秦小光

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)研究

秦小光

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

針對(duì)城市鐵路隧道主要災(zāi)害及其特點(diǎn)，對(duì)城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)進(jìn)行分析研究，提出適合我國(guó)城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)方案，系統(tǒng)應(yīng)集隧道數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制、管理及隧道日常養(yǎng)護(hù)于一體，使視頻、音頻、無(wú)線頻道、控制數(shù)據(jù)在一體化軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控，為鐵路隧道行車安全提供保障。

城市鐵路隧道;防災(zāi)救援;監(jiān)控;報(bào)警

1 概述

與城市軌道交通地下隧道類似，城市鐵路地下隧道修建于城市地下，是一種合理利用城市空間、優(yōu)化軌道路網(wǎng)、緩解城市交通壓力的有效公共交通工具，但因受車站規(guī)模、列車運(yùn)輸性質(zhì)、列車運(yùn)量等因素影響，城市鐵路隧道工程土建、車輛、設(shè)備設(shè)施有別于城市軌道交通地下隧道工程。

城市鐵路隧道工程有以下特點(diǎn):(1)站間距大，地下隧道較長(zhǎng)。北京站至北京西站地下直徑線全長(zhǎng)9.156 km(隧道部分7.285 km)，天津站至天津西站地下直徑線全長(zhǎng)約5.2 km(隧道部分3.61 km)，晉祠隧道全長(zhǎng)8.8 km，太西隧道全長(zhǎng)3.36 km，較一般城市地鐵隧道1.0～1.5 km要長(zhǎng)，隧道系統(tǒng)也相對(duì)復(fù)雜。(2)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、風(fēng)險(xiǎn)度大。城市鐵路隧道下穿城市江河、湖泊、橋梁、街道、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)等建筑物，建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多，防災(zāi)救援難度大、事故影響面廣，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度大。(3)車輛運(yùn)行速度快，城市鐵路隧道中客貨車運(yùn)行速度大于80 km/h，甚至到達(dá)200 km/h以上，遠(yuǎn)高于城市軌道交通40～80 km/h的運(yùn)行速度。因?yàn)樯鲜鲈?，城市鐵路隧道防災(zāi)救援疏散系統(tǒng)尤顯重要。

2 致災(zāi)因素分析及防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 致災(zāi)因素分析

城市鐵路隧道災(zāi)害根據(jù)其表現(xiàn)形態(tài)分為自然災(zāi)害、行車事故、線路病害、環(huán)境破壞和人為破壞5種。本文主要研究自然災(zāi)害的防災(zāi)救援技術(shù)，城市鐵路隧道涉及致災(zāi)因素有火災(zāi)、水災(zāi)、地震、隧道口異物侵限、有害氣體等多種，尤其火災(zāi)因素更為突出。

火災(zāi)是影響鐵路運(yùn)輸安全的主要因素，火災(zāi)不但能燒掉物質(zhì)財(cái)富，中斷運(yùn)輸生產(chǎn)，打亂運(yùn)輸秩序，甚至還會(huì)奪去人們的生命和健康，造成強(qiáng)烈的社會(huì)影響和無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。尤其是城市鐵路隧道，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于隧道空間小，近似處于密閉狀態(tài)，不能自然排煙，煙霧較大，燃燒產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，火勢(shì)發(fā)展迅速;同時(shí)列車乘載人員密度大，隧道橫斷面小，道路狹窄，人員和物資疏散極其困難，消防人員也很難接近火源進(jìn)行撲救。城市鐵路隧道多處于繁華市區(qū)，火災(zāi)事故影響面廣，災(zāi)害造成城市損失大，火災(zāi)是城市鐵路隧道的首要致災(zāi)因素。

水災(zāi)主要指鐵路隧道漏水、涌水，水害會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌裂損、鋪底/仰拱破碎，漏水結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致侵限，城市鐵路隧道建于城市地下，部分區(qū)段下穿河道湖泊，隧道漏水積水影響行車安全，水災(zāi)也是城市鐵路隧道致災(zāi)因素之一。

