鐵路隧道防災(zāi)救援及安全疏散技術(shù)研究

鐵路隧道防災(zāi)救援及安全疏散技術(shù)研究

根據(jù)石太特勤局太行山隧道（含南梁隧道）的軌道，2006年，鐵路科技規(guī)劃項(xiàng)目將“重大工程、特殊情況下的隧道安全救援、安全分散和通風(fēng)技術(shù)研究”作為一個重要課題。目的是提出《隧道安全救援和通風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和《隧道運(yùn)營和通風(fēng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。本文為“長篇隧道安全救援和安全分散技術(shù)研究”的一些成果。由于鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)的復(fù)雜性,且在我國尚無規(guī)范遵循,本文結(jié)合《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》(UICCODE)中鐵路隧道安全部分的相關(guān)內(nèi)容,對鐵路隧道防災(zāi)救援技術(shù)研究進(jìn)行了分層次的論述,力求對我國鐵路隧道防災(zāi)救援技術(shù)發(fā)展起到拋磚引玉的作用。1隧道火災(zāi)的預(yù)防和準(zhǔn)備1.1提高風(fēng)險(xiǎn)評估的標(biāo)準(zhǔn)所有可能會對人員造成傷害的事件都被認(rèn)定為災(zāi)難,其評估基于兩個風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn):個人的和社會的(圖1)。個人風(fēng)險(xiǎn)為偶然事故導(dǎo)致的個體直接受到侵害,或者行為不當(dāng)造成的危險(xiǎn)。社會公眾對于風(fēng)險(xiǎn)的意識和評估主要依賴于特殊事故的后果嚴(yán)重程度。一次引起眾多死亡的事故(例如:2003年韓國大邱地鐵火災(zāi))相對于許多起小事故來講對于公眾的影響是更壞的。公眾對于這種極端事故的反映是更加敏感的?？紤]到公眾對于“厭惡風(fēng)險(xiǎn)”態(tài)度的不同,可以通過提高社會風(fēng)險(xiǎn)的確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)來應(yīng)對重大的事故。鐵路隧道內(nèi)旅客列車發(fā)生火災(zāi)幾率雖然比貨車小很多,但是公眾對旅客列車發(fā)生火災(zāi)更加敏感,旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)與飛機(jī)在飛行期間發(fā)生事故同樣被人們所避諱。1.2隧道內(nèi)列車火災(zāi)災(zāi)害防治對策由于隧道內(nèi)旅客列車發(fā)生火災(zāi)后將產(chǎn)生難以預(yù)想的后果,為了保障鐵路運(yùn)輸旅客的生命安全,隧道防災(zāi)救援貫徹“預(yù)防為主”是的最根本的方針。根據(jù)隧道內(nèi)列車火災(zāi)特點(diǎn),結(jié)合鐵路隧道長短各異、客車速度高貨車編組長的具體特點(diǎn),綜合分析國外高速鐵路隧道列車火災(zāi)發(fā)生條件及防治措施,隧道內(nèi)列車火災(zāi)災(zāi)害應(yīng)與線路、機(jī)車車輛、運(yùn)輸組織、供電及通信信號、車站安全監(jiān)測、列車工作人員素質(zhì)等幾方面共同解決,最大限度地防止列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)和火災(zāi)列車進(jìn)入隧道,并建立起完善的火災(zāi)防止和火災(zāi)處置程序和行之有效的管理體制。1.3主要設(shè)備防火和退火對于火災(zāi)預(yù)防,鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(TB10063—99)中對主要針對設(shè)備防火和耐火提出了具體要求。