李 奎， 王志強

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川 成都 610083)

基于統(tǒng)計原理的鐵路隧道運營期災害類型及防災對策研究

李 奎， 王志強

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 四川 成都 610083)

統(tǒng)計分析了83例國內(nèi)外鐵路隧道運營期事故資料，研究了鐵路隧道運營期間主要災害類型、原因及防災對策。研究結(jié)果表明： 1)鐵路隧道運營期間主要災害類型有火災、列車碰撞、脫軌及襯砌剝落； 2)鐵路隧道運營期防災應以隧道火災為重點，同時兼顧列車碰撞、脫軌和隧道襯砌混凝土剝落等災害； 3)隧道內(nèi)旅客列車火災的主要原因為列車車輛關(guān)鍵部位故障、人為因素、列車車輛缺陷致列車碰撞或脫軌； 4)依據(jù)土建設(shè)施規(guī)模及隧道結(jié)構(gòu)分布特點，長大鐵路隧道(群)運營期防災模式可選擇定點停車疏散救援模式、全長或局部范圍內(nèi)隨機停車疏散救援模式； 5)鐵路隧道防災涉及基礎(chǔ)設(shè)施、鐵道車輛和運輸調(diào)度，應建立鐵路隧道運營期災害防范體系及預警系統(tǒng)，防止事故發(fā)生。

鐵路隧道； 運營期災害； 災害類型； 火災； 列車碰撞； 脫軌； 襯砌混凝土剝落

0 引言

近年來，我國新建鐵路線中涌現(xiàn)出了大量的長大隧道及隧道群，隧線比進一步提高，如云桂線隧線比為54.6%、成蘭線隧線比為70.27%、成昆鐵路米易至廣通段擴能改造工程隧線比為75.7%。據(jù)2015年統(tǒng)計，我國長度超過20 km的鐵路隧道有15座，其中已運營最長的鐵路隧道為新關(guān)角隧道(長32.645 km)，在建最長的鐵路隧道為高黎貢山隧道(長34.538 km)。針對我國鐵路線中涌現(xiàn)出的大量長大隧道及隧道群，隧道運營防災日益受到高度重視，在2012年出臺了鐵路行業(yè)標準《鐵路隧道防災救援疏散工程設(shè)計規(guī)范》，并在2015年啟動了該規(guī)范的修編。由于鐵路隧道在結(jié)構(gòu)、環(huán)境上的特點，一旦隧道內(nèi)發(fā)生運營災害事故，事故產(chǎn)生的后果可能非常嚴重，比如在其他地方可能很容易控制的火災事故，在隧道內(nèi)可能會發(fā)展成災難性事故。鐵路隧道內(nèi)基本可能會發(fā)生3種類型的運營事故，即脫軌、列車碰撞和火災。

20世紀70—80年代，我國鐵路隧道內(nèi)先后發(fā)生了3次比較嚴重的貨物列車火災事故，自此鐵路隧道消防技術(shù)列入鐵路安全運輸?shù)闹卮笳n題之一，成為業(yè)內(nèi)持續(xù)關(guān)注和研究的熱點。陳向東等[1]介紹了我國10年內(nèi)開展鐵路隧道消防技術(shù)研究取得的成果；陳宜吉等[2]介紹了國內(nèi)外鐵路隧道中的火災案例(國內(nèi)6例、國外7例)，并從多方面調(diào)查分析了隧道內(nèi)火災發(fā)生的主要原因，為列車運輸管理、車輛防滅火、隧道消防設(shè)計提供了參考。文獻[3-7]基于上述案例開展了鐵路隧道防火技術(shù)研究，如火災原因及預防措施、火災滅火搶險戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)、火災預防及救援、封堵戰(zhàn)術(shù)、防火設(shè)計等。此外，朱福壽[8]分析了鐵路隧道內(nèi)油罐列車脫軌的原因，并著重研究了油罐列車運行的安全性及改善措施。

鐵路隧道運營期防災的首要任務(wù)是確定災害類型及其誘因，提出相應對策。本文擬收集國內(nèi)外鐵路隧道運營期事故案例資料，構(gòu)建案例數(shù)據(jù)庫，研究災害類型、致災因素及相應對策，以期為鐵路隧道建設(shè)、運營及防災提供參考。

