崔新強(qiáng)，周小蘭，付　佳，代　娟，劉　靜

(湖北省氣象服務(wù)中心，湖北 武漢 430205)

?

高速鐵路安全運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究*

崔新強(qiáng)，周小蘭，付佳，代娟，劉靜

(湖北省氣象服務(wù)中心，湖北 武漢 430205)

摘要:為保障高速鐵路在惡劣天氣條件下安全運(yùn)行，在查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象研究相關(guān)成果，初步確立了影響我國(guó)高速鐵路安全運(yùn)行的雷電、大風(fēng)、降雨、降雪(積雪)、低能見(jiàn)度(霧、霾、沙塵暴、降雨、降雪、吹雪、揚(yáng)沙等)、最低氣溫、凍雨、冰雹等8種高影響天氣條件等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究表明，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)管理與氣象保障服務(wù)具有一定的參考。

關(guān)鍵詞:高速鐵路；安全運(yùn)行；氣象災(zāi)害；天氣條件；等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

高速鐵路由于運(yùn)行速度快、運(yùn)輸能力大、能源消耗小而在我國(guó)得到快速發(fā)展。但是,因雷電、大風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害影響高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的事件時(shí)有發(fā)生。而且一旦遭遇緊急情況或危險(xiǎn)天氣，可供應(yīng)急處置的時(shí)間和方式均有限。因此,造成的災(zāi)害損失往往十分慘重。隨著我國(guó)高速鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)高峰的到來(lái)，高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)問(wèn)題將更加突出。

為了最大限度地減少高鐵行車安全事故，鐵路部門采取各種措施力保高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)。但究竟如何依據(jù)氣象要素對(duì)高速鐵路運(yùn)行進(jìn)行管控，沒(méi)有一部規(guī)范和科學(xué)的氣象標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)有氣象研究成果的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1-12]，結(jié)合國(guó)內(nèi)外鐵路部門運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范[13-19]，制定高速鐵路運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)[20-26]，對(duì)于科學(xué)防范惡劣天氣對(duì)高速鐵路運(yùn)行造成的危害，保障高速鐵路安全運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1高速鐵路安全運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)劃分一般規(guī)則

本標(biāo)準(zhǔn)研究參照了以往氣象條件等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)編制的一般方法，同時(shí)又力求給出具體的防御措施，如正常運(yùn)行、限速運(yùn)行(限速到多少)、停止運(yùn)行等，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。

參考我國(guó)鐵路部門一直使用的0～3級(jí)共計(jì)4級(jí)的管控方案，它們分別對(duì)應(yīng)列車正常運(yùn)行或解除警戒、注意警戒、危急警戒、封鎖警戒。本研究在危急警戒和封鎖警戒之間增加了一個(gè)特別危急警戒。確定高速鐵路高影響天氣條件等級(jí)為0～4級(jí)共5個(gè)等級(jí)(表1)。目的是與鐵路部門現(xiàn)行的管控方案盡可能統(tǒng)一，便于該標(biāo)準(zhǔn)以后的推廣及使用。

表1　高速鐵路運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)劃分一般規(guī)則

2高速鐵路安全運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)劃分

2.1雷電

雷電主要影響高速鐵路的動(dòng)力系統(tǒng)，造成斷電使列車無(wú)法正常運(yùn)行。相比動(dòng)力系統(tǒng)，雷電對(duì)列車信號(hào)系統(tǒng)的影響概率要小很多，這主要因?yàn)榱熊囆盘?hào)系統(tǒng)采用的是另一套供電系統(tǒng)，即絕緣電纜，且架設(shè)高度低于裸露的供電網(wǎng)。雷電一般不會(huì)對(duì)列車信號(hào)系統(tǒng)造成損害。鑒于目前雷電還沒(méi)有分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所以制定雷電對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表2)。

2.2大風(fēng)

