管鴻浩

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

武廣鐵路客運專線特長隧道防災(zāi)疏散設(shè)計研究

管鴻浩

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

以武廣鐵路客運專線為工程背景,分析特長隧道內(nèi)遭遇火災(zāi)情況下的防災(zāi)疏散設(shè)計,包括疏散能力、通道設(shè)計、通風排煙等,提出了防災(zāi)疏散的模式,為客運專線防災(zāi)設(shè)計提供參考。

武廣鐵路客運專線;特長隧道;火災(zāi);疏散

武廣鐵路客運專線在瀏陽河隧道和大瑤山隧道群設(shè)置定點進行隧道防災(zāi),隧道防災(zāi)以人員逃生疏散為主要目的,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,分別在隧道之間和隧道內(nèi)設(shè)置定點,配置逃生通道及消防、照明等。

1 瀏陽河隧道防災(zāi)定點

瀏陽河隧道為武廣鐵路客運專線第二長隧道,全長9 935m,另有 180m長 U形槽引道,隧道建筑長度10 115m。隧道下穿瀏陽河,設(shè)置 V形縱坡,最大坡率20‰,隧道出口外1 920m為長沙車站,隧道洞身最低點與相鄰的長沙車站高差達 60.8m。

隧道防災(zāi)定點全長 400m,以隧道最低點處為中心,前后各 200m范圍內(nèi)隧道中線兩側(cè) 40m各設(shè)置局部疏散通道,左右線在隧道側(cè)壁各設(shè)置 3個疏散口,并在最低點處設(shè)置下穿正洞的左右線聯(lián)絡(luò)疏散通道,所有疏散通道最后接入施工斜井,斜井洞口設(shè)置疏散場坪,場坪面積 800m2,疏散場坪通過救援道路接入市政道路。防災(zāi)定點設(shè)置平面如圖1所示。疏散通道一般斷面如圖2所示。

左線列車發(fā)生火災(zāi)后對變坡點(即左線 2號疏散口)中心停車,疏散人員通過左線 1～3號疏散口進入疏散通道,通過斜井至洞口疏散場坪,然后集中疏散。右線列車發(fā)生火災(zāi)后在右線 2號疏散口停車,疏散人員通過右線 1～3號疏散口進入右線 1～3號疏散通道,然后通過右線橫向聯(lián)絡(luò)通道進入左右線聯(lián)絡(luò)通道,再進入斜井至洞口疏散場坪進行集中疏散。距離疏散場坪最遠的疏散口為右線 3號疏散口,長約 965m,通行時間約 16.2min。

圖1 瀏陽河隧道防災(zāi)定點平面示意(單位：m)

圖2 疏散通道一般斷面示意(單位：cm)

疏散通道寬 2.5m,按有效寬0.6m的通道每分鐘疏散人流為 37人估算,各疏散通道疏散能力如表1所示,右線全部通過疏散通道疏散為最不利情況,此時左右線聯(lián)絡(luò)通道入口為控制點,1 220人通過控制點的時間約為 8.2min,存在一定的人員滯留,右線 1～3號疏散通道以及右線橫向聯(lián)絡(luò)通道總長度 482.69 m,面積約1200m2,按列車定員計算,人均約 0.98 m2,因此所有疏散人員均能進入疏散通道,不存在人員擁堵問題。

表1 疏散通道疏散能力

隧道火災(zāi)通風按同時僅一處火災(zāi)進行設(shè)計,列車火災(zāi)規(guī)模為 20MW?；馂?zāi)通風采用縱向排煙方式,根據(jù)著火點位置啟動風機進行排煙,火災(zāi)通風按控制事故區(qū)段縱向風速大于 2.5m/s確定,同時向疏散通道內(nèi)加壓送風,維持通道正壓,以確保人員安全疏散。隧道正洞設(shè)置 SDS-(R)-11.2可逆射流風機 16臺,單臺功率 55 kW,此外每個疏散通道頂部均設(shè)置 SDS-8型射流風機 2臺,斜井處設(shè) 4臺射流風機,單臺功率11 kW,火災(zāi)時射流風機全部開啟并能保證疏散通道防火門處空氣流速不小于 0.7m/s。