1 鐵路隧道運營期災害類型統(tǒng)計

從文獻[2]和文獻[9]、科技期刊、專業(yè)網(wǎng)站公布的事故調(diào)研報告等公開文獻，收集了國內(nèi)外鐵路隧道運營期事故案例共計83例，見表1。其中： 中國24例(包括臺灣2例)，英國15例，日本10例，法國5例，英法海峽隧道7例，意大利4例，瑞士3例，瑞士與意大利跨境Simplon隧道3例，美國4例，西班牙2例，南斯拉夫、奧地利、德國、挪威、韓國和塞爾維亞各1例。統(tǒng)計的災害類型有： 1)火災，共計43例； 2)未引發(fā)火災的列車脫軌，共計15例； 3)未引發(fā)列車脫軌及火災的列車碰撞，共計9例； 4)列車停車，共計7例； 5)隧道襯砌混凝土剝落威脅行車安全，共計6例； 6)列車炸彈爆炸，共計2例； 7)設(shè)施脫落威脅行車安全，共計1例。這些災害事故造成了1 086人死亡，2 357人受重輕傷，累積行車中斷至少14 396 h(僅統(tǒng)計了部分隧道運營事故)，直接和間接經(jīng)濟損失更是無法估量。

表1 國內(nèi)外鐵路隧道運營期事故統(tǒng)計

表1(續(xù))

表1(續(xù))

表1(續(xù))

上述統(tǒng)計資料中，最早的案例是英國Sutton隧道(1851年)，最近的案例是英法海底隧道(2015年)。以10年為統(tǒng)計期，各時段國內(nèi)外鐵路隧道運營事故案例分布見圖1。在1970年以前，國內(nèi)外鐵路隧道運營事故案例均保持在較低的水平，最多3例；在1970—1979年，鐵路隧道運營事故案例首次突破3例，達到11例；在1980—1989年，鐵路隧道運營事故案例回落至4例；而在1990—1999年，國內(nèi)外鐵路隧道運營事故案例呈現(xiàn)迅猛增長，達到16例；在2000—2009年，鐵路隧道運營事故案例也保持在高位，為16例；在2010—2015年，鐵路隧道運營事故案例再創(chuàng)新高，達到了18例。

上述鐵路隧道運營期事故案例中，火災、列車脫軌和列車碰撞3類隧道運營期事故案例累積有67例，達到了統(tǒng)計事故總數(shù)的80%。從1950年以來，各時段內(nèi)3類事故案例分布見圖2，有些案例是先后發(fā)生列車脫軌、碰撞及火災或列車碰撞、脫軌及火災。

此外，鐵路隧道內(nèi)發(fā)生襯砌剝落及設(shè)施脫落威脅列車行車安全的事故案例也不少，此類事故是從20世紀90年代末以后才逐漸凸顯出來，并且引起了鐵路運營管理部門的高度重視。

圖1 國內(nèi)外鐵路隧道運營事故統(tǒng)計

Fig. 1 Statistics of operational accidents in railway tunnels in China and abroad

圖2 3類鐵路隧道運營事故統(tǒng)計

Fig. 2 Statistics of three categories of operational accidents in railway tunnels

鐵路隧道中列車發(fā)生停車事故，主要原因是車輛故障，如英法海底隧道(1996年和2009年)、興安嶺隧道(2005年)、金井隧道(2012年)、甬臺溫線某隧道(2013年)和關(guān)角隧道(2014年)。對于電氣化鐵路隧道，列車停車事故所產(chǎn)生的后果及影響可能較小；但是對于非電氣化鐵路隧道，列車停車事故所產(chǎn)生的后果及影響可能非常嚴重，如Armi隧道(1944年)和關(guān)角隧道(2014年)。因此，非電氣化鐵路隧道中列車停車需要采取措施，防止內(nèi)燃機車產(chǎn)生有毒煙霧使列車上人員產(chǎn)生中毒或窒息事故。

總之，從1970年以來，國內(nèi)外鐵路隧道運營事故案例總體呈現(xiàn)上升趨勢，隧道火災、列車脫軌、列車碰撞、襯砌剝落及設(shè)施脫落威脅行車安全是未來鐵路隧道運營事故防范的重點。

2 列車碰撞事故原因及對策

隧道內(nèi)列車碰撞事故是指運行列車之間的追尾或正面碰撞，運行列車與軌道上的障礙物(襯砌掉塊等)、隧道內(nèi)設(shè)施或行人發(fā)生碰撞。隧道內(nèi)列車碰撞事故可能會造成列車停車、脫軌或起火，列車車輛遭受損失；人員傷亡；隧道內(nèi)被撞設(shè)施毀壞。

