宋永超

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司,武漢 430063)

引言

早在1900年以前，德國卡爾斯魯厄市交通運營公司通過采用輕軌、市域鐵路及城際鐵路之間的共線運營方式來擴張城市交通，取得了良好的效果。從此，共線運營方式在歐美和日本的城市軌道交通系統(tǒng)中被逐漸推廣應(yīng)用，尤其在日本效果更為顯著[1]。我國也對國鐵參與軌道交通建設(shè)、運營等相關(guān)問題進行了研究。陸化普通過對典型大城市交通擁擠原因進行了分析研究，提出優(yōu)先發(fā)展公共交通是世界各國解決城市交通的共識，需要處理好郊區(qū)鐵路進入市區(qū)和鐵路、地鐵一體化運營[2]。羅秀清等通過分析我國發(fā)展市郊鐵路的機遇，以及國家鐵路參與城市市郊鐵路建設(shè)所具有的優(yōu)勢，提出國鐵應(yīng)積極參與城市軌道交通的建設(shè)和運營[3]。孫永梅等通過研究城際鐵路、市域快軌的決策體系，提出在新型城鎮(zhèn)化背景下都市圈的軌道交通建設(shè)中，國家鐵路、城際鐵路、城市軌道交通需要統(tǒng)籌考慮，才能適應(yīng)城市的發(fā)展[4]。周建軍等通過對國外軌道交通共線運營方式進行分析，提出上海市域軌道交通線路規(guī)劃應(yīng)充分考慮共線運營的可行性[5]。但到目前為止還沒有真正意義上的國鐵列車和城市軌道交通列車共線運營的運營案例。

國內(nèi)的鐵路運營部門也在積極推進國鐵和城市軌道交通的共線運營工作，并于2018年10月10日發(fā)文，要求市域(郊)鐵路發(fā)展要堅持以需求為導(dǎo)向，統(tǒng)籌社會效益和企業(yè)經(jīng)濟效益，在滿足國鐵列車開行需求的前提下，以地方政府購買服務(wù)、鐵路運輸企業(yè)提供運輸保障為主要模式，為國鐵和城市軌道交通共線運營開辟了道路。

1 工程概況

上海機場聯(lián)絡(luò)線線路全長68.679 km，其中橋梁長7.984 km，隧道長55.879 km，路基長4.816 km，橋隧比92.987%。全線設(shè)車站9座(其中地面車站3座、地下站6座)，平均站間距離為8.58 km。線路設(shè)置車輛段和綜合維修，1座主變電所及8處中間風(fēng)井(不包含車站脫離風(fēng)井)。

本線區(qū)間有高架區(qū)間、單洞雙線盾構(gòu)區(qū)間、雙洞雙線盾構(gòu)區(qū)間以及明挖區(qū)間等；中間風(fēng)井具有垂直疏散功能。正線單洞雙線(帶中隔墻)盾構(gòu)長度約40 km，雙洞雙線盾構(gòu)段約25.1 km。

線路采用城際列車和城市軌道交通列車共線運營。城際列車一般采用CRH動車組，運行8節(jié)編組，具備開行16節(jié)編組的條件；市域列車采用CRH動車組，列車編組初、近期為4節(jié)編組，遠期8節(jié)。系統(tǒng)最小行車間隔按3 min設(shè)計，高峰小時開行4對城際列車、2對大站快車后，可開行6對站站停列車，高峰小時共可開行12對列車。設(shè)計列車最高運行速度為160 km/h，當(dāng)列車不停靠過站時，采用80 km/h(靠站臺邊通過)和160 km/h(不靠站臺邊通過)過站。

2 工程特點

通過對本工程與傳統(tǒng)的軌道交通線路、國鐵(城際鐵路)相比，存在以下的特點。

2.1 站間距大、地下區(qū)間救援困難

傳統(tǒng)的軌道交通線路站間距一般為1 km左右，較長的也不過3 km；國鐵(城際鐵路)一般為地面線路，進入城區(qū)有部分地下線路和地下車站，但一般較短；本線平均站間距為8.58 km，最長地下區(qū)間超過10 km；由于區(qū)間中間風(fēng)井距離約5 km，消防人員和疏散乘客只能就近通過中間風(fēng)井疏散樓梯間進出隧道，不利于區(qū)間乘客的疏散和消防人員進入救援。

