线对比图
2.3自然植被减光
洞口处种植常绿植被是一种简便、经济的洞外减光方式。植被减光主要利用植被被反光柔和均匀并且视觉舒适的特点来到达降低洞口区域亮度、缓和光线过度的目的。
2.4减光建筑
遮阳棚其顶棚一般为透光结构，不允许阳光直接照射到路面上，其设置目的就是为了减弱自然光亮度而修建的棚状构造物。
2.5隧道路面
在沥青路面表层混入石英和铝的混合物或加入一些反光性能好的氧化物（如氧化钛）作为补充，也可以很好的提高路面漫反射率，沥青路面维修方便，养护费用较低，在现在得到很广泛的应用。
3 结语
通过对隧道黑洞效应分析，提出了如何缓解隧道黑洞效应的对策，如：建议入口前的长度至少为170m，出口前长度至少160m；在洞口前设置反光板，洞口处种植常绿植，洞口前设置遮阳板，在提高隧道沥青路面漫反射率。以上均能缓解隧道黑洞效应，提高车辆进出隧道洞口的安全性。
参考文献
[1]覃仁辉. 隧道工程[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2001.
[2]李英涛, 程国柱. 公路隧道出入口减光格栅段合理长度研究[J]. 公路工程, 2009, 34(05): 14-20.
[3]W.Adrian. Investigations on the required luminance in tunnel entrances[J]. Lighting Research and Technology, 1982, 14: 151-159.
[4]Kerstin Lemke. Road Safety in Tunnels[J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2000, 1740: 170-174.
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论文作者:张鹏,谢波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2018/4/3
标签：隧道论文; 照度论文; 茅山论文; 曲线论文; 视觉论文; 洞口论文; 驾驶员论文; 《基层建设》2017年第15期论文;