表1中，涉及列車碰撞的事故共計有26例，造成列車碰撞的主要原因有：

1)信號操作員、列車司機或維護工人犯錯誤等人為因素，共計11例；

2)車廂脫落或車輛故障引發(fā)車廂或列車停留，共計6例；

3)隧道襯砌剝落及電氣設(shè)備墜落，橫亙在軌道上，共計5例；

4)冰塊或冰柱墜落，橫亙在軌道上，共計1例；

5)隧道洞口發(fā)生泥石流或滑坡，掩埋軌道，共計1例；

6)動物在隧道內(nèi)迷失，共計1例；

7)隧道內(nèi)能見度較差，共計1例。

由此可見： 隧道內(nèi)列車發(fā)生碰撞事故，1)—3)項是主要因素，4)—7)項是次要因素。

導致隧道內(nèi)列車碰撞事故的各種因素中，人為因素占比較大，人為因素包括信號指揮員操作錯誤、司機闖信號、司機駕駛列車超速等。與1851—1940年期間相比，1941年至今，人為因素導致隧道內(nèi)列車發(fā)生碰撞事故的數(shù)量已明顯減少，如圖3所示。20世紀初，列車進出隧道的信號是由隧道值守的信號指揮員依靠簡單的通訊工具控制的，信號指揮員偶爾會犯錯誤，造成列車在隧道內(nèi)發(fā)生追尾或碰撞事故。隨著鐵路信號系統(tǒng)新技術(shù)的應用，列車進出隧道實現(xiàn)了自動控制，從而避免了一些人為因素造成隧道內(nèi)列車發(fā)生碰撞事故。

圖3 各時段內(nèi)人為因素導致列車碰撞事故量對比

Fig. 3 Comparison among train collision accidents induced by human factors of every period

現(xiàn)有案例表明,隧道內(nèi)列車車輛故障引發(fā)的列車停車主要是機車發(fā)動機故障，或列車制動缺陷或故障。

隧道襯砌剝落的原因比較復雜，通常是隧道病害產(chǎn)生、演化，最終導致襯砌結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。隧道內(nèi)機電設(shè)施墜落等事故較少出現(xiàn)，但是事故一旦出現(xiàn)，造成的后果可能是非常嚴重的。

隧道內(nèi)行駛列車與迷失的動物、軌道上墜落的冰塊或冰柱等障礙物發(fā)生撞擊，事故涉及鐵路運營、維修養(yǎng)護等管理體制及作業(yè)。外部泥石流封堵隧道出口或洞口滑坡形成巖土體橫亙在軌道上，致使列車發(fā)生行車事故，這種事故具有突發(fā)性。

對上述鐵路隧道內(nèi)列車碰撞事故原因進行分析，并提出相應對策，如表2所示，以減少隧道內(nèi)列車碰撞事故。

表2 鐵路隧道內(nèi)列車碰撞事故原因及相應對策

Table 2 Causes and corresponding countermeasures of train collision accidents in railway tunnel

列車碰撞原因相應對策人為因素加強學習、培訓及管理 車廂脫落或車輛故障引發(fā)車廂或列車停留加強列車檢修,提高檢修技術(shù)水平 襯砌剝落及電氣設(shè)備墜落,橫亙在軌道上 提高隧道襯砌維修養(yǎng)護技術(shù)水平,及時甄別高風險的隧道病害,并制訂整治計劃 冰塊或冰柱墜落,橫亙在軌道上特殊天氣情況下增加隧道巡檢次數(shù) 洞口發(fā)生泥石流或滑坡,掩埋軌道開展隧道洞口監(jiān)測及預警動物在隧道內(nèi)迷失 加強運營管理,開展隧道洞口監(jiān)測及預警

3 列車脫軌事故原因及對策

列車脫軌主要是指運行中的機車車輛輪對與線路鋼軌的正常關(guān)系發(fā)生改變，使得車輪離開軌面。列車脫軌危及行車安全，輕則中斷行車，擾亂運輸秩序，重則車毀人亡，造成重大經(jīng)濟損失和社會影響。