《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(鐵道部令第29號)中,對于技術(shù)設(shè)備提出了基本要求,其中在“養(yǎng)護(hù)維修及檢查”、“自然災(zāi)害預(yù)防”和“行車安全檢測設(shè)備”中部分條款屬于預(yù)防隧道內(nèi)旅客列車火災(zāi)的。1.4路共享的原則《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》同樣認(rèn)為隧道安全是把基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)車車輛和運(yùn)行3個方面的措施進(jìn)行最優(yōu)組合后得到的結(jié)果,所有鐵路共享的原則總結(jié)為:(1)預(yù)防事故;(2)減輕事故影響;(3)方便自救;(4)方便救援。這些措施的順序按其效果,特別是在火災(zāi)時(shí)的效果呈遞減排列。預(yù)防火災(zāi)是關(guān)乎隧道安全的最重要環(huán)節(jié),對于新建隧道推薦的安全措施分為3個方面:(1)基礎(chǔ)設(shè)施方面的措施;(2)預(yù)防機(jī)車車輛火災(zāi)措施;(3)運(yùn)行措施。見表1～表3。2散和列車消防如果在隧道內(nèi)發(fā)生列車火災(zāi)事故,采用何種控制措施減輕火災(zāi)后果,需要明確并回答以下4個問題:(1)發(fā)生火災(zāi)的列車如果有可能,應(yīng)駛出隧道進(jìn)行人員的疏散和列車消防;(2)除非隧道內(nèi)有“緊急救援車站”并經(jīng)列車運(yùn)行能力和控制中心的確定,否則火災(zāi)列車不能停在隧道內(nèi);(3)如果隧道長度很長,火災(zāi)列車很有可能不能行駛出全部隧道而不得不停在隧道內(nèi),則必須在隧道內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置“緊急救援站”;(4)火災(zāi)列車不能停在隧道內(nèi)時(shí),為了減輕火災(zāi)事故影響必須采用可靠的控制措施。與火災(zāi)預(yù)防相一致,結(jié)合《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》,列車發(fā)生火災(zāi)后減輕事故影響也需要從基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)車車輛措施和運(yùn)行措施三個方面著手解決。2.1單雙雙雙隧道隧道系統(tǒng)(1)長隧道盡量采用雙洞雙線隧道,一方面避免災(zāi)害相互波及,另一方面對救援產(chǎn)生有利條件。(2)采用單洞雙線的隧道,隧道斷面盡量大,從而使列車之間的會車壓力波不至于對發(fā)生火災(zāi)的列車造成危害擴(kuò)大。(3)列車無線電通信系統(tǒng)可靠運(yùn)行,準(zhǔn)確傳遞火災(zāi)情報(bào)及運(yùn)行狀態(tài)。2.2增加機(jī)械控制(1)機(jī)車、車輛結(jié)構(gòu)的耐防火要求必須滿足在發(fā)生火災(zāi)后仍能保持繼續(xù)運(yùn)行的足夠時(shí)間。(2)制動系統(tǒng)能夠集中管理,并解除分散管理。(3)機(jī)車、車輛內(nèi)部配備足夠的自動或手動滅火設(shè)備。(4)能夠?qū)Πl(fā)生事故的車輛實(shí)行列車空調(diào)設(shè)備的控制及空氣隔絕。(5)車廂之間在火災(zāi)事故狀態(tài)下能夠完全隔斷。(6)列車內(nèi)設(shè)置急救設(shè)備。2.3雙洞地面列車火災(zāi)(1)制動系統(tǒng)分散管理鎖,進(jìn)行集中管理。(2)通知控制中心,單洞雙線隧道內(nèi)列車發(fā)生火災(zāi)時(shí),阻止追蹤列車和對面列車進(jìn)入隧道;雙洞單線隧道內(nèi)列車發(fā)生火災(zāi),阻止追蹤列車進(jìn)入隧道。(3)發(fā)生事故的車廂內(nèi)人員立刻撤離并疏散到無火災(zāi)情況的車廂內(nèi)。(4)維持運(yùn)行能力和控制火災(zāi),列車以適當(dāng)?shù)乃俣确€(wěn)定運(yùn)行。(5)有條件下進(jìn)行車內(nèi)滅火。