地震是由于地球某有限區(qū)域能量的突然釋放而引起地球表層振動(dòng)的一種地質(zhì)現(xiàn)象，概率雖然小，但其發(fā)生時(shí)對(duì)鐵路路基、隧道結(jié)構(gòu)等各種設(shè)施的破壞性非常嚴(yán)重。一定強(qiáng)度的地震會(huì)對(duì)高速運(yùn)行的列車造成脫軌、傾覆等影響。地震也是城市鐵路隧道的致災(zāi)因素之一。

隧道口山體滑坡、滾石等，沖破防護(hù)網(wǎng)，落至鐵路限界內(nèi)，會(huì)危害運(yùn)行列車造成高速運(yùn)行的列車脫軌、傾覆，對(duì)高速運(yùn)行列車的危害嚴(yán)重，異物侵限也是城市鐵路隧道的致災(zāi)因素之一。

易燃易爆、有毒有害氣體主要是從鐵路隧道圍巖中析出的氣體和機(jī)車燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣，氣體種類主要有瓦斯、CO、SO2等，這些氣體滯留于隧道內(nèi)，隨時(shí)間濃度逐漸加深，危害旅客、司機(jī)、乘務(wù)人員、維護(hù)維修人員的身體健康，并容易誘發(fā)火災(zāi)事故，是城市鐵路隧道致災(zāi)因素之一。

圖1 城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)

2.2 防災(zāi)救援監(jiān)控及報(bào)警技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)是運(yùn)用多種探測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)隧道災(zāi)害進(jìn)行自動(dòng)探測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害報(bào)警，并實(shí)施聯(lián)動(dòng)救災(zāi)和智能疏

散指揮的自動(dòng)化系統(tǒng)，能有效地進(jìn)行防災(zāi)救災(zāi)，減少災(zāi)害損失。早在20世紀(jì)60年代，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家就相繼開展隧道監(jiān)控及報(bào)警技術(shù)的研究，并根據(jù)各自情況先后開發(fā)了相應(yīng)的隧道監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)，取得了一定研究和應(yīng)用成果。

日本新干線鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控系統(tǒng)在隧道內(nèi)設(shè)置火警探測(cè)、氣流檢測(cè)、通風(fēng)控制、照明控制等監(jiān)測(cè)設(shè)備，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過傳輸系統(tǒng)處理報(bào)警信息，傳送至調(diào)度中心中央系統(tǒng)，行車調(diào)度、電力調(diào)度、工務(wù)調(diào)度直接監(jiān)視報(bào)警信號(hào)。

德國(guó)高速鐵路新線上設(shè)置防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，包括熱軸探測(cè)報(bào)警、隧道氣流探測(cè)報(bào)警、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警、隧道口坍方探測(cè)報(bào)警、隧道內(nèi)應(yīng)急通信。

我國(guó)隨著鐵路建設(shè)發(fā)展，陸續(xù)開展多次隧道防災(zāi)救援技術(shù)研究，多針對(duì)山嶺隧道，由于城市隧道特殊性較強(qiáng)，目前還沒有針對(duì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，多進(jìn)行消防性能化設(shè)計(jì)一事一議。

3 城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)

3.1 總體原則

我國(guó)城市鐵路隧道防災(zāi)系統(tǒng)以預(yù)防火災(zāi)為主，同時(shí)預(yù)防水災(zāi)、地震、異物侵限、有毒有害氣體等多種災(zāi)害，主要技術(shù)有隧道口異物侵限監(jiān)測(cè)、地震區(qū)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、熱軸監(jiān)測(cè)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警、應(yīng)急疏散、視頻監(jiān)控、應(yīng)急通信、防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控等。

我國(guó)城市鐵路隧道為火災(zāi)報(bào)警一級(jí)保護(hù)對(duì)象，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)方案貫徹“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的方針，按同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次災(zāi)害考慮，負(fù)責(zé)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與報(bào)警，聯(lián)動(dòng)控制防災(zāi)救援設(shè)備，及時(shí)排除災(zāi)害，組織指揮搶險(xiǎn)救援。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