表1中，涉及列車脫軌事故共計有26例，其中引發(fā)火災的列車脫軌事故有11例。這些事故中，造成列車脫軌的主要原因有：

1)列車碰撞，共計9例；

2)軌道缺陷或斷裂，共計3例；

3)由路基不均勻下沉、工人違章作業(yè)等因素導致軌道尺寸突變，共計3例；

4)車輪的輕微凹陷，共計1例；

5)特殊情況下列車緊急制動，共計1例；

6)曲線隧道內(nèi)列車嚴重超速，共計1例；

7)特大地震，共計1例；

8)列車司機受機車煙霧影響，共計1例；

9)脫軌原因不詳，共計6例。

由此可見: 在鐵路隧道內(nèi)，1)—3)項引發(fā)列車脫軌事故約占列車脫軌總事故的60%，4)—8)項引發(fā)列車脫軌事故各1例。

由統(tǒng)計可知，隧道內(nèi)列車行車發(fā)生碰撞是引發(fā)列車脫軌的首要因素，列車發(fā)生碰撞的主要原因有：

1)列車與脫落的車廂發(fā)生碰撞；

2)闖信號引發(fā)列車追尾；

3)列車與軌道上的障礙物(脫落的襯砌、塌方體、冰塊或冰柱、泥石流堆積體、迷失的動物)發(fā)生撞擊。

導致隧道內(nèi)列車脫軌事故的軌道因素主要包括2方面： 1)軌道缺陷或斷裂， 2)路基不均勻下沉、工人違章作業(yè)等因素導致軌道尺寸突變。

對上述鐵路隧道內(nèi)列車脫軌事故原因進行分析，并提出相應對策，見表3，以減少隧道內(nèi)列車脫軌事故。

表3 鐵路隧道內(nèi)列車脫軌事故原因及相應對策

Table 3 Causes and corresponding countermeasures of train derailment accidents in railway tunnel

列車脫軌原因相應對策列車碰撞 加強培訓及運營管理,杜絕人為錯誤;加強人工巡檢或發(fā)展在線的自動監(jiān)測及預警技術(shù),排除軌道上的障礙物軌道缺陷或斷裂軌道尺寸突變 采用先進的檢查技術(shù),加強定期檢修和在特殊條件下臨時檢修列車車輛原因 加強列車車輛檢修,杜絕貨物嚴重偏心裝載,避免將小車、空車編組在列車中部曲線隧道內(nèi)列車超速 特殊情況下列車緊急制動加強培訓及運營管理,杜絕人為錯誤特大地震開展鐵路地震監(jiān)測預警技術(shù)應用研究

4 火災事故原因及對策

鐵路隧道火災事故主要由列車行車事故引發(fā)，也有個別事故是由洞外山火引發(fā)或洞內(nèi)高壓電纜起火引發(fā)。由于隧道內(nèi)封閉的環(huán)境，隧道內(nèi)火災的特點有煙霧大，溫度高，疏散、滅火及救援困難，因此，世界各國都高度重視隧道運營的消防安全。

表1中，鐵路隧道火災事故共計有43例，占事故總數(shù)的50%，其中，涉及旅客列車(包括纜車和Autorail列車)的火災事故有21例，涉及貨物列車(包括油罐列車)的火災事故有23例。此外，洞外山火誘發(fā)隧道火災事故有1例。

4.1 旅客列車火災事故

旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災事故的主要原因有：

1)列車車輛關(guān)鍵部位故障，共計8例；

2)闖信號、列車超速、故意縱火等人為因素，共計6例；

3)列車車輛缺陷致列車碰撞或脫軌，共計2例；

4)洞內(nèi)高壓電纜起火，共計1例；

5)會車時隧道塌方砸中列車發(fā)生火災，共計1例；

6)火災原因不詳，共計3例。

由此可見： 1)—3)項是旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生行車火災事故的主要因素，4)項和5)項偶爾發(fā)生，是個案。

分析統(tǒng)計案例，列車車輛關(guān)鍵部位故障，例如主變電器過熱或漏油、電動機或發(fā)電機故障、電氣取暖器漏電、列車尾部的機械裝置故障等，引發(fā)了隧道列車火災。歐美主要發(fā)達國家或地區(qū)組織制定了DIN5510、NFPA130、EN45545等技術(shù)標準，對鐵路車輛使用材料進行了規(guī)范。目前旅客列車的防火性能已經(jīng)大大提高，包括機車及客車的主體材料及內(nèi)飾材料，但是旅客列車車輛關(guān)鍵部位需要重點進行防火設(shè)計。