(6)切斷事故車輛空調(diào)系統(tǒng),隔斷空氣,與事故車廂隔斷。(7)有必要和可能時(shí),在火災(zāi)車廂實(shí)施人員疏散后,對列車進(jìn)行分離。3隧道內(nèi)任何地方都可以避免3.1分散空間雙洞單線隧道內(nèi)疏散部位位于行車方向右側(cè)的救援通道,單洞雙線隧道內(nèi)疏散部位位于行車方向左側(cè)的救援通道。3.2隧道洞口或隧道切口或與服務(wù)隧道之間的“橫通道”(1)單洞雙線隧道內(nèi)疏散方向?yàn)椤熬o急出口”或隧道洞口或與服務(wù)隧道之間的“橫通道”。(2)雙洞單線隧道內(nèi)疏散方向?yàn)閮勺淼乐g的“橫通道”或隧道洞口或“緊急出口”。3.3救援通道的分散標(biāo)志(1)距離信號結(jié)合相關(guān)規(guī)范及隧道應(yīng)急照明設(shè)置,確定疏散標(biāo)志的間距為25～50m。(2)標(biāo)志高度研究確定標(biāo)志中心線距離救援通道地面的高度為0.8m。(3)儀式期間標(biāo)志內(nèi)容標(biāo)明該點(diǎn)距離兩個方向最近的緊急出口或橫通道口或隧道洞口的長度(圖2)。3.4沿隧道邊墻安全合作部位設(shè)置安全私家車由于旅客的年齡、體力有差別,相互排斥及奪路而逃在所難免,因此,沿隧道邊墻距離救援通道0.75～1m部位設(shè)置安全扶手,確保人員不至于被撞倒。3.5無過錯燈對設(shè)備的影響(1)應(yīng)急照明設(shè)置在救援通道一側(cè),雙側(cè)救援通道的隧道兩側(cè)均設(shè)置應(yīng)急照明。(2)隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明設(shè)備,應(yīng)急照明燈具安裝間距不大于50m,設(shè)備必須在供電中斷時(shí)能夠自動接通并能連續(xù)工作2h以上。(3)應(yīng)急照明高度與安全扶手等高。(4)設(shè)置應(yīng)急照明后救援通道地面亮度不小于1lx。(5)應(yīng)急照明的開啟:應(yīng)急照明在隧道正常運(yùn)營期間關(guān)閉,在隧道內(nèi)每隔50m手動開啟,應(yīng)急照明的手動開啟與安全扶手結(jié)合。3.6雙長隧道+斜井方案研究認(rèn)為,我國鐵路隧道絕大多數(shù)為山嶺隧道,由于山嶺隧道埋深普遍較大,各施工期間的輔助坑道大多采用無軌運(yùn)輸?shù)男本?其長度一般在0.5～1km,個別甚至達(dá)到2km以上,如果每間隔1km修建一個斜井作為緊急出口,則緊急出口的累計(jì)長度將與隧道長度相當(dāng),并且斜井作為緊急出口長度過大。單純從防災(zāi)救援角度,如果不考慮工期問題和投資問題,則修建雙線長隧道+斜井可以與雙線隧道+平行導(dǎo)坑、兩座單線隧道之間進(jìn)行方案的取舍。鑒于我國鐵路隧道防災(zāi)救援沒有嚴(yán)格的規(guī)范據(jù)以執(zhí)行,要回答這個問題,研究認(rèn)為,如果防災(zāi)救援設(shè)計(jì)必須遵照《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》要求,則必須明確以下兩點(diǎn):(1)長度大于1km的隧道,應(yīng)每間隔1km設(shè)置一個緊急出口;(2)考慮防災(zāi)救援的需要,特長隧道優(yōu)先采用雙洞單線隧道,其次為雙線隧道+后期作為服務(wù)隧道的平行導(dǎo)坑,最后為雙線隧道+后期作為緊急出口的斜井。同樣,依據(jù)《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》,作為緊急出口的通道應(yīng)滿足以下要求:豎井垂直高度小于30m,臺階寬度為1.5m;斜井水平長度不宜大于100m,斜井的縱向仰角不應(yīng)大于30°;橫洞長度不宜超過150m,如位于公路附近,可適當(dāng)延長;橫通道在雙洞單線隧道之間或隧道與服務(wù)隧道之間設(shè)置,橫通道間距宜為300～500m。3.7單孔在線隧道或單孔在線隧道與服務(wù)隧道之間的橫向通道距離綜合成本與效率,研究確定兩條單線隧道之間的橫通道間距宜為500m,具體工程設(shè)計(jì)中可結(jié)合自身特點(diǎn),可以采用300～500m間距。