城市鐵路隧道通過一體化管控平臺(tái)將隧道防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和隧道防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成，組成城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。如圖1所示。

(1)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用集中式報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)、報(bào)警及消防通信功能。該系統(tǒng)在相鄰主控車站消防控制室設(shè)置集中火災(zāi)報(bào)警控制器、光纖測(cè)溫主機(jī)、監(jiān)控工作站、消防電話主機(jī)。在隧道兩側(cè)頂部設(shè)置感溫光纖火災(zāi)探測(cè)器，隧道兩側(cè)消火栓旁設(shè)置消火栓啟泵按鈕、手動(dòng)報(bào)警按鈕和消防電話插孔，在隧道區(qū)間設(shè)備機(jī)房設(shè)置區(qū)域報(bào)警控制器。集中火災(zāi)報(bào)警控制器和區(qū)域報(bào)警控制器通過光纖組成環(huán)網(wǎng)。

消防電話系統(tǒng)主要包括消防電話總機(jī)(設(shè)置在相鄰主控車站消防控制室)、消防電話分機(jī)(設(shè)置在區(qū)間隧道)及通信電纜等組成，隧道區(qū)間內(nèi)消防電話分機(jī)間隔100m設(shè)置，與消火栓按鈕及區(qū)間手動(dòng)報(bào)警按鈕結(jié)合安裝。

按運(yùn)營(yíng)需求可在相鄰主控車站行車控制室設(shè)FAS系統(tǒng)復(fù)式監(jiān)控工作站，同時(shí)在另一端相鄰車站的消防控制室設(shè)復(fù)示監(jiān)控工作站，在兩個(gè)車站都能實(shí)現(xiàn)全線報(bào)警信息的監(jiān)視，同時(shí)設(shè)置通信接口，向調(diào)度中心傳送報(bào)警信息。

在區(qū)間隧道變電所設(shè)置獨(dú)立氣體滅火監(jiān)控系統(tǒng)，包括氣體滅火控制盤、聲光報(bào)警器、緊急啟停按鈕、放氣指示燈和監(jiān)視控制模塊、感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器等，用于監(jiān)視氣體滅火保護(hù)房間，聯(lián)動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)，并將信息傳送至火災(zāi)報(bào)警控制器。變電所電纜夾層和電纜通道等電纜密集的區(qū)域設(shè)置感溫電纜，每根感溫電纜長(zhǎng)度≤150m，采用蛇形布置方式。

隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要完成區(qū)間隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及發(fā)生火災(zāi)時(shí)的消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制?；馂?zāi)報(bào)警控制器接收來(lái)自感溫光纖探測(cè)系統(tǒng)和手動(dòng)報(bào)警按鈕等的報(bào)警信號(hào)或故障信號(hào)，提供報(bào)警、故障、分區(qū)位置等信息，并將這些信號(hào)傳送至監(jiān)控工作站，在工作站上進(jìn)行報(bào)警顯示，經(jīng)確認(rèn)后采取相應(yīng)措施。

(2)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

軌道上有積水，損害路基壽命，在隧道里有漬水，威脅列車運(yùn)行安全。當(dāng)城市鐵路隧道下穿江河、湖泊等的水域時(shí)，宜在進(jìn)出水域的鐵路隧道兩端防淹門處及隧道內(nèi)低點(diǎn)設(shè)置水位傳感器，監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)積水量。當(dāng)發(fā)生積水時(shí)，發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào);當(dāng)積水水位危害列車行駛安全時(shí)，警笛報(bào)警，經(jīng)人工確認(rèn)后，關(guān)閉防淹門。

(3)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在地震動(dòng)峰值加速度≥0.1g的鐵路區(qū)段，設(shè)置地震加速度計(jì)及強(qiáng)震動(dòng)記錄器等地震信息采集設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ǔ^報(bào)警閥值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。同時(shí)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與國(guó)家地震部門和相鄰線地震系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)地震信息的統(tǒng)一分析處理，具有預(yù)警、報(bào)警及聯(lián)動(dòng)觸發(fā)功能，在地震災(zāi)害時(shí)，能有效控制信號(hào)系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)動(dòng)作，防止運(yùn)行列車進(jìn)入隧道，減少地震災(zāi)害引發(fā)列車事故。