導致隧道火災事故的人為因素，包括信號指揮錯誤或闖信號致列車發(fā)生碰撞、列車超速行駛致列車脫軌及碰撞、故意縱火或旅客亂扔煙頭、焊接火花等。

列車制動系統(tǒng)缺陷、列車車輪缺陷等機車車輛缺陷，致使列車在隧道內(nèi)發(fā)生碰撞或脫軌，然后引發(fā)火災。

目前，隧道洞內(nèi)高壓電纜起火發(fā)生火災、會車時隧道塌方砸中列車并引發(fā)火災，這些火災事故還是個案，但是隨著隧道內(nèi)電氣設(shè)備老化、帶病運營的隧道襯砌的耐久性持續(xù)劣化，類似的隧道火災事故有可能還會發(fā)生。

表4分析了19例隧道火災事故中著火列車的運行情況。分析表明絕大部分事故中的著火列車都停在了隧道內(nèi)，只有在連接瑞士與意大利的Simplon隧道(1969年)和意大利某特長隧道(1999年)內(nèi)的著火列車駛出了隧道。表4第1—6例事故中，列車碰撞、脫軌及隧道塌方等引起列車火災，列車沒有后續(xù)運行能力，于是停在了隧道內(nèi)；第7—13例事故中，列車車輛關(guān)鍵部位故障引發(fā)列車火災，列車喪失了牽引動力或火勢太大緊急制動使列車停在隧道內(nèi)。由于電力中斷或人為緊急制動，著火列車停在隧道內(nèi)，如日本新生駒山隧道(1987年)、中國大瑤山隧道(1991年)和瑞士Hirschengraben隧道(1991年)。此外，在法國Mornay隧道(2003年)內(nèi)，Autorail列車檢測到車內(nèi)發(fā)生火災，列車自動停在隧道內(nèi)。由此可見，除非隧道火災事故中著火列車喪失了繼續(xù)運行的能力外，著火列車能否駛出隧道是由人為制動和列車后續(xù)運行能力決定的。

表4 隧道火災事故中列車運行情況分析

現(xiàn)有案例分析表明，鐵路隧道運營期防災考慮著火旅客列車隨機停車工況是非常重要的。但是鐵路隧道發(fā)生火災的概率相對較小，從隧道防災救援疏散工程建設(shè)成本考慮，長大鐵路隧道(群)完全實現(xiàn)著火旅客列車隨機停車疏散救援是不可行的。按照現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范[10]，大量的長大鐵路隧道(群)設(shè)置斜井或橫洞式緊急出口、斜井或橫洞式避難所、緊急救援站作為著火旅客列車定點停車疏散救援；而特長雙洞單線隧道具備隧道全長范圍內(nèi)考慮著火旅客列車隨機停車疏散救援，設(shè)有較長平導(通常具有3條以上橫通道)的長大鐵路隧道具備在平導范圍內(nèi)正線隧道考慮著火旅客列車隨機停車疏散救援。

對國內(nèi)外鐵路隧道運營期涉及旅客列車火災事故原因進行分析，并制訂相應對策，見表5，以減少鐵路隧道火災事故。

表5 涉及旅客列車的隧道火災事故原因及相應對策

Table 5 Causes and corresponding countermeasures of tunnel fire accidents involving passenger trains

鐵路隧道火災原因相應對策 列車車輛關(guān)鍵部位故障 規(guī)范列車車輛使用材料;對主變電器、電動機、發(fā)電機及電器取暖設(shè)備等列車車輛關(guān)鍵部位進行重點防火設(shè)計;列車火災分區(qū)及火災自動檢測 闖信號、列車超速、故意縱火等人為因素 加強安檢,防患恐爆;加強培訓及管理,杜絕違章操作;加強宣傳客車防火及安全疏散知識 列車車輛缺陷致列車碰撞或脫軌 車輛部門要加強列車檢修;杜絕列車關(guān)鍵部位帶病工作洞內(nèi)高壓電纜起火長大隧道內(nèi)設(shè)火災檢測及預警系統(tǒng) 會車時隧道塌方砸中列車發(fā)生火災 提高隧道襯砌維修養(yǎng)護技術(shù)水平,及時甄別高風險隧道病害,并制訂整治計劃

4.2 貨物列車火災事故

表1中，涉及貨物列車(包括油罐列車)的隧道火災事故共計有23例，有11例隧道火災事故涉及油罐列車，其中8例是國內(nèi)案例。工人違章作業(yè)、貨車緊急減速、鋼軌斷裂、路基不均勻下沉和地震等因素引發(fā)油罐列車脫軌或顛覆，使隧道內(nèi)罐車油汽外溢聚集達到了爆炸極限，是造成隧道火災事故的主要原因。此外，油罐列車在隧道內(nèi)發(fā)生脫軌或顛覆時，救援列車實施救援必須防患火災事故。在其余12例隧道火災事故中，5例事故原因仍然未知。