3.8橫通道或緊急出口寬度緊急出口或橫通道的斷面尺寸結(jié)合疏散通道的尺寸確定。在緊急救援站內(nèi),橫通道(或緊急出口)寬度應(yīng)大于2倍的站臺疏散通道寬度。在一般的隧道段,橫通道(或緊急出口)寬度在1.5～2倍的疏散通道寬度。橫通道(緊急出口)高度應(yīng)滿足安裝防火門后2.25m的通行高度。4決定“應(yīng)急救援站”的概念作為自救階段的目標(biāo)任務(wù),旅客必須在很短的時(shí)間內(nèi)到達(dá)一個可以躲避的場所(應(yīng)急車站或另一座隧道),在那里可以幸存下來直到撤離。4.1到達(dá)水面的狀況下面是圣哥達(dá)隧道(橫通道間距325m)對這種情況進(jìn)行的模擬分析:第一個旅客將在3～6min后到達(dá)對面的隧道內(nèi),大部分旅客將在9～14min后到達(dá)對面的隧道內(nèi),見圖3。4.2列車停車后24in的制式圣哥達(dá)隧道對這種情況進(jìn)行也進(jìn)行了模擬分析,該隧道“緊急救援站”內(nèi)橫通道縱向間距為86m:在這種情況下,所有旅客將在列車停車后2～4min后到達(dá)應(yīng)急車站的避難空間內(nèi),見圖4。4.3緊急救援站和緊急救援站均是我國最顯然,如果不設(shè)置“緊急救援站”,則事故列車停車后人員到達(dá)安全的躲避場所的時(shí)間是“緊急救援站”的3倍,“緊急救援站”為自救的旅客提供了最優(yōu)的條件,縮短了自救的時(shí)間、急救設(shè)備、防災(zāi)通風(fēng)等對于一個點(diǎn)更容易有效實(shí)現(xiàn)。5應(yīng)急救援站的配置5.1通過定量的方法進(jìn)行研究,建立科學(xué)、完整的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)目前,我國鐵路隧道防災(zāi)救援還沒有建立起一套完整的工程設(shè)計(jì)方法,而性能化設(shè)計(jì)方法為其提供了設(shè)計(jì)思路,在特長隧道防災(zāi)救援設(shè)計(jì)中,一些定量的分析越來越有必要,比如火災(zāi)場景分析、煙氣流動特征分析及人員疏散分析等都是非常有必要進(jìn)行深入分析與研究,從而建立一套科學(xué)、完整的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。5.2隧道的長度取決于“緊急救援站”“緊急救援站”是列車在隧道內(nèi)不得已停車時(shí)而確定的一個能夠最快地將人員從事故隧道疏散到相對安全的區(qū)域的地方。(1)不能行駛出隧道的概率多長隧道內(nèi)需要設(shè)置緊急救援站,其決定因素是列車發(fā)生火災(zāi)事故后不能駛出隧道的幾率確定。“緊急救援站”在青函海底隧道(日本,53.85km)、正在施工的圣哥達(dá)隧道(瑞士,57km)和即將運(yùn)營的勒奇山隧道(瑞士,34.6km)中采用。青鳳海下埋溝青函海底隧道兩個“定點(diǎn)”之間的距離為23km,如果按照80km/h的速度計(jì)算,則著火列車能夠繼續(xù)行使的時(shí)間是17.25min。緊急救援站圣哥達(dá)隧道全長57km,在賽德潤(Sedren)和法意多(Faido)設(shè)置了兩個“緊急救援站”。如果按照列車發(fā)生火災(zāi)后可以繼續(xù)運(yùn)行15min,則可以運(yùn)行的距離為20km,因此,圣哥達(dá)隧道“緊急救援站”之間的距離大約按20km設(shè)計(jì)。列車離隧道距離勒奇山山底隧道防災(zāi)救援的主導(dǎo)思想是,列車在發(fā)生火災(zāi)時(shí),能夠自運(yùn)行15min,如果在離出口短距離的隧道段,火車應(yīng)能以自身的力量離開隧道。(2)考慮到中國貨運(yùn)公司主流車型在火災(zāi)后的運(yùn)行能力我國鐵路機(jī)車車輛的耐火極限目前還沒有尋找到一個定量的答案,但可以肯定的是,如果控制總管沒有被破壞,則可以持續(xù)運(yùn)行。(3)結(jié)論長度在20km以上的隧道應(yīng)考慮設(shè)置“緊急救援站”,“緊急救援站”之間的距離按15～20km設(shè)置。