大風(fēng)是對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響最為嚴(yán)重的天氣之一，也是鐵路部門重點(diǎn)防范的氣象災(zāi)害。大風(fēng)可造成列車動(dòng)力系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)故障，嚴(yán)重時(shí)可造成列車傾覆。日本新干線規(guī)定：25 m/s≤平均風(fēng)速<30 m/s，列車限速160 km/h;30 m/s≤平均風(fēng)速<35 m/s，列車限速70 km/h;平均風(fēng)速≥35 m/s，列車停止運(yùn)行。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分)[16]第343條規(guī)定如下：“在環(huán)境風(fēng)速不大于15 m/s時(shí)，可以正常速度運(yùn)行；環(huán)境風(fēng)速不大于20 m/s時(shí)，運(yùn)行速度不大于300 km/h；環(huán)境風(fēng)速不大于25 m/s時(shí)，運(yùn)行速度不大于200 km/h；環(huán)境風(fēng)速不大于30 m/s時(shí)，運(yùn)行速度不大于120 km/h；環(huán)境風(fēng)速大于30 m/s時(shí)，嚴(yán)禁動(dòng)車組列車進(jìn)入風(fēng)區(qū)”。瞬時(shí)風(fēng)速與平均風(fēng)速關(guān)系依據(jù)“蘭新鐵路第二雙線防風(fēng)技術(shù)及工程設(shè)計(jì)”[25]研究和試驗(yàn)成果。據(jù)此，制定大風(fēng)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表3)。平均風(fēng)速取2 min平均值。

2.3降雨

強(qiáng)降雨是對(duì)普速鐵路運(yùn)行影響最嚴(yán)重的天氣之一。相比之下，高速鐵路受降雨影響的程度要小很多。強(qiáng)降雨導(dǎo)致能見(jiàn)度降低，影響視程從而影響高速鐵路運(yùn)行。日本新干線規(guī)定，1 h降水量超過(guò)25 mm列車開(kāi)始警戒，1 h降水量達(dá)到40～45 mm時(shí)列車限速170 km/h運(yùn)行。

按照我國(guó)鐵路部門規(guī)定， 1 h雨量達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，需開(kāi)始限速警戒?！惰F路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分) 第347條規(guī)定，遇有降雨天氣，重點(diǎn)防洪地段1 h降雨量達(dá)到45 mm及以上時(shí)，列車限速120 km/h；1 h降雨量達(dá)到60 mm及以上，列車限速45 km/h。當(dāng)1 h雨量降至20 mm及以下、且持續(xù)30 min以上時(shí)，可逐步解除限速。據(jù)此，制定降雨對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表4)。降雨強(qiáng)度采用1 h和1 min降雨量，均取觀測(cè)實(shí)況。

2.4降雪(積雪)

降雪(積雪)除影響駕駛視線外，當(dāng)?shù)来脖淮笱┩耆采w時(shí)，可能會(huì)引起短路，造成列車供電系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)故障，列車行進(jìn)中卷起的積雪在列車底部被凍結(jié)也可造成列車硬件受損。日本新干線規(guī)定：鋼軌積雪17～19 cm時(shí)限速210 km/h，鋼軌積雪19～22 cm時(shí)限速160 km/h，鋼軌積雪22～30 cm時(shí)限速110 km/h，鋼軌積雪30 cm以上時(shí)列車停止運(yùn)行。

表2　雷電對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

表3　大風(fēng)(平均風(fēng)速，瞬時(shí)風(fēng)速V)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

表4　降雨(1 h降雨量R1,1 min降雨量r1)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

表5　降雪(積雪,軌枕板積雪厚度H)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分(35°N以南地區(qū))

表6　降雪(積雪,軌枕板積雪厚度H)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分(35°N以北地區(qū))

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分) 第350條均規(guī)定：中雪或積雪覆蓋軌枕板或道砟面時(shí)，無(wú)砟軌道區(qū)段限速250 km/h及以下，有砟軌道區(qū)段限速200 km/h；降大雪、暴雪時(shí)，無(wú)砟軌道區(qū)段限速200 km/h及以下，有砟軌道區(qū)段限速160 km/h。當(dāng)無(wú)砟軌道區(qū)段軌枕板積雪厚度10 cm以上時(shí)，限速200 km/h及以下；有砟軌道區(qū)段軌枕板積雪厚度5 cm以上時(shí)，限速160 km/h及以下。