隧道內(nèi)貨物列車發(fā)生火災，既有列車車輛原因，也有人為因素，或者兩者都有。例如列車制動缺陷致下坡失控，列車發(fā)生追尾；列車司機闖信號，列車發(fā)生追尾；發(fā)動機故障致列車停車，信號指揮錯誤致列車發(fā)生碰撞。貨物列車在隧道內(nèi)發(fā)生脫軌、貨物列車運載的貨物“悶燒”，也是貨物列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災的主要因素。此外，也有一些偶然事故，可能存在人為過錯，如行駛的列車搖開了運載的汽車車門，拖住了隧道壁上的輸電線，從而引發(fā)隧道火災。

對國內(nèi)外鐵路隧道運營期涉及貨物列車(包括油罐列車)的火災事故原因進行分析，并制訂相應對策，見表6，以減少鐵路隧道火災事故。

表6 涉及貨物列車的隧道火災事故原因及相應對策

Table 6 Causes and corresponding countermeasures of tunnel fire accidents involving freight trains

鐵路隧道火災原因相應對策 列車碰撞、脫軌或顛覆 工務(wù)部門加強鐵路基礎(chǔ)設(shè)施巡檢及維修養(yǎng)護,杜絕違章作業(yè);車輛部門加強列車檢修,杜絕列車關(guān)鍵部位帶病工作 罐車油汽外溢聚集達到了爆炸極限加強鐵路危險貨物運輸管理闖信號等人為因素加強培訓管理,杜絕違章操作運輸貨物“悶燒”加強鐵路危險貨物運輸管理

5 隧道襯砌剝落事故原因及對策

法國Vierzy隧道(1972年)、美國3號Eagle隧道(2005年)和中國興安嶺隧道(2000年)都是百年隧道，在長達百年以上的運營使用后，隧道襯砌的耐久性出現(xiàn)了問題，在外部因素的作用下隧道襯砌混凝土會發(fā)生剝落。

1999年，日本福岡隧道、北九州隧道和禮文濱隧道先后發(fā)生了襯砌混凝土剝落。這些隧道的共同特點有： 修建于20世紀70年代，隧道襯砌為素混凝土，剝落是局部問題，對隧道總體穩(wěn)定沒有直接聯(lián)系；施工后早期發(fā)生開裂，隨后逐漸發(fā)展而導致剝落[11]。

自2001年以來，我國鐵路隧道發(fā)生了4起隧道襯砌剝落事件，即寶中線清涼山隧道(2001年)、達成線萬山寺隧道[12](2001年)、達成線茍家溝隧道(2012年)和李家莊3號隧道(2012年)。與百年隧道相比，這4座隧道運營時間都不太長，剝落處襯砌存在缺陷。茍家溝隧道拱部襯砌混凝土剝落處位于環(huán)向施工縫一側(cè)，見圖4，經(jīng)現(xiàn)場測量，該處襯砌厚度約13 cm。李家莊3號隧道襯砌混凝土剝落處位于環(huán)向施工縫一側(cè)，二次襯砌不密實，局部厚度不足，襯砌后存在空洞[13]。

圖4 茍家溝隧道襯砌剝落

隧道襯砌混凝土剝落的原因很復雜，既有自然因素，也有人為因素，通常是綜合作用的結(jié)果，主要原因有： 1)襯砌厚度不足和背后存在空洞； 2)襯砌施工質(zhì)量欠佳； 3)襯砌運營維修養(yǎng)護水平低下； 4)外部因素導致隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力狀況發(fā)生根本變化； 5)襯砌結(jié)構(gòu)年久失修等。通常隧道襯砌剝落使隧道病害產(chǎn)生、演化，最終導致襯砌結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。

由此可見，不論是百年隧道，還是運行幾十年且存在工程質(zhì)量問題的隧道，當隧道襯砌混凝土的耐久性存在問題時，在外部因素的作用下鐵路隧道襯砌發(fā)生剝落事故是可能的。

作為運營鐵路隧道，提高隧道襯砌維修養(yǎng)護水平，及時甄別隧道襯砌的高風險病害，并制訂整治計劃，是預防隧道襯砌剝落的根本之道。目前針對隧道襯砌檢查，國內(nèi)外都研發(fā)出車載隧道全息成像測量系統(tǒng)或激光隧道掃描系統(tǒng)，通過對隧道襯砌的定期檢查，甄別出隧道襯砌的高風險病害，并對這類襯砌病害進行整治或長期的在線監(jiān)測及預警。