(4)隧道口異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在兩端隧道口分別設(shè)置雙電網(wǎng)傳感器，監(jiān)測(cè)滾石、落物等異物侵限事故，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元上傳至防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析處理，根據(jù)災(zāi)害強(qiáng)度生成各類報(bào)警、預(yù)警信息以及相應(yīng)的行車管制預(yù)案，輔助行車調(diào)度和工務(wù)值班人員進(jìn)行指揮。

(5)氣體/氣流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了保障鐵路相關(guān)人群的健康生存和正常工作，防止有毒有害氣體對(duì)人體造成的傷害，城市鐵路隧道內(nèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置易燃易爆氣體和有毒有害氣體探測(cè)器，并聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)控制有毒有害氣體濃度。根據(jù)鐵路相關(guān)規(guī)定:隧道內(nèi)一氧化碳最高容許濃度為30 mg/m3;在特殊情況下，施工人員必須進(jìn)入工作面時(shí)，濃度可為100 mg/m3;但工作時(shí)間不得大于30 min;CO2按體積計(jì)不得大于0.5%;氮氧化物(換算成NO2)為5mg/m3以下。

3.3 城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控系統(tǒng)

城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控系統(tǒng)主要由隧道消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和隧道防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)組成，并配套設(shè)置應(yīng)急通信系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

隧道消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)為牽頭系統(tǒng)，在確認(rèn)火災(zāi)報(bào)警后，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生位置，按預(yù)先編制控制程序發(fā)布救災(zāi)指令，對(duì)消防設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。主要聯(lián)動(dòng)設(shè)備有:(1)通風(fēng)排煙系統(tǒng)。通風(fēng)排煙設(shè)備為正常工況、阻塞工況和火災(zāi)工況共用設(shè)備，由防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)直接控制，隧道消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和隧道防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)間設(shè)置可靠接口，火災(zāi)時(shí)，防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)接收火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制指令，將設(shè)備轉(zhuǎn)為災(zāi)害模式下運(yùn)行。(2)消防水泵系統(tǒng)。城市鐵路隧道消防泵采用主備方式，設(shè)于隧道內(nèi)或隧道外水泵房，隧道內(nèi)每隔50m設(shè)置消火栓箱，并配有消火栓報(bào)警按鈕、啟泵按鈕，現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，可向火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)消防泵，點(diǎn)亮消火栓啟泵顯示燈。(3)切除非消防電源，火災(zāi)時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)模塊控制變電所低壓柜或現(xiàn)場(chǎng)配電箱內(nèi)的分勵(lì)脫扣器，切斷非消防回路電源，防止次生火災(zāi)發(fā)生。(4)應(yīng)急照明系統(tǒng)，包括隧道兩側(cè)的疏散照明和疏散標(biāo)志，保證地面最低照度≥0.5 Lx，并設(shè)置帶有2 h容量蓄電池的應(yīng)急電源柜作為備用電源。應(yīng)急照明為常亮設(shè)置，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，仍保持疏散標(biāo)識(shí)照明和疏散照明點(diǎn)亮，消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)具有集中強(qiáng)啟應(yīng)急照明的功能。(5)應(yīng)急通信系統(tǒng)，在隧道內(nèi)每隔600 m設(shè)置緊急呼救電話機(jī)，同時(shí)隧道內(nèi)設(shè)置消防無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)，與消防控制室聯(lián)系。在消防控制室設(shè)置有線及無(wú)線電話設(shè)備，與市消防部門、110、120、鐵路局調(diào)度所、列車司機(jī)聯(lián)系，進(jìn)行救援指揮。(6)應(yīng)急廣播系統(tǒng)和綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，