《長(zhǎng)春工務(wù)段2012年高速鐵路降雪應(yīng)急處置預(yù)案》[17]規(guī)定：降中雪以下或積雪覆蓋道砟面時(shí)，限速200 km/h及以下；大雪、暴雪時(shí)，限速160 km/h及以下。當(dāng)積雪雪厚5 cm以上時(shí)，列車限速160 km/h及以下。將35°N線作為南北氣候分界線，制定降雪(積雪)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表5、表6)。

2.5低能見(jiàn)度(霧、霾、沙塵暴、降雨、降雪、吹雪、揚(yáng)沙等)

高速鐵路屬于高架、封閉的系統(tǒng)，其駕駛主要靠自動(dòng)化系統(tǒng)完成。從理論上來(lái)講，高速鐵路可實(shí)現(xiàn)“盲駕”。強(qiáng)濃霧主要影響高速鐵路的動(dòng)力系統(tǒng)。尤其是霧霾會(huì)造成“霧閃”(或污閃)，帶電離子擊穿絕緣子，造成列車電力系統(tǒng)跳閘、斷電，影響列車運(yùn)行?！办F閃”一般發(fā)生在列車啟動(dòng)出站時(shí)，行進(jìn)中的列車一般不會(huì)發(fā)生“霧閃”事件。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速鐵路部分)[16]第355條規(guī)定，遇天氣惡劣，信號(hào)機(jī)顯示距離不足200 m，改按惡劣天氣難以辨認(rèn)信號(hào)的辦法行車。《鐵路暴風(fēng)雨雪霧等惡劣天氣應(yīng)急預(yù)案(暫行)》[18]規(guī)定，當(dāng)能見(jiàn)度小于50、100、200 m時(shí)，分別進(jìn)入Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)應(yīng)急狀態(tài)。據(jù)此，制定低能見(jiàn)度(霧、霾、沙塵暴、降雨、降雪、吹雪、揚(yáng)沙等)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表7)。

2.6最低氣溫

高溫對(duì)高速路鐵影響較小，列車設(shè)備可耐高溫運(yùn)行。而低溫對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響則較大。低溫會(huì)造成道岔被凍住，影響列車運(yùn)行。哈大高鐵可在-40 ℃～40 ℃之間正常運(yùn)行，2015年之前執(zhí)行冬季時(shí)刻表(當(dāng)年12月至次年3月)時(shí)車速?gòu)?00 km/h降為200 km/h。我國(guó)鐵路部門規(guī)定，低溫導(dǎo)致列車底部結(jié)冰限速250 km/h[19]。日本新干線規(guī)定，高鐵安全正常運(yùn)行軌溫最高為64 ℃，最低為-10 ℃?；谝陨蠀⒖?，制定最低氣溫對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表8)。

