史先偉

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司橋梁隧道處，西安 710043)

1 工程概況

西安至成都客運專線設計速度目標值250 km/h，工程北起陜西省西安市，自在建西安北客站引出，經(jīng)戶縣進入秦嶺山區(qū)，在此形成以6座特長隧道為主的密集特長隧道群，經(jīng)佛坪縣、洋縣與陽安線并行接入漢中車站;出站后，跨漢江取直經(jīng)寧強，翻越米倉山進入四川境內(nèi)，沿潛溪河而下跨嘉陵江引入廣元地區(qū)，后跨白龍江至寶成線北側(cè)，前行經(jīng)劍閣、厚壩引入江油站。本線列車追蹤間隔按3 min設計。城際列車采用8輛編組，其他均為 16輛編組。長編組列車定員1 200人/列，短編組列車定員600人/列。

西成客運專線穿越秦嶺山脈和米倉山山區(qū)。秦嶺山勢陡峻，溝壑縱橫狹窄，植被茂密，形成百余公里的長大密集隧道群，特點是隧道長、占線路比重大，并且成群密集分布，隧線比高，越嶺長大隧道群多，在我國鐵路客運專線建設中和世界運營的高速鐵路中實屬罕見，進行山區(qū)客運專線隧道群防災救援模式及疏散方案研究十分必要。

2 國內(nèi)外隧道防災救援介紹

鐵路隧道火災事故的原因:隧道方面、機車方面、車輛方面、人為縱火。

鐵路隧道火災的特點:燃燒猛烈、溫度高、爆炸頻繁、煙氣毒性大、容易復燃、火災撲滅難度大、損傷嚴重。

以下為國內(nèi)外部分特長隧道防災救援設置情況介紹。

2.1 日本

日本為了預防長大隧道內(nèi)的列車火災等事故，隧道內(nèi)裝備:聯(lián)絡設備、消防設備、照明設備、距離出口顯示、接觸網(wǎng)特殊供電設備、列車防護開關(guān)等。

在修建新干線過程中，將明線小于400 m的相鄰隧道設定為1個火災對策分區(qū)，統(tǒng)一設置相應的火災對策設施;隧道內(nèi)發(fā)生火災時應貫徹“繼續(xù)運行，脫出隧道，停在最適合乘客避難道位置是最有效的”的基本方針。隧道內(nèi)發(fā)生列車火災的場合，如能在15 min以內(nèi)駛出隧道，原則上應在洞外停車處理;若列車火災和列車故障同時發(fā)生，不得不在隧道內(nèi)停車，應考慮相應對策，確保安全。

日本在青函超長隧道中，采用“能夠進行消火、避難的地點設置定點”的火災對策，隧道內(nèi)設2處避難車站。日本青函隧道由3條隧道組成。主隧道全長53.85 km(其中海底部分23.3 km，陸上部分本州一側(cè)為13.55 km，北海道一側(cè)為17 km)。另有2條輔助坑道:一是調(diào)查地質(zhì)用的先導坑道;二是施工輔助坑道(2條坑道高4 m、寬5 m，均處在海底)。

平行導坑與正洞的中線間距30 m，兩者之間每隔600 m用橫向通道連接用于安全疏散。為確保列車的準時、高速、安全運行，在函館設指令中心，對列車的運行實施監(jiān)控，還在隧道內(nèi)建有2座避難車站和8個熱感應點，裝有火災探測器、自動噴水滅火裝置、地震早期探測系統(tǒng)、漏水探測器等設備。一旦發(fā)生危險，列車可迅速就近駛?cè)氡茈y車站，乘客可通過兩側(cè)能收容上千人的避難所或傾斜坑道脫離險境。

2.2 英法海峽隧道

英法海峽隧道由3條隧道和2個終點站組成。3條隧道平行排列，中間為輔助隧道(直徑為4.8 m)，用于兩運營隧道的維修和救援工作。輔助隧道用以設置通風系統(tǒng)及作為安全通道和避難所。兩行車隧道之間每隔375 m設一橫向通道(直徑3.3 m)與輔助隧道連接，以便在緊急情況下旅客能去輔助隧道內(nèi)避險或換乘另一行車隧道的列車。在輔助隧道的1/3和2/3處，分別為兩運營隧道修建了橫向聯(lián)接隧道。當鐵路出現(xiàn)故障時，可把在一側(cè)隧道內(nèi)運行的列車轉(zhuǎn)入另一隧道繼續(xù)運行，而不中斷整個隧道的運營業(yè)務(圖1)。在整個隧道中設4個交叉渡線以連通2條行車線路，使列車可轉(zhuǎn)線或折返。