5.3“緊急救援站”的間距仍然不能排除發(fā)生火災(zāi)事故列車不能運(yùn)行完15min,可能停止在長度小于20km的隧道內(nèi)或者“緊急救援站”之間。表4表明,如果“緊急救援站”的距離按30km考慮,則列車出事后不能到達(dá)的幾率是20km間距的3000倍,而“緊急救援站”間距在20km的情況下,列車出事后不能到達(dá)的幾率僅為間距12km的4倍。從以上的分析趨勢可以看出,除非設(shè)置全隧道通長的“緊急救援站”,否則發(fā)生火災(zāi)事故的列車總是有一個不能到達(dá)“緊急救援站”的幾率,而幾率的突變點(diǎn)恰好是人們能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。5.4單站段(1)“緊急救援站”的長度“緊急救援站”的縱向長度根據(jù)線路上旅客列車編組長度設(shè)置,一般宜為550～600m。(2)“緊急救援站“的疏散時(shí)間火災(zāi)列車停在“緊急救援站”后的疏散時(shí)間為6min,但人員下車落腳點(diǎn)與車門最底踏步的高差應(yīng)為一個臺階高度。(3)緊急出口(橫通道)的密度綜合考慮隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后的錯綜復(fù)雜的環(huán)境因素,確定橫通道的間距為60m。(4)“緊急救援站”的縱向通道寬度、站臺設(shè)置在“緊急救援站”緊急出口間距60m的情況下,縱向通道寬度不小于1.70m,為人員疏散安全考慮,站臺寬度宜為2.30m。(5)“緊急救援站”橫通道門通行寬度“緊急救援站”內(nèi)橫通道門通行寬度應(yīng)為縱向通道寬度的2倍,即3.4m。(6)“緊急救援站”內(nèi)人員等待的空間“緊急救援站”內(nèi)人員等待的空間按照2人/m2考慮。(7)“緊急救援站”的系統(tǒng)設(shè)備通風(fēng)系統(tǒng)、標(biāo)志及提示、照明、等待區(qū)的休息坐位及盥洗間、急救設(shè)備等。5.5指示“緊急救援站”和橫通道內(nèi)的消防通道(1)該標(biāo)志列車賬單標(biāo)志“緊急救援站”內(nèi)沿列車前進(jìn)方向最后一個橫通道中心位置處設(shè)置停車標(biāo)示。緊急導(dǎo)入標(biāo)志橫通道門上方用標(biāo)志牌標(biāo)“緊急出口“的字樣,針對隧道內(nèi)通道為縱向布置,橫通道門與通道垂直,因此,標(biāo)志牌設(shè)為雙向可視標(biāo)示。分散方向的指示疏散方向標(biāo)示采用中心圓點(diǎn)與單向間斷箭頭,見圖5,布置于通道上方0.5m處。(2)防火門雙洞單線隧道之間的“橫通道”采用甲級防火門,耐火極限1.5～2h,門的開啟寬度3.4m,門面頻繁承受隧道內(nèi)空氣動力垂直荷載時(shí)對門結(jié)構(gòu)無損害。6直接連通地面的事故列車停在隧道內(nèi)人員從事故隧道通過橫通道防火門后,到達(dá)安全區(qū)域,亦即進(jìn)入安全救援階段。除非有直接通到地面且滿足要求的緊急出口,火災(zāi)事故列車停在隧道內(nèi)推薦采用以下兩種救援方式:(1)人員在安全區(qū)域等待,救援列車從另一座隧道進(jìn)入隧道進(jìn)行救援;(2)人員在安全區(qū)域等待,地面救援車輛從與隧道平行的服務(wù)隧道到達(dá)安全等待區(qū)域進(jìn)行救援。7為火災(zāi)抑制和列車保護(hù)當(dāng)人員從“緊急救援站”疏散完以后,即進(jìn)入火災(zāi)抑制和列車保護(hù)階段(防溜車工作應(yīng)在“緊急救援站”制動停車后立刻實(shí)施)。(1)事故列車的消防隧道消防地面消防蓄水池容量按照供水量15L/s,供水時(shí)間2h設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)放置多個防毒面具疏散段內(nèi)每個橫通道內(nèi)均設(shè)置專門的消防室,消防室內(nèi)放置一定數(shù)量的干粉滅火器和泡沫發(fā)生器,在專業(yè)消防人員進(jìn)入隧道前可供乘務(wù)人員控制火情,同時(shí)也