6 結(jié)論與討論

本文收集了83例國內(nèi)外鐵路隧道運營期事故，以期確定長大鐵路隧道(群)運營防災對象，提出預防及處理對策。通過案例分析研究，主要結(jié)論如下。

1)自1970年以來，國內(nèi)外鐵路隧道運營事故案例總體上呈現(xiàn)上升趨勢。

2)火災、列車脫軌和列車碰撞3類隧道運營期事故案例累積達到了統(tǒng)計事故總數(shù)的80%，其中火災事故占了事故總數(shù)的50%。因此，鐵路隧道運營期防災應以隧道火災為重點，同時兼顧列車碰撞及脫軌事故。

3)國內(nèi)外鐵路隧道襯砌混凝土剝落事故案例累積達到了統(tǒng)計事故總數(shù)的10%?；炷羷兟鋾＜八淼纼?nèi)行車安全，因此，鐵路隧道運營期防災應積極預防隧道襯砌混凝土剝落掉塊對列車行車安全的威脅。

4)旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生行車火災事故，主要原因歸納為： ①列車車輛關(guān)鍵部位故障； ②闖信號、列車超速、故意縱火等人為因素； ③列車車輛缺陷致列車碰撞或脫軌等。

貨物列車(包括油罐列車)在隧道內(nèi)發(fā)生行車火災事故，主要原因歸納為： ①列車碰撞、脫軌或顛覆； ②油罐列車油汽外溢聚集達到了爆炸極限； ③闖信號等人為因素； ④運輸貨物“悶燒”等。

5)列車在隧道內(nèi)發(fā)生行車碰撞事故，主要原因歸納為： ①信號操作員、列車司機或維護工人犯錯誤等人為因素； ②車廂脫落或車輛故障引發(fā)車廂或列車停留； ③隧道襯砌剝落及電氣設(shè)備墜落橫亙在軌道上等。

6)列車在隧道內(nèi)發(fā)生行車脫軌事故，主要原因歸納為： ①列車碰撞； ②軌道缺陷或斷裂； ③路基不均勻下沉、工人違章作業(yè)等因素引發(fā)軌道尺寸突變等。

7)現(xiàn)有火災案例分析表明，鐵路隧道運營期防災考慮火災情況下隨機停車疏散救援模式是非常重要的，但是從工程建設(shè)成本考慮，少數(shù)特長隧道運營期防災采用隨機停車疏散救援模式，而大量的長大鐵路隧道(群)運營期防災采用定點停車疏散救援模式和局部范圍內(nèi)隨機停車疏散救援模式。

8)鐵路隧道運營期防災是一個非常復雜的問題，涉及基礎(chǔ)設(shè)施、鐵道車輛和運輸調(diào)度，應建立鐵路隧道運營期災害防范體系及預警系統(tǒng)，依靠技術(shù)進步及管理理念革新，積極預防鐵路隧道運營期災害事故。

[1] 陳向東,柴永模.鐵路隧道消防技術(shù)研究十年回顧[J].世界隧道,1999(2): 32-36. (CHEN Xiangdong,CHAI Yongmo. Review of fire-fighting technique study for railway tunnel in a decade [J]. Tunnelling and Underground Works, 1999(2): 32-36. (in Chinese))

[2] 陳宜吉,張榮康,劉斐文.隧道列車火災案例及預防[M].北京:中國鐵道出版社,1998. (CHEN Yiji, ZHANG Rongkang, LIU Feiwen. Cases and prevention of train fire in tunnel [M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1998. (in Chinese))

[3] 陳家強.鐵路隧道油列火災滅火搶險戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)的探索[J].世界隧道,1999(1): 59-66. (CHEN Jiaqiang. Discussion on measures and strategy of oil-train fire fighting in railway tunnel [J]. Tunnelling and Underground Works, 1999 (1): 59-66. (in Chinese))

[4] 寇鼎濤.鐵路隧道火災特性及火災原因分析[J].隧道建設(shè),2005,25(1): 72-75. (KOU Dingtao. Railway tunnel fire characteristics and fire cause analysis [J]. Tunnel Construction, 2005, 25(1): 72-75. (in Chinese))