在英法海峽隧道防火救災系統(tǒng)的設計中，包括了預防、滅火和救援等方面的內(nèi)容，救援方案主要是通過橫通道與服務隧道相連，并在隧道內(nèi)設多處渡線。列車發(fā)生火災時，首先考慮把列車拉出隧道進行滅火。如果由于特殊原因火災列車必須停在隧道內(nèi)，則考慮讓燃燒的部分從列車上脫鉤分離，并把未受影響的列車部分送回地面;或把旅客疏散到服務隧道中進行滅火。

圖1 英法海峽隧道結(jié)構(gòu)

2.3 德國

德國新干線高速鐵路屬客、貨混運型，且隧道約占線路長度的1/3。德國制定了非常嚴格有效的防范措施。

(1)禁止無加固和防護措施的貨物列車或裝有危險貨物的列車駛?cè)胨淼馈?/p>

(2)盡可能減少客、貨列車在隧道內(nèi)交會，并要求限速運行。

(3)專門制造了2列隧道救援列車，隨車帶有醫(yī)療衛(wèi)生救助設備，并同地方政府共同組織消防、救援隊，當出現(xiàn)意外事故時，能及時進行搶救。

(4)在高速新干線上采用新型防災報警系統(tǒng)MAS90:包括 LSMA隧道氣流報警器(在長度大于1.5 km的隧道內(nèi)安裝)、BMA火災報警儀、隧道口坍方報警信號裝置(EMA)、隧道兩端及隧道內(nèi)每1 000 m(早期600 m)設置應急電話(NR)，僅需扳動手柄就可打開電話箱，緊急呼叫的信息具有絕對優(yōu)先權(quán)。

2.4 西班牙

西班牙瓜達拉馬隧道對其消防救援方案及措施進行了全面充分的設計。

(1)利用雙線單洞隧道的有利條件，在2座隧道之間每隔250 m用橫通道相連，形成隧道間互救、聯(lián)絡的防災救援格局。

(2)在2座隧道中央的隔離墻內(nèi)設置500 m的定點消防及救援系統(tǒng)。

(3)設有完善災情監(jiān)測、探察和災情預警設施。包括溫度探測器、煙霧探測器、有毒氣體探測器、TV攝像監(jiān)視系統(tǒng)、報警裝置、專用消火栓等。

西班牙的瓜達拉馬隧道為雙洞單線隧道，2座隧道之間每間隔250 m用橫通道相連，形成隧道間互救、聯(lián)絡的防災救援格局，并在2座隧道中央的隔離墻內(nèi)設置500 m的服務隧道，做為定點消防及救援系統(tǒng)。疏散點斷面示意如圖2所示。

圖2 疏散點斷面示意

2.5 石太客運專線太行山隧道

太行山隧道長27 839 m，為2條單線隧道，線間距35.0 m，與南梁隧道(長11 526 m)緊臨，中間隔孤山大橋相望，相距184 m，在南梁隧道內(nèi)需由2條單線隧道(線間距35 m)逐漸過渡為1條雙線隧道(線間距4.6 m)。太行山、南梁隧道設置2個“緊急救援站”，“緊急救援站”長度為550 m，其中1號救援站設在太行山隧道5號斜井與正洞交叉部位，2座單線隧道之間設排煙豎井1處(豎井內(nèi)凈空直徑為5.0 m，豎井深度為248.55 m)。2號救援站設在太行山隧道進口端，南梁隧道2號斜井作為隧道緊急出口。

“緊急救援站”的標準:設置在太行山、南梁隧道中的“緊急救援站”構(gòu)造形式是最簡單的，立足于2座單線隧道間互為救援，“緊急救援站”由正洞停車區(qū)域、疏散站臺、橫通道和橫通道內(nèi)等待區(qū)域組成，其中橫通道內(nèi)等待區(qū)域是以橫通道斷面為基礎(chǔ)擴大而成，如果人員能夠立即疏散到洞外，可以不設置等待區(qū)域。正洞停車區(qū)縱向長度設計550 m;疏散站臺總寬度230 cm(其中通道寬度170 cm);2座單線隧道間的橫通道沿停車區(qū)域60 m設1處，每個救援站設9個橫通道。1號“緊急救援站”由于人員需要在隧道內(nèi)等待救援列車的到來，因此在橫通道內(nèi)設置等待區(qū)域，等待區(qū)域采用加寬的橫通道斷面，寬6 m;2號“緊急救援站”緊臨洞口，人員通過橫通道到達另一座隧道后直接疏散到隧道外，在隧道進口設引接道路到附近的鄉(xiāng)村道路。