表7　低能見(jiàn)度(L)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

表8　最低氣溫(T)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

表9　凍雨(電線積冰直徑D)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

注：電線積冰直徑包含裸線直徑26.8 mm。

表10　冰雹(冰雹直徑d)對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的等級(jí)劃分

2.7凍雨

凍雨(雨淞)是導(dǎo)致冰凍災(zāi)害發(fā)生的重要天氣現(xiàn)象之一。凍雨特別是長(zhǎng)時(shí)間低溫冰凍對(duì)高速鐵路影響較大。凍雨會(huì)導(dǎo)致軌面摩擦力減小、電力線路和通信線路斷裂、倒塔倒桿等，影響列車運(yùn)行。在地面氣象觀測(cè)中，用電線積冰直徑(裸線直徑為26.8 mm)來(lái)衡量?jī)鲇甑膰?yán)重程度。根據(jù)研究，電線積冰厚度在0～10 mm為輕度冰災(zāi)區(qū)，10～20 mm為中度冰災(zāi)區(qū)，20～30 mm為重度冰災(zāi)區(qū)。積冰直徑=裸線直徑26.8 mm+2倍積冰厚度。另外，南方電網(wǎng)電線積冰厚度設(shè)計(jì)極限值一般不超過(guò)30 mm。鐵路部門規(guī)定，接觸網(wǎng)導(dǎo)線結(jié)冰受電弓取流不暢時(shí)，限速160 km/h及以下。據(jù)此，制定凍雨對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表9)。

2.8冰雹

冰雹也是影響高速鐵路運(yùn)行的重要天氣現(xiàn)象之一。冰雹尤其是直徑較大的冰雹對(duì)高速鐵路影響較大。大的冰雹會(huì)砸壞電網(wǎng)或信號(hào)設(shè)備，影響列車運(yùn)行。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“冰雹等級(jí)”[3]研究， 冰雹按直徑大小可分為四級(jí)，直徑小于5 mm的為小冰雹，大于等于5 mm而小于20 mm的為中冰雹，大于等于20 mm而小于50 mm的為大冰雹，大于50 mm的為特大冰雹。參照此標(biāo)準(zhǔn)，制定冰雹對(duì)高速鐵路運(yùn)行影響的天氣條件等級(jí)(表10)。

3應(yīng)用規(guī)則

當(dāng)有兩種高影響天氣出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)以其中限速最低的等級(jí)確定高速鐵路運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)。

當(dāng)有三種及以上高影響天氣出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)在其中限速最低的等級(jí)基礎(chǔ)上提高一個(gè)等級(jí)(最高為封鎖警戒)確定高速鐵路運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)。

本標(biāo)準(zhǔn)氣象要素值是指鐵路部門布設(shè)在鐵路車站的氣象站或氣象部門布設(shè)的、離鐵路車站最近的氣象站所觀測(cè)的值。

4結(jié)語(yǔ)

(1) 高速鐵路安全運(yùn)行氣象條件與普速鐵路具有較大的差異性,如暴雨對(duì)普速鐵路的影響很大，但對(duì)高速鐵路的影響非常有限，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)區(qū)別使用。

(2)本研究確定的高速鐵路安全運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)雖然具有一定的普適性，但我國(guó)東西及南北氣候差異性較大，各地在應(yīng)用中應(yīng)做好本地化訂正工作。

(3)不同等級(jí)的高速鐵路以及同一等級(jí)高速鐵路的不同路段，天氣條件對(duì)高速鐵路的安全運(yùn)行的影響不盡不同，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)靈活掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 1.1-2009 標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]GB/T 21984-2008 短期天氣預(yù)報(bào)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[3]GB/T 27957-2011 冰雹等級(jí)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[4]GB/T 27964-2011 霧的預(yù)報(bào)等級(jí)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[5]GB/T 28591-2012 風(fēng)力等級(jí)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[6]GB/T 28592-2012 降水量等級(jí)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[7]QX/T 51-2007 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 第7部分：風(fēng)向和風(fēng)速觀測(cè)[S].北京：氣象出版社，2007.

[8]QX/T 53-2007 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 第9部分：雪深與雪壓觀測(cè)[S].北京：氣象出版社，2007.

[9]QX/T 59-2007 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 第15部分：電線積冰觀測(cè)[S].北京：氣象出版社，2007.

[10]QX/T 96-2008 積雪遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：氣象出版社，2008.

[11]QX/T 111-2010 高速公路交通氣象條件等級(jí)[S].北京：氣象出版社，2010.

[12]QX/T 178-2013 城市雪災(zāi)氣象等級(jí)[S].北京：氣象出版社，2013.

[13]《鐵路安全管理?xiàng)l例》(國(guó)務(wù)院令第639號(hào))[Z].北京：國(guó)務(wù)院，2013.