2.2 運量大，速度快

本線采用CRH動車組列車，車輛定員為1 458人/列，遠遠大于國鐵列車的載客量600人/列。列車采用160 km/h運行速度。

2.3 國鐵和城市軌道交通列車共線運營，缺少相匹配的防災(zāi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)國鐵(城際鐵路)、城市軌道交通線路的設(shè)計、施工、驗收及運營等均有比較完善的規(guī)范體系；而且國鐵(城際鐵路)的審批、驗收及運營均為鐵路部門，而城市軌道交通項目的建設(shè)、驗收和運營均屬于地方政府。這兩套規(guī)范體系在較多方面存在不同，尤其是在防災(zāi)救援方面存在較大的差異。本工程是國內(nèi)第一條城際列車和城市軌道交通列車共線運營的項目，國內(nèi)無匹配的規(guī)范指導(dǎo)本工程的設(shè)計、施工、驗收和運營。

3 防災(zāi)救援設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究

由于本工程復(fù)雜，且缺少設(shè)計規(guī)范指導(dǎo)；如何選擇本工程的防災(zāi)救援設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)系到本線工程投資以及運營安全，是本工程的重點和難點。

3.1 國鐵和軌道交通車站防災(zāi)救援體系

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，城際鐵路、軌道交通的車站建筑、防排煙、給排水及消防等均需要滿足GB50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，故在車站防災(zāi)救援方面，城際鐵路和城市軌道交通設(shè)計原則和標(biāo)準(zhǔn)是一致的。

3.2 國鐵和城市軌道交通區(qū)間防災(zāi)救援體系

3.2.1 城際鐵路列車的防災(zāi)救援

目前國鐵列車線路中能與城市軌道交通列車共線運營的線路一般為城際列車線路，故以城際鐵路的防災(zāi)救援進行分析。根據(jù)TB 10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計規(guī)范》要求，防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計應(yīng)遵循以人為本、應(yīng)急有備、方便自救、安全疏散的原則。當(dāng)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)優(yōu)先考慮控制列車駛出洞外或?？苦徑囌具M行救援。當(dāng)區(qū)間隧道超過20 km時，需要設(shè)置消防救援站，著火列車?？烤仍具M行疏散和救援。

根據(jù)城際鐵路的特點，長度20 km以上的特長隧道很少，動車組列車按照最低檔的設(shè)計速度120 km/h計算，3 min可以行進6 km，5 min可以行進10 km，10 min可以行進20 km，長度小于10 km的隧道5 min內(nèi)即可拉出洞外。另外車站旅客通過嚴(yán)格的進站上車檢查，消除大部分的火災(zāi)隱患，列車每節(jié)車廂上配備消防滅火器，可以控制和降低起火隱患；車廂內(nèi)火災(zāi)與動車組失去全部動力同時發(fā)生的幾率非常?。灰虼艘坏┌l(fā)生火災(zāi)，將列車起火點放在明線上、車站內(nèi)或者消防站進行防災(zāi)和救援[6]。

綜上所述，城際鐵路的區(qū)間防災(zāi)救援原則為：著火列車行駛到救援站、室外或就近車站進行救援和疏散，不考慮列車著火停留在區(qū)間隧道進行救援和疏散[7]。

3.2.2 城市軌道交通列車的防災(zāi)救援

城市軌道交通列車著火優(yōu)先考慮將著火列車開行到前方車站進行救援和疏散，如失去動力，則要求列車在區(qū)間隧道進行疏散和救援。

著火列車在區(qū)間進行疏散和救援時，乘客可以通過道床和疏散平臺疏散至相鄰隧道。但本線采用的列車為動車組，車頭、車尾無法設(shè)置疏散門下至軌行區(qū)，故只能采用疏散平臺進行疏散，并且需要設(shè)置高疏散平臺。

區(qū)間列車火災(zāi)位置確定后，需要開啟排煙系統(tǒng)，并結(jié)合智能疏散指示，引導(dǎo)乘客進行疏散，以確保大多數(shù)乘客迎著新風(fēng)疏散至相鄰隧道。

綜上所述，城市軌道交通的區(qū)間防災(zāi)救援原則為：著火列車在不失去動力的情況下優(yōu)先考慮行駛到就近的車站進行救援和疏散，當(dāng)失去動力時，需要考慮列車停留在區(qū)間隧道進行救援和疏散[8]。