給排水消防系統(tǒng):在1、2號緊急救援站內(nèi)各設高壓細水霧消防系統(tǒng)1套，細水霧消防水泵與通風系統(tǒng)聯(lián)動，當著火列車駛?cè)刖仍?，通風機啟動同時細水霧消防水泵啟動，細水霧消防管道充水，達到消防狀態(tài)，待消防結(jié)束后手動關(guān)閉。

通信系統(tǒng):為線路維護人員配置5臺OPH手持臺，在隧道維護時攜帶使用。在太行山隧道、南梁隧道單線隧道間所有的橫通道內(nèi)設置應急通信。

2.6 武廣客運專線大瑤山隧道群

武廣客運專線大瑤山地段為3座長大隧道組成的隧道群，相鄰洞口距離分別僅為169、45 m，洞口之間的明線長度小于列車長度，且為橋梁。隧道為單洞雙線隧道，凈空達到100 m，最長隧道為1號隧道，長10 080 m，防災問題突出。以消滅火災于初期，盡量使列車駛離隧道，實施洞外救援為第一原則。

隧道群設置定點消防，隧道段消防定點為黃土灣大橋和湮眺中橋，當條件許可時，列車應?？織蠲飞杰囌净蛐聵凡囌?，并利用隧道施工中使用的平導、橫洞和斜井設置逃生通道，通道內(nèi)設置射流風機，提供正壓送風。除進出口外，隧道群共設置逃生用平導(或橫洞)5處，送風道3處。黃土灣大橋和湮眺中橋橋面已加寬，滿足旅客逃生和救援的需要，橋面寬度應考慮在外界自然風的作用下高溫火焰和有毒煙霧對下風方向逃生人員和橋面設施的影響，并在兩端設置逃生天橋，從橋面通向橋下安全地帶。在隧道兩端的車站應常年配備消防、救援人員和物資。

隧道群位于崇山峻嶺之間，定點處交通極為不便，需研究客運專線專用消防車，具備鐵路和公路兩種行駛條件，能夠排煙和滅火，并具備緊急救護的能力。

3 防災救援的主要設計原則

結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀及處理此類問題的思路，考慮到本段特點是隧道長、占線路比重大，并且成群密集分布，兩相鄰隧道間多以橋梁連接，隧道群地段防災問題非常突出。提出的防災救援及安全疏散主要原則如下所述。

(1)隧道防災救援貫徹“以防為主，防消結(jié)合，方便自救，安全疏散”的原則，健全防災救援系統(tǒng)，預防災害發(fā)生，減輕發(fā)生災害所產(chǎn)生的影響。

(2)針對隧道內(nèi)災害的特點，防災以防止旅客列車發(fā)生火災為主，采取可靠的防火措施和消防手段，做到安全可靠，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，使用維修方便。全線防災救援能力按同一時間相鄰兩區(qū)間內(nèi)只發(fā)生一次火災考慮。

(3)隧道群地段統(tǒng)一考慮設置消防或疏散定點，定點盡量設在路基、車站等明線處，通往定點處的道路須能保證救援車輛和人員設備快速抵達，以滿足旅客逃生和救援需要。

(4)充分利用施工時的輔助坑道設置逃生通道，逃生通道內(nèi)設置射流風機提供正壓送風，并設置防煙門。

(5)火災通風結(jié)合運營通風系統(tǒng)設置，列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災時應盡量駛出洞外，否則應啟動防災通風?；馂墓r下，應對洞內(nèi)風向、風速進行控制;風機開啟的方向應根據(jù)列車不同著火部位而定。

(6)預防火災須加強列車火災檢測及車內(nèi)設備和旅客攜帶物品的檢查。

4 山區(qū)客運專線的防災救援及安全疏散方案

4.1 防災救援及安全疏散模式

隧道內(nèi)的救援疏散的模式須考慮洞內(nèi)疏散和定點疏散兩種情況，列車著火后，原則上應該將列車拉至洞外的救援疏散定點，但當列車發(fā)生機械故障或脫軌，列車不能繼續(xù)行走時，需進行洞內(nèi)安全疏散。