[14]《鐵路主要技術(shù)政策》(鐵道部令第34號(hào))[Z].北京：鐵道部，2013.

[15]《關(guān)于印發(fā)高速鐵路防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)管理辦法(暫行)的通知》(鐵運(yùn)[2010]28號(hào))[Z].北京：鐵道部，2010.

[16]《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于印發(fā)〈鐵路技術(shù)管理規(guī)程〉(高速鐵路部分)的通知》(鐵總科技[2014]172號(hào))[Z].北京：中國(guó)鐵路總公司，2014.

[17]《長(zhǎng)春工務(wù)段2012高速鐵路降雪應(yīng)急處置預(yù)案》(長(zhǎng)工高發(fā)[2012]296號(hào))[Z]，長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工務(wù)段，2012.

[18]《關(guān)于印發(fā)鐵路暴風(fēng)雨雪霧等惡劣天氣應(yīng)急預(yù)案(暫行)的通知》(鐵運(yùn)[2008]236號(hào))[Z].北京：鐵道部，2008.

[19]《關(guān)于印發(fā)冰雪天氣動(dòng)車組列車限速暫行規(guī)定的通知》(鐵運(yùn)[2011]17號(hào))[Z].北京：鐵道部，2011.

[20]日本法國(guó)德國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全專題資料匯編[R].北京：鐵道部，2010：249-252.

[21]胡立慶.氣象與鐵路運(yùn)輸安全[J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，1984，4(1)：35-38.

[22]姜強(qiáng)，薛潔.鐵路大風(fēng)監(jiān)測(cè)與行車安全試驗(yàn)[J].新疆氣象，2006，29(3) ：25-27.

[23]劉麗霞.高速鐵路防災(zāi)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18(9)：36-38.

[24]楊靖波，李正，楊風(fēng)利，等.2008年電網(wǎng)冰災(zāi)覆冰及倒塔特征分析[J].電網(wǎng)與水利發(fā)電進(jìn)展，2008，24(4)：4-8.

[25]拉有玉，李永樂(lè)，何向東，等.蘭新鐵路第二雙線防風(fēng)技術(shù)及工程設(shè)計(jì)[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，23(4)：104-108.

[26]楊加倫，朱寬軍，劉彬，等.輸電線路冰區(qū)分布圖繪制關(guān)鍵技術(shù)[J].電力建設(shè)，2013，34(9)：31-36.

*收稿日期：2016-01-20修回日期：2016-03-13

基金項(xiàng)目：2013年公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(GYHY201306058)

第一作者簡(jiǎn)介：崔新強(qiáng)(1963-)，男，陜西扶風(fēng)人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楣矚庀蠓?wù). E-mail：zytcxq@126.com

中圖分類號(hào)：X43；S42；P64；P4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)03-0026-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.005

Research on Level Standards of High-impact Weather over High-speed Railway Safety Operation

CUI Xinqiang, ZHOU Xiaolan, FU Jia, DAI Juan and LIU Jin

(HubeiMeteorologicalServiceCenter,Wuhan430205,China)

Abstract:In order to ensure high-speed railway in safe operation of the bad weather conditions. Based on the survey of specification of high-speed railway safety operation & management and related standards, the papers have built the Level Standards of Weather Conditions Impacting by lightning, wind, precipitation, snowfall, haze, dust storms temperature, wire icing and hail and so forth over High-speed railway after integrating the achievements of meteorological research. Moreover, the application test results show that our works can provide the certain reference to the operational safe management and meteorological service Assurance for High-speed railway.

Key words:high-speed railway; safety operation; standards of weather; level

崔新強(qiáng)，周小蘭，付佳，等. 高速鐵路安全運(yùn)行高影響天氣條件等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 災(zāi)害學(xué)，2016，31(3)：26-30. [CUI Xinqiang, ZHOU Xiaolan, FU Jia, et al. Research on Level Standards of High-impact Weather over High-speed Railway Safety Operation[J].Journal of Catastrophology，2016，31(3)：26-30.]