3.2.3 兩種防災(zāi)救援體系的差異

國鐵、城市軌道交通兩種區(qū)間防災(zāi)救援體系在以下方面存在較大的差異。

(1)是否設(shè)置中隔墻，將兩條隧道分隔開

國鐵列車考慮列車著火后行駛到室外、救援站和車站進行疏散和救援，乘客可以直接疏散到安全區(qū)域；而軌道交通的列車在區(qū)間著火停車疏散時，乘客不能在著火的區(qū)間長距離疏散，而是需要通過中隔墻的防火門疏散到相鄰隧道(安全區(qū))；中隔墻設(shè)置與否直接關(guān)系到區(qū)間的防災(zāi)救援方案、隧道的洞徑以及工程的投資。

(2)是否設(shè)置高疏散平臺

為了解決列車車廂與道床面的1.25 m高差，國鐵和城市軌道交通采用了不同的方案。國鐵列車由于配置乘務(wù)員，列車車廂自帶救援爬梯，如圖1所示；區(qū)間設(shè)置低疏散平臺，如圖2所示；城市軌道交通的列車需要考慮列車火災(zāi)失去動力在區(qū)間進行疏散，需要區(qū)間縱向設(shè)置高疏散平臺，如圖3所示。

圖1 國鐵列車自帶爬梯

圖2 低疏散平臺

圖3 高疏散平臺

(3)列車是否需在就近車站?？渴枭⒑途仍?/p>

根據(jù)國鐵疏散救援要求，當(dāng)距離不超過20 km時，列車可以開到洞外、救援站、車站進行疏散和救援；而軌道交通要求火災(zāi)列車首先考慮行駛到就近的車站進行救援和疏散。本線列車采用8輛和16輛編組列車混跑，線路上只有1座車站有效站臺長度能滿足?？?6輛編組列車要求，其他車站站臺有效長度只能滿足?？?輛編組列車要求。根據(jù)城市軌道交通防災(zāi)救援要求，需要每個車站站臺均能?？?6輛編組的列車疏散和救援。

3.2.4 防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)的選擇

基于兩種防災(zāi)救援體系存在較大的差異，曾國寶通過對城市鐵路隧道、山嶺隧道和地鐵隧道的工程特點進行了分析，提出有必要對城市鐵路隧道的防災(zāi)疏散和消防設(shè)備布置進行深層次的研究[9]。為了確定本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本工程的特點，開展了“盾構(gòu)隧道斷面方案專題研究”、“消防疏散方案專題研究”，通過了專家評審，并征得消防部門同意，進一步明確本線的防災(zāi)救援設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

(1)盾構(gòu)隧道斷面方案專題研究

專題通過對工程特點、規(guī)范要求、國內(nèi)類似工程案例、斷面對列車火災(zāi)疏散救援的影響、投資等進行了分析和比較，提出區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻、采用低平臺+列車自帶爬梯的疏散方案。該方案具有以下優(yōu)點。

①區(qū)間隧道疏散距離更短

區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻，將區(qū)間隧道分隔為兩條獨立的區(qū)間隧道，通過設(shè)置防火門，人員可以就近疏散到相鄰區(qū)間，縮短人員在著火隧道走行的距離。

②區(qū)間隧道更容易組織防排煙

區(qū)間隧道采用中隔墻將區(qū)間隧道分隔為兩條獨立的區(qū)間隧道；火災(zāi)時，可以對著火災(zāi)隧道組織排煙，煙氣不會進入隔壁隧道，避免影響相鄰線路的行車安全。

③區(qū)間隧道全壽命周期費用更省

區(qū)間采用中隔墻后，雖然隧道斷面有所加大，土建費用有所增加，但區(qū)間的活塞效應(yīng)加強，列車運行產(chǎn)生的活塞風(fēng)能滿足隧道溫度和換氣的要求；不設(shè)置中隔墻，雖然節(jié)省了土建投資，但需要增設(shè)降溫措施、加大配電，增加機電設(shè)備的投入和運營費用。從100年生命周期費用來看，設(shè)置中隔墻方案較不設(shè)中隔墻方案節(jié)省費用約43.8億元。

疏散平臺的設(shè)置方案對區(qū)間的隧道斷面有較大影響；設(shè)置高疏散平臺時，疏散平臺會侵入限界，只能通過增大隧道直徑滿足限界要求，從而增加土建投資；增大隧道直徑后，列車車廂與疏散平臺間的縫隙寬度加大，會造成人員疏散安全隱患。采用低平臺+列車自帶爬梯的方案，可以有效避免侵限和縫隙大的問題，同時隧道斷面更小，方案更經(jīng)濟、更合理可行。

(2)消防疏散方案專題研究

專題論述了本線列車在車站、區(qū)間的消防疏散和救援原則，提出區(qū)間列車著火時應(yīng)優(yōu)先考慮駛?cè)刖徒能囌具M行救援和疏散，需要車站考慮8輛、16輛編組列車著火后停車疏散和救援。