4.1.1 著火列車可繼續(xù)行走的情況

繼續(xù)行走，拖至最近的消防定點或者最近的救援疏散定點，在定點前方1 000 m處應設有停車指示。通過防災信號系統(tǒng)，列車上將失火列車的信號發(fā)給防災管理部門，同時，在線路上檢測到最近的救援疏散定點和剎車位置，進行停車疏散，旅客從橋上和隧道內(nèi)救援通道行至救援停車場或者公路上，等待救援。同時通過廣播引導旅客向未著火車廂疏散，組織實施滅火。

4.1.2 著火列車不得不在隧道內(nèi)停車的情況

當列車在隧道中失火，失去動力，不得不在隧道內(nèi)停車時，旅客逃生是首要的，主要通過隧道兩側(cè)的逃逸通道和長隧道內(nèi)預留的輔助坑道盡快疏散。為保證隧道內(nèi)疏散安全，進行輔助的救援疏散通風及救援照明。

4.2 救援疏散時間的確定

對隧道的防災救援和安全疏散分析結(jié)果，影響隧道火災量級并最終影響生命安全的主要參數(shù)是“時間”，即發(fā)現(xiàn)火災的時間;發(fā)出警報的時間;確定火源地點的時間;實現(xiàn)應急反應過程的時間。根據(jù)國內(nèi)外火災試驗結(jié)論:火災時，一般在起火后2～10 min內(nèi)溫度即達到最高，且煙霧在20～30 s內(nèi)即充滿整個隧道斷面，能見度降到1 m左右。所以必須在這寶貴的時間里面實現(xiàn)人員的安全疏散，并以此來確定防災救援和安全疏散的標準和原則。

日本于北陸隧道列車火災事件后的1974年10月在宮古線猿山卡山隧道進行的帶火列車運行試驗資料表明，一定條件下，在保證1節(jié)車廂內(nèi)的火災不向其他車廂蔓延繼續(xù)運行可能的時間約15 min。與國外旅客列車相比，我國的旅客列車車輛的制造材質(zhì)不同，且其編組及乘客人數(shù)都較多，一旦列車著火，著火成災的時間較短，旅客疏散的時間較長，必須的安全疏散時間應小于火災發(fā)展到危險狀態(tài)的時間(取15 min)。

必須的安全疏散時間=火災探測時間+預動作時間+Tm人員移動時間(其中火災探測時間和預動作時間包含在Ty運行時間之內(nèi))。

4.3 “救援疏散定點”的布置

4.3.1 列車運行時分分析

本次研究，車站內(nèi)均設救援點，在此基礎(chǔ)上，按運行時間(Ty)不大于10 min進行檢算，在大于10 min的區(qū)間內(nèi)，結(jié)合地形情況，利用兩端隧道及其間的明線(橋梁或路基)設置為救援點。

4.3.2 疏散時間確定

以動車組1節(jié)車廂的疏散為計算依據(jù)，采用英國格林威治大學開發(fā)的buildingEXODUS軟件計算，考慮最不利情況，動車組車廂二等車廂核定載員98人，超載20%，即車廂內(nèi)載人120人，單側(cè)疏散。

人員全部疏散出車廂所用時間為t1=186 s=3.1 min

在疏散點，列車所處位置如圖3所示。

圖3 疏散點示意

在疏散點，隧道進行了加寬，最后一個人下車之后，從隧道內(nèi)逃至洞口所用時間為行走距離除以行走速度，資料表明，人在災難發(fā)生時平均行走時間為1.2 ～1.3 m/s，則人行走時間 t2=L1/1.2，Tm=t1+t2。

4.3.3 布點方案

綜上分析，結(jié)合本線車站分布情況，在戶縣東站、佛坪站、洋縣西站、漢中站、寧強南站等設置5處消防點，其余山區(qū)橋隧相連地段按25 km左右設置疏散定點，共設置菜子坪、東流水、麻河、酉水河、大水溝等5處。消防定點布置如圖4所示。

考慮戶縣東站距佛坪站近95 km，距離過長，因此選擇地形相對開闊的菜子坪疏散定點，增設消防設施。救援疏散時間見表1，救援疏散定點里程見表2。

4.4 救援通道、緊急出口和避難所

(1)所有隧道均雙側(cè)設置全長貫通的救援通道:其寬度為1.5 m(自同側(cè)線路中線外2.3 m起算)、凈高為2.2 m，救援通道走行面高于軌面30 cm(圖5)。