2 大瑤山隧道群防災(zāi)定點

武廣鐵路客運專線大瑤山隧道群位于瑤山山區(qū),受武水支流九峰水和大源河下切影響,該段分設(shè)大瑤山 1號、2號、3號隧道,隧道群全長 24.706 km。大瑤山 1號隧道進口距郴州西車站 48.371 km,大瑤山 3號隧道出口距樂昌東車站 11.168 km。隧道群中間出露部分較短,合計僅 208.37m,其中大瑤山 1號和2號隧道之間間距 170.07m,大瑤山 2號和 3號隧道之間為湮眺中橋 38.3m。

隧道防災(zāi)疏散分別在 1、2號隧道和 2、3號隧道之間分別設(shè)置定點,1、2號隧道之間黃土灣處為主定點,2、3號之間湮眺處為輔助定點,黃土灣主定點長 600 m,考慮發(fā)生災(zāi)害情況下列車的緊急?？?湮眺輔助定點長 400m,考慮非火災(zāi)情況下的列車緊急?？?。隧道輔助坑道布置如圖3所示。

圖3 隧道輔助坑道布置示意(單位：m)

黃土灣定點在 1號隧道出口及進口區(qū)段分別增設(shè)Ⅰ號和Ⅱ號疏散通道,并在黃土灣大橋兩端設(shè)置下橋通道,疏散口通過洞外道路接入疏散場地。1～4號疏散通道口之間距離分別為 295、170、185m,合計 650 m。疏散場地面積 800m2,通過改造道路接入地方公路。黃土灣定點疏散平面布置如圖4所示。

圖4 黃土灣定點疏散示意(單位：m)

湮眺定點在 2號隧道出口增設(shè)Ⅲ號疏散通道,利用 3號隧道進口橫洞作為Ⅳ號疏散通道,并在湮眺中橋兩側(cè)設(shè)置下橋通道,5～8號疏散通道口之間距離分別為 210.6、38.3、131.1 m,合計 380 m。由于施工場地狹窄,疏散場地分設(shè)兩處,場坪面積各 600m2,通過改造道路接入地方公路。湮眺定點疏散平面如圖5所示。

圖5 湮眺定點疏散示意(單位：m)

3 有關(guān)問題的探討

《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》(TB10063—2007)明確了隧道兩側(cè)需設(shè)置貫通的救援通道,并對利用橫通道設(shè)置緊急出入口進行了一定的說明,此外對防災(zāi)原則、火災(zāi)規(guī)模以及防火標準等缺乏明確的要求,瀏陽河隧道和大瑤山隧道群防災(zāi)設(shè)計中對相關(guān)問題進行了一定的研究,采用的有關(guān)原則和設(shè)計參數(shù)供研究探討。

3.1 防災(zāi)設(shè)計的基本原則

鐵路隧道防災(zāi)應(yīng)以保證旅客和司乘人員安全為主要目標,并在條件允許的情況下盡量減少火災(zāi)對車輛、線路設(shè)施以及隧道結(jié)構(gòu)的破壞,以便迅速恢復鐵路大動脈的暢通。依據(jù)以上的防災(zāi)目的,考慮鐵路運營的實際情況,確定隧道防災(zāi)設(shè)計基本原則。

(1)列車應(yīng)具備自檢能力并在進入特長或特定的隧道、隧道群前進行嚴格自檢,在不能確保安全時應(yīng)停在兩端車站內(nèi)或區(qū)間明線上,不得進入隧道。進入隧道列車若發(fā)生火災(zāi),應(yīng)通知有關(guān)部門和前后方兩端車站做好消防準備,并進行安全評估,在可控的情況下盡量將列車開出隧道,避免將列車停留在隧道內(nèi)。