隧道防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)城市鐵路隧道內(nèi)通風(fēng)排煙、給排水、照明等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，保證防災(zāi)救援設(shè)備的正常使用。系統(tǒng)采用分級(jí)、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制、救援中心集中管理的模式，具有防災(zāi)救援設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警、應(yīng)急操作、統(tǒng)一維管的功能;具有正常模式、阻塞模式、故障模式、維護(hù)模式等多種運(yùn)行方式;發(fā)生災(zāi)害時(shí)，優(yōu)先轉(zhuǎn)為災(zāi)害模式運(yùn)行;可以手動(dòng)和自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制、聯(lián)鎖控制、模式控制等控制方式。

3.4 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.4.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案

城市鐵路隧道距離長(zhǎng)，電磁干擾大，環(huán)境惡劣，維修維護(hù)不方便，防災(zāi)救援設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用光纖組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)，一般采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)或雙總線工業(yè)以太網(wǎng)。系統(tǒng)與兩端車站連接，在車站消防控制室設(shè)防災(zāi)救援中心，根據(jù)管轄范圍以其中一端車站為主監(jiān)控，另一端為輔助監(jiān)視。

3.4.2 火災(zāi)探測(cè)技術(shù)

城市鐵路隧道工程火災(zāi)探測(cè)可采用點(diǎn)式感煙/感溫探測(cè)器、線型感溫探測(cè)器(線型感溫光纖/光柵火災(zāi)探測(cè)器、纜式線型感溫探測(cè)器)、火焰探測(cè)器、圖像火災(zāi)探測(cè)器等方式，借鑒公路隧道火災(zāi)探測(cè)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鐵路隧道和鐵路運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，對(duì)以上探測(cè)技術(shù)比選見表1。

表1 火災(zāi)探測(cè)技術(shù)的選擇

火災(zāi)發(fā)生的部位、燃料類型及探測(cè)原理是影響火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)對(duì)隧道火災(zāi)響應(yīng)時(shí)間的重要因素，城市鐵路隧道長(zhǎng)，隧道口/救援站距離車站遠(yuǎn)，車速快，車輛密度大，隧道內(nèi)可燃物較少，主要是區(qū)間強(qiáng)弱電電纜/光纜、隧道機(jī)房電氣設(shè)備、機(jī)車車輛和裝載的客貨物。1987年鐵道部就開始進(jìn)行了“長(zhǎng)隧道火災(zāi)報(bào)警與消防方法的研究”，1993年在秦嶺隧道開展長(zhǎng)隧道熔纜式定溫自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)研究，利用熔纜中線路在受局部高溫溶化短路的特性進(jìn)行隧道火災(zāi)探測(cè);1997年以南昆線米花嶺隧道為依托，開展隧道消防技術(shù)研究，以自行設(shè)計(jì)的光纖熱敏傳感器(OHS)為基礎(chǔ)，研制了“光纖熱敏傳感報(bào)警系統(tǒng)”，并進(jìn)行了工程實(shí)踐。為適應(yīng)基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)也在不斷完善。目前線型光纖或光柵感溫火災(zāi)探測(cè)器成為探測(cè)隧道火災(zāi)的較有效方法之一，我國(guó)《公路隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)條件》(JT/T610—2004)規(guī)定隧道內(nèi)傳感器選擇線型感溫傳感器，城市軌道交通工程地下區(qū)間隧道也采用線型感溫傳感器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)。根據(jù)鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，在隧道機(jī)房可選擇采用點(diǎn)式感煙/感溫探測(cè)器，在隧道軌行區(qū)可選擇采用線型感溫光纖火災(zāi)探測(cè)器作為城市鐵路隧道工程火災(zāi)探測(cè)方式。

3.4.3 隧道積水探測(cè)技術(shù)

水位傳感器分為接觸式和非接觸式兩類，接觸式的有靜壓/差壓液位傳感器、浮球式液位傳感器、磁性液位傳感器等，非接觸式的有超聲波液位傳感器，雷達(dá)液位傳感器等。城市鐵路隧道工程水位探測(cè)和排水應(yīng)選用可用性高的方案，確保隧道內(nèi)不積水，不影響行車。如采用浮球式液位傳感器和超聲波液位傳感器相結(jié)合的方案，排水泵采用主備方式，冗余電源供電等，避免一類傳感器漏報(bào)積水、主排水泵故障或一路電源事故，造成影響行車的事故發(fā)生。