專題通過對車站進行分析，提出了利用車站設(shè)備區(qū)、線路外側(cè)設(shè)置2.5 m寬疏散平臺的方式解決有效站臺長度不滿足16輛編組列車停站疏散的問題，同時通過設(shè)置直通室外的防煙樓梯間滿足規(guī)范要求的疏散距離問題，從而解決了16輛編組列車進站疏散和救援，如圖4所示。

圖4 典型車站16輛編組列車站內(nèi)?？渴枭⒕仍疽?/p>

4 模擬分析

根據(jù)本工程的特點，選取了1座車站和1個較長區(qū)間進行了模擬分析；考慮到目前僅預(yù)留了16輛編組下線路運營的條件，且數(shù)量極少，故本次按8輛編組列車在超員20%的情況下，每列車1750人進行疏散模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析如下。

4.1 車站疏散

根據(jù)仿真結(jié)果，8:26:00開始疏散，8:31:07乘客離開站臺層，全部到達站廳層付費區(qū)。8:31:48乘客離開站廳層付費區(qū)出閘機，到達站廳層非付費區(qū)。8:35:54乘客離開站廳層非付費區(qū)。根據(jù)仿真結(jié)果：站臺完成疏散需要時間5.1 min；站廳付費區(qū)完成疏散需要時間5.8 min；全部站廳完成疏散需要時間9.9 min。

4.2 區(qū)間疏散

假定火災(zāi)發(fā)生在車頭，且靠近車頭的疏散口無法使用，乘客往車尾方向進行疏散。警報開始20s后，乘客開始疏散。所需疏散的乘客用紅色小圓點表示。擬模擬區(qū)間的模型處理見圖5；區(qū)間列車火災(zāi)人員疏散仿真模擬見圖6。

圖5 區(qū)間列車火災(zāi)仿真模擬位置示意

圖6 區(qū)間列車火災(zāi)人員疏散仿真模擬

通過對區(qū)間列車?？课恢貌煌?，乘客從離發(fā)生火災(zāi)最近的疏散口進行疏散、從離發(fā)生火災(zāi)最近的第二個疏散口進行疏散、從離火災(zāi)最近的疏散口和第二近的疏散口進行疏散等三種情況進行模擬，區(qū)間疏散(按預(yù)測客流計算)時間分別為13.8，15.2，14.9 min；區(qū)間疏散(按額定客流計算)時間分別為16.5，17.7，17 min。

4.3 模擬分析結(jié)論

根據(jù)GB50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》第28.2.11條：車站站臺公共區(qū)的樓梯、自動扶梯、出入口通道，應(yīng)滿足當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時在6 min內(nèi)將遠期或客流控制期超高峰小時一列進站列車所載的乘客及站臺上的候車人員全部撤離站臺到達安全區(qū)的要求。因此，車站疏散行動時間滿足規(guī)范要求。

由于區(qū)間對于人員疏散時間沒有具體要求，區(qū)間隧道通過風(fēng)機組織的排煙，可以確保大部分乘客迎氣流進行疏散，18 min內(nèi)即可將列車內(nèi)的人員疏散至相鄰區(qū)間，確保人員的安全。

5 結(jié)語

國鐵與軌道交通共線運營防災(zāi)救援涉及到工程的投資、旅客的安全，是工程建設(shè)和運營的重中之重。本工程采用如下的防災(zāi)疏散救援標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

(1)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)且未失去動力時，應(yīng)行駛到就近的車站進行疏散和救援；失去動力無法向前行駛時，應(yīng)就地疏散和救援。

(2)區(qū)間采用低疏散平臺+自帶爬梯的疏散方式。

(3)區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻將兩條隧道分隔開，隔墻設(shè)置防火門相互疏散。

(4)車站需要滿足最大編組列車在站內(nèi)停車疏散和救援的要求。

目前國鐵和軌道交通共線運營工程建設(shè)才剛剛起步，在線路運營、車輛、疏散等方面國鐵和軌道交通存在較大的差異，建議在本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對以下內(nèi)容進行深入的研究，進一步完善防災(zāi)救援體系，以指導(dǎo)類似工程的建設(shè)。

(1)對低疏散平臺+自帶爬梯區(qū)間疏散方案的疏散能力進行現(xiàn)場實測，以確保模擬結(jié)果貼近實際。

(2)由于國鐵列車種類繁多，需深化列車停站疏散時站臺門與列車車門對齊的方案研究。