圖4 救援疏散點分布(單位:km)

表1 救援疏散時間 min

表2 救援疏散定點里程

圖5 雙線隧道救援通道(單位:cm)

(2)隧道施工完成后，6～10 km的隧道預留1座、10 km以上的隧道預留2座輔助坑道，按永久結(jié)構(gòu)進行設計，作為運營期間防災救援的緊急出口，受地形條件限制，斜井較長時，可做為臨時避難所，逃逸旅客等待救援。斜井口設置停車場地，施工便道運營期間進行維護可保持通車。

5 疏散定點設計

本線城際列車采用8輛編組，其他均為16輛編組，長編組列車定員1 200人/列，短編組列車定員600人/列。因此疏散點長度按500 m考慮，在隧道口兩側(cè)設置逃逸通道至救援車場等待救援。疏散點布置示意如圖6所示。

圖6 疏散點布置示意(單位:m)

5.1 疏散定點設計

5.1.1 洞內(nèi)疏散

將位于疏散點段的隧道凈寬單側(cè)加寬1.5 m，則單側(cè)疏散通道加安全空間為3 m，可滿足疏散需要，另考慮疏散點在隧道內(nèi)最長約200 m，因此不單獨設置排煙設施。

5.1.2 洞內(nèi)疏散通道寬度的選擇

洞內(nèi)單側(cè)總的疏散寬度是3 m，洞外救援通道由施工便道改建，寬度4.5 m。為了確定疏散寬度的安全、可靠性，采用buildingEXODUS進行動態(tài)的救援疏散模擬。在救援點，列車在洞內(nèi)的部分最長是208 m，建模考慮在洞內(nèi)最長列車為6節(jié)車廂。

通過改變救援通道的寬度，分析人員疏散時間，如圖7所示。

圖7 人員疏散時間

圖7中1，2，3，4四條曲線為洞內(nèi)救援通道寬度分別為3 m(加寬 1.5 m)，2.5 m(加寬 1 m)，2 m(加寬0.5 m)，1.5 m(不加寬)時的救援疏散時間曲線。由圖7可見，加寬1.5 m，救援疏散時間明顯減小，且小于5 min，能滿足救援疏散的要求。因此加寬1.5 m能滿足疏散時間的要求。

5.1.3 橋上疏散

本線橋梁設計寬度12 m，兩側(cè)人行道寬度1.3 m，可作為橋梁上的防災疏散通道。橋梁上的防災救援和安全疏散具體步驟為:旅客從事故列車下至橋梁上的疏散通道，再沿疏散通道到達兩側(cè)橋頭，由橋頭兩側(cè)設置的逃逸通道至救援車場等待救援。

5.1.4 路基段疏散

考慮救援疏散的需要，在救援疏散定點，路基斷面進行適當加寬后設置疏散通道。

5.1.5 線外救援通道

線外救援通道由施工便道改建，寬度4.5 m，救援停車場可由施工場地改建。

6 綜合分析

本文針對著火列車可繼續(xù)行走的情況提出定點疏散，針對著火列車不得不在隧道內(nèi)停車的情況提出洞內(nèi)疏散，后者在《高速鐵路設計規(guī)范》(試行)中也提出了相應的要求，在此主要針對前者進一步研究，主要提到Ty—運行時間、Tm—人員移動時間，并且Ty+Tm≯15 min。Ty決定于疏散定點的分布間距，Tm決定于疏散定點處的隧道洞內(nèi)疏散通道的加寬尺寸，在類似工程外在因素已定的情況下，合理布置疏散定點、合理選擇疏散通道的加寬尺寸是決定該工程的防災救援及安全疏散方案是否經(jīng)濟合理、安全可靠的重要因素。

防災救援及安全疏散是一系統(tǒng)工程，除上述以外還需考慮應急通風、應急照明、應急通信方案及消防、隧道火災報警系統(tǒng)、應急供電系統(tǒng)等。

7 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的客運專線在中西部山區(qū)修建實施，山區(qū)客運專線的防災救援及安全疏散也越來被人們重視，雖然目前已有部分工程實例，并為業(yè)內(nèi)積累了一定的經(jīng)驗，但是如何因地制宜地選擇一套經(jīng)濟合理的防災救援及安全疏散方案將值得進一步深入研究。

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