3.4.4 應(yīng)急通信技術(shù)

城市鐵路隧道應(yīng)急通信技術(shù)包括應(yīng)急電話、應(yīng)急廣播和視頻監(jiān)控。應(yīng)急通信采用有線通信和無(wú)線通信相結(jié)合的原則，有線電話終端結(jié)合緊急救援站、橫通道、避難所、緊急出口、洞室、隧道洞口等設(shè)置情況按照500m間隔設(shè)置，在設(shè)置有線應(yīng)急電話系統(tǒng)的同時(shí)，充分利用鐵路專用移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM－R)和450MHz無(wú)線列調(diào)等無(wú)線通信手段。在隧道兩端的出入口、緊急救援站等用于集中疏散的地點(diǎn)設(shè)置應(yīng)急廣播和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并納入相鄰主控車站廣播及綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。行車指揮人員、車站值班人員等相關(guān)操作人員通過綜合視頻監(jiān)控平臺(tái)調(diào)看隧道口圖像，確認(rèn)列車安全駛?cè)搿Ⅰ偝?，確認(rèn)有無(wú)人員進(jìn)出，當(dāng)發(fā)生事故進(jìn)行救援疏散時(shí)，對(duì)隧道口發(fā)生的緊急情況做出直觀判定，進(jìn)行統(tǒng)一指揮。

3.4.5 后備應(yīng)急技術(shù)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用具備高可靠性、容錯(cuò)性、可維護(hù)性的工業(yè)級(jí)控制設(shè)備，具備抗電磁干擾能力，以適用隧道現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，主控制器宜采用冗余結(jié)構(gòu)，并采用后備應(yīng)急設(shè)計(jì)，在鐵路隧道緊急救援站設(shè)置緊急后備盤，盤面以火災(zāi)工況操作為主，操作程序簡(jiǎn)便直接，對(duì)火災(zāi)通風(fēng)排煙模式進(jìn)行集中操控。鐵路隧道火災(zāi)模式復(fù)雜，涉及風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等設(shè)備多，人工手動(dòng)逐個(gè)操作相關(guān)設(shè)備，手續(xù)復(fù)雜，通過緊急后備盤操作方便，又提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了災(zāi)害影響。

3.4.6 熱軸探測(cè)技術(shù)

列車運(yùn)行過程中，車軸與軸承摩擦產(chǎn)生熱量，當(dāng)車軸與軸承間出現(xiàn)故障時(shí)，摩擦力增大，產(chǎn)生的熱量隨之增加，軸箱的溫度也隨之升高，容易引發(fā)火災(zāi)。日本鐵路在隧道進(jìn)口設(shè)置紅外線溫度式火災(zāi)探測(cè)器和減光率式煙霧探測(cè)器，檢測(cè)列車外部火災(zāi)。我國(guó)鐵路在鐵路線路軌道旁設(shè)置紅外線軸溫探測(cè)裝置，采用輻射測(cè)溫技術(shù)，在列車進(jìn)入隧道前對(duì)軸承進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)“熱軸”進(jìn)行報(bào)警。該技術(shù)為非接觸式、靈敏度高、檢測(cè)速度快，簡(jiǎn)單成熟，易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在隧道口設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入隧道列車圖像進(jìn)行輔助監(jiān)控。

3.4.7 隧道口異物侵限監(jiān)測(cè)技術(shù)

隧道口異物侵限監(jiān)測(cè)技術(shù)有雙電網(wǎng)傳感器、線型光纖/光柵傳感器、雷達(dá)探測(cè)器、紅外探測(cè)器、圖像探測(cè)器等，針對(duì)以上探測(cè)技術(shù)比選見表2。