(2)隧道內(nèi)防災(zāi)應(yīng)采取“以引導旅客疏散為主”的設(shè)計原則,在適宜地段設(shè)置定點,集中進行逃生和消防,定點設(shè)置應(yīng)考慮有利于人員逃生和突發(fā)事故的處理。

(3)疏散定點結(jié)合線路開行列車車輛編組及定員,考慮人員疏散通道、疏散場坪、與干線公路及市鎮(zhèn)銜接等,以保證人員安全、救護及減災(zāi)的需要,疏散通道應(yīng)采用無障礙設(shè)計。

(4)通道及防災(zāi)區(qū)段應(yīng)設(shè)置通風、報警、照明、消防等設(shè)施。

(5)在逃生通道的橫向聯(lián)通道與主洞的交界處設(shè)置防護門,防止主洞的煙霧蔓延到逃生通道。

3.2 列車定員

防災(zāi)需要考慮的疏散人員總數(shù)應(yīng)根據(jù)行車編組確定,動車組定員相對固定,以 CRH2-300型動車為例,8輛編組(6M2T)定員 610人,重聯(lián)定員1 220人,普通列車超員現(xiàn)象比較普遍,設(shè)計時應(yīng)考慮超員的影響,適當放寬疏散人數(shù)。

3.3 火災(zāi)的處理流程

借鑒國外長大隧道火災(zāi)消防經(jīng)驗,火災(zāi)處理共分6步,建議的處理流程如圖6所示。

3.4 火災(zāi)規(guī)模及疏散時間

圖6 隧道火災(zāi)處理流程

客運列車由于體形較大,單節(jié)車廂的長度均在 20 m左右,寬度超過 3m,高度近 4m,其內(nèi)的可燃物數(shù)量較多,如座椅、裝修材料及旅客行李等,國內(nèi)目前尚無對客運列車的實體火災(zāi)實驗及相關(guān)的火災(zāi)規(guī)模統(tǒng)計數(shù)據(jù),武廣防災(zāi)分析借鑒國外相關(guān)研究及實驗的結(jié)果來確定火災(zāi)規(guī)模,英國的研究表明：舊式硬座車廂火災(zāi)規(guī)模峰值約 16MW,新式采用阻燃材料座椅的硬座車廂火災(zāi)規(guī)模約 7MW。1994年 SP-Fire在挪威一個廢棄的礦井內(nèi)針對德國城際列車進行了一組全尺寸的火災(zāi)試驗,該車廂長 20.6m,寬 2.7m,高 3m,在火災(zāi)發(fā)生約 23min后,熱釋放率達到峰值,約為 13.5MW。澳大利亞 CSIRO曾經(jīng)對澳大利亞客運列車做過全尺寸火災(zāi)試驗,試驗雖然沒有給出列車車廂的火災(zāi)規(guī)模,但試驗表明,火災(zāi)在 140 s后達到轟燃,火勢在整個車廂內(nèi)迅速蔓延,轟燃 10 s后,大量的高溫煙氣通過車窗及車門溢出車廂,形成巨大的羽流,轟燃 35 s后,所有的可燃物都被引燃。同時,車廂在達到轟燃后,火災(zāi)規(guī)模的峰值由通風控制。武廣鐵路客運專線列車主要為CRH2、CRH3型動車組,列車在座椅、內(nèi)裝修及開口條件上均有一定的差別,為兼顧可能產(chǎn)生的火災(zāi)規(guī)模,并加以保守考慮,參考以上國外對普通列車火災(zāi)試驗數(shù)據(jù),取火災(zāi)規(guī)模為 20MW設(shè)計。