[5] 茅為中,張念.鐵路隧道火災預防及救援探討[J].隧道建設(shè),2010,30(1): 20-23. (MAO Weizhong, ZHANG Nian. Study of fire-prevention and passenger-rescue of railway tunnel [J]. Tunnel Construction, 2010, 30(1): 20-23. (in Chinese))

[6] 李來保,王永西,張益民.封堵戰(zhàn)術(shù)在鐵路隧道火災撲救中的運用[J].消防科學與技術(shù),2011,30(10): 955-958.(LI Laibao, WANG Yongxi, ZHANG Yimin. Application of plugging tactics in railway tunnel fire fighting and rescue [J]. Fire Science and Technology, 2011, 30(10): 955-958. (in Chinese))

[7] 占曙光,黃海龍.我國鐵路長大隧道防火設(shè)計的分析[J].鐵道運營技術(shù),2012,18(1): 4-8. (ZHAN Shuguang, HUANG Hailong. Analysis of China long railway tunnel fire safety design [J]. Railway Operation Technology, 2012, 18(1): 4-8. (in Chinese))

[8] 朱福壽. 油罐車脫軌原因及防止措施[J].鐵道運營技術(shù),1996(1): 10-13. (ZHU Fushou. Tanker train derailment causes and prevention measures [J]. Railway Operation Technology, 1996(1): 10-13. (in Chinese))

[9] Alan Beard, Richard Carvel. Handbook of tunnel fire safety [M]. 2nd Edition. London: ICE Publishing, 2012: 3-23.

[10] 鐵路隧道防災救援疏散工程設(shè)計規(guī)范： TB 10020—2012[S].北京： 中國鐵道出版社,2012. (Code for design on evacuation engineering for disaster prevention and rescue of railway tunnel: TB 10020—2012 [S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2012. (in Chinese))

[11] 關(guān)寶樹.隧道工程維修管理要點集[M].北京： 人民交通出版社,2004: 452-465. (GUAN Baoshu. Key points in maintenance management of tunnel engineering [M]. Beijing: China Commanications Press, 2004: 452-465. (in Chinese))

[12] 吳江濱,張頂立,王夢恕.鐵路運營隧道病害現(xiàn)狀及檢測評估[J].中國安全科學學報,2003,13(6): 49-52. (WU Jiangbin, ZHANG Dingli, WANG Mengshu. Current damage situation of railway operation tunnels and their inspection and evaluation [J]. China Safety Science Journal, 2003, 13(6): 49-52. (in Chinese))

[13] 段良軍.既有線隧道襯砌空洞處理方案[J].中小企業(yè)管理與科技,2012(34): 81-82. (DUAN Liangjun. Treatment scheme of cavity behind existing tunnel lining [J]. Management & Technology of SME,2012 (34): 81-82. (in Chinese))

Study of Disaster Types and Prevention Methods of Railway Tunnel during Operation Period Based on Statistical Theory

LI Kui, WANG Zhiqiang

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Chengdu610083,Sichuan,China)

A number of 83 cases of accidents in railway tunnels in China and abroad during operation period are collected and analyzed, and main disaster types, causes and countermeasures are studied so as to provide guidance for construction, operation and disaster prevention of railway tunnel. The study results show that: 1) During the operation of railway tunnel, the main disaster types are fire disaster, train collision, derailment and lining concrete spalling. 2) Attentions should be paid to fire disaster, train collision, train derailment and tunnel lining concrete spalling during operation of railway tunnel. 3) The key parts failure of train vehicles, human factors and train collision or derailment induced by vehicle defects are responsible for the train fire in the tunnel. 4) The disaster prevention mode of long railway tunnel and tunnel group during operation period can be designated as parking evacuation and rescue and random parking evacuation and rescue within full or partial range of tunnel based on the scale of civil facilities and the characteristics of tunnel structure. 5) Disaster prevention of railway tunnel is closely related to infrastructure, railway vehicles and transportation scheduling; it is necessary to establish disaster precaution system of railway tunnel during operation period and early warning systems for accidents prevention.

railway tunnel; disaster during operation period; disaster type; fire disaster; train collision; derailment; lining concrete spalling

2016-07-14;

2016-09-19

四川省科技計劃項目(2013GZ0147, 2015GZ0146)

李奎(1979—)，男，四川資陽人，2010年畢業(yè)于西南交通大學，橋梁與隧道工程專業(yè)，博士，高級工程師，從事隧道科研及設(shè)計工作。E-mail： 49263975@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.02.005

U 45< class="emphasis_bold"> 文獻標志碼： A

A

1672-741X(2017)02-0150-10