表2 隧道口異物侵限監(jiān)測(cè)技術(shù)的比選

目前在鐵路隧道口應(yīng)用比較成熟的是雙電網(wǎng)傳感器，但是由于影響落石下落軌跡的因素復(fù)雜，落石彈跳改變?cè)\(yùn)行軌跡，易造成誤報(bào)影響行車，可根據(jù)需要采取加長(zhǎng)明洞、設(shè)置主動(dòng)和被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，設(shè)置視頻監(jiān)控、定期巡檢等加強(qiáng)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

城市鐵路隧道建設(shè)應(yīng)結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、氣象條件、地質(zhì)狀況，深入分析城市鐵路隧道運(yùn)營(yíng)安全需求，充分利用先進(jìn)技術(shù)，建立可靠性高、使用性強(qiáng)的城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)，為隧道行車指揮、設(shè)備維修和應(yīng)急救援等相關(guān)安全決策提供技術(shù)支持，及時(shí)處理隧道安全隱患，預(yù)防和監(jiān)控在隧道內(nèi)發(fā)生的災(zāi)害事件，重點(diǎn)防范和有效控制對(duì)隧道行車安全造成重大危害的列車脫軌和火災(zāi)爆炸事故，系統(tǒng)應(yīng)集隧道數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制、管理及隧道日常養(yǎng)護(hù)于一體，使視頻、音頻、無(wú)線頻道、控制數(shù)據(jù)在一體化軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控，為鐵路隧道行車安全提供保障。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，完善城市鐵路隧道安全基礎(chǔ)設(shè)施與措施、機(jī)車車輛安全技術(shù)措施、以及隧道運(yùn)營(yíng)安全操作規(guī)程，全方面實(shí)現(xiàn)城市鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控及報(bào)警。

［1］GB50116—98，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］鐵總建設(shè)［2013］86號(hào)，鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］．

［3］TJ/GW088—2013，高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體技術(shù)方案(暫行)［S］．

［4］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．高速鐵路工程防災(zāi)救援設(shè)計(jì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究［R］．天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012．

［5］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．新建鐵路天津西站至天津站地下直徑線工程施工圖［R］．天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012．

［6］中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所，建研防火設(shè)計(jì)性能化評(píng)估中心有限公司，安世亞太科技(北京)有限公司．天津西站至天津站地下直徑線消防性能化設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．2009．

［7］錢生校，劉淑芳．鐵路隧道防災(zāi)安全監(jiān)控與應(yīng)急救援保障信息系統(tǒng)研究［J］．中國(guó)鐵路，2009(10):44－46．

［8］李磊，劉松濤．城市鐵路隧道消防安全設(shè)計(jì)技術(shù)研究［J］．鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2010(4):101－104．

［9］曾國(guó)保．城市鐵路隧道防災(zāi)疏散及消防方案［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(8):104－107．

［10］汪海．地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)與防范［J］．城市軌道交通研究，2011(10):18－20．

［11］李海，李漾，劉盛豪．地鐵隧道火災(zāi)聯(lián)動(dòng)功能聯(lián)調(diào)方法探討［J］．城市軌道交通研究，2010(07):43－46．

［12］楊劍．鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(2):110－114．

Research on M onitoring and Alarm ing Technology for Disaster Prevention and Rescue in Urban Railway Tunnel

QIN Xiao-guang

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation，Tianjin 300251，China)

Focusing on the main disasters and their characteristics in urban railway tunnels，this paper conducted an analytical research on monitoring and rescue technology for disaster prevention and rescue in urban railway tunnel，and then proposed a technical plan which is suitable for our country'smonitoring system and alarming system for disaster prevention and rescue．This papermade a proposal as follows:an ideal system should be so smart that it can integrate tunnel data collection，monitoring，controlling，management and tunnel's routinemaintenance，and should be used for comprehensivemonitoring upon an integrated software platform，including video frequency，audio frequency，radio frequency and control data，ensuring the safety of railway operation in tunnels．

urban railway tunnel;disaster prevention and rescue;monitoring;alarming

U456.3+3

A

10．13238/j．issn．1004－2954．2014．03．025

1004－2954(2014)03－0105－05

2013－11－28

秦小光(1969—)，男，高級(jí)工程師，1992年畢業(yè)于西南交通大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:qinxiaoguang@tsdig．com。