根據(jù)隧道斷面,利用 Gambit建立隧道模型,隧道長度取1 000m,模擬計算表明：火災(zāi)點煙氣溫度較高,密度較低,因此在火災(zāi)開始的很長一段時間內(nèi)(500 s左右),煙氣一直位于隧道上部 2m以上的空間,隧道下部仍然是新鮮空氣,早期煙氣的這種性質(zhì)有利于人員逃生。600 s后,煙氣開始逐漸下沉至 2m以下,隧道下風方向才形成煙霧全斷面推進。600 s時,煙氣已經(jīng)充滿整個隧道,而無風狀態(tài)下火災(zāi)煙氣降至 2m的時間約為 600 s,而一節(jié) 122人的車廂疏散時間約 110 s,遠遠小于煙氣下降的時間,而剩余的時間足夠疏散人員進入疏散通道逃生。無風狀態(tài)下 120 s時煙氣分布如圖7所示。

圖7 無風狀態(tài)下 120 s時煙氣分布云圖

3.5 疏散定點、疏散通道及疏散場地

疏散定點應(yīng)考慮火災(zāi)對周圍環(huán)境的影響并結(jié)合線路條件設(shè)置,避免列車火災(zāi)引起森林火災(zāi)、環(huán)境污染等次生災(zāi)害,并有利于疏散人群、滅火救援。疏散定點應(yīng)盡量設(shè)置在洞外,以減少煙氣的影響,并配備足夠的照明、消防設(shè)施,以避免狹小陰暗條件下疏散人員產(chǎn)生畏懼、恐慌心理,導致遲疑、行動緩慢、判斷錯誤等行為,影響逃生。疏散定點應(yīng)有足夠的疏散口,保證所有疏散人員能夠在火災(zāi)威脅安全之間進入疏散通道或安全空間。瀏陽河隧道疏散定點設(shè)置在隧道中部線路最低點,定點的設(shè)置結(jié)合了排水的需要,同時考慮了列車發(fā)生災(zāi)害后失去動力情況下的溜滑狀況,大瑤山隧道群長度分別為 10、6、8 km,防災(zāi)定點設(shè)置在隧道之間,并以外露 170m長的黃土灣定點作為主定點。

疏散場地及疏散通道一般結(jié)合施工輔助坑道以及洞外施工場地設(shè)置,并在施工前進行規(guī)劃。疏散場地應(yīng)設(shè)置在安全的地點,并有足夠的面積,除容納疏散人員外,尚需考慮指揮、救援、通信、交通等車輛停靠的需要,疏散場地應(yīng)盡量利用施工場地,并與市政道路順暢連接,疏散通道寬度應(yīng)根據(jù)疏散能力確定,疏散通道內(nèi)應(yīng)設(shè)置報警電話、通風、照明、監(jiān)控、指示標志等,疏散通道與正洞銜接處應(yīng)設(shè)置防煙門,疏散通道出口應(yīng)設(shè)置防護門,出口外應(yīng)開闊、平整,避免將出口設(shè)置在危巖、深溝、水池邊。

4 結(jié)語

隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展,人們的安全意識越來越突出,鐵路防災(zāi)得到了建設(shè)、運營和設(shè)計單位高度重視,武廣鐵路客運專線防災(zāi)設(shè)計在國內(nèi)尚缺乏相關(guān)規(guī)范的情況下,首次系統(tǒng)、全面設(shè)計了隧道火災(zāi)情況下的報警、通信指揮、疏散、救援等方面,改變了以往防災(zāi)模式單一、無系統(tǒng)的缺點,對生命和財產(chǎn)安全能夠起到有力的保障作用。

[1]TB10063—2007,鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范[S].

[2]孫海富.石太鐵路客運專線太行山、南梁長大隧道防災(zāi)救援設(shè)計研究[J].鐵道標準設(shè)計,2009(11).

U238;U 458

A

1004-2954(2010)01-0135-04

2009-12-03

管鴻浩(1972—),男,高級工程師,1995年畢業(yè)于西南交通大學,工學學士。