段 錚

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津 300308)

引言

近些年來，隨著鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及鐵路隧道修建技術(shù)的不斷提高，特長(zhǎng)隧道在鐵路建設(shè)中層出不窮，如石太客專太行山隧道[1-2]，蘭新鐵路烏鞘嶺隧道[3]，青藏鐵路關(guān)角隧道[4]及向莆鐵路青云山隧道[5]等，長(zhǎng)度均超過了20 km。

為保障旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等事故后人員的安全疏散和救援，長(zhǎng)度20 km及以上的隧道或隧道群應(yīng)設(shè)置緊急救援站，列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)且不能駛出隧道時(shí)，應(yīng)控制列車?？吭诰o急救援站進(jìn)行疏散和救援[6-12]。

為引導(dǎo)列車駕駛員順利準(zhǔn)確的停靠在緊急救援站，在緊急救援站附近列車行車方向的左側(cè)設(shè)置停車導(dǎo)向標(biāo)志[13]。而目前設(shè)置的停車導(dǎo)向標(biāo)志多以涂刷方式置于隧道側(cè)壁上，可視性較差，無法起到引導(dǎo)列車駕駛員的作用。同時(shí)相關(guān)規(guī)范及規(guī)定中未對(duì)火災(zāi)列車進(jìn)入導(dǎo)向區(qū)間及緊急救援站?？繀^(qū)間的行車速度控制予以明確。

本文對(duì)列車駕駛員發(fā)現(xiàn)標(biāo)志、做出判斷、開始行動(dòng)至完成行動(dòng)的全過程進(jìn)行分析，對(duì)停車導(dǎo)向標(biāo)志的設(shè)置位置、字體大小、設(shè)置角度及車速控制等方面進(jìn)行探討。

1 停車導(dǎo)向標(biāo)志的認(rèn)讀過程

隧道緊急救援站入口外一定距離(一般不小于運(yùn)行列車的緊急制動(dòng)距離)開始分級(jí)設(shè)置導(dǎo)向標(biāo)志，用于提醒并引導(dǎo)火災(zāi)列車駕駛員減速向緊急救援站行進(jìn)。隧道口緊急救援站內(nèi)設(shè)置針對(duì)不同火災(zāi)車廂的停車標(biāo)志，用于引導(dǎo)火災(zāi)列車駕駛員將火災(zāi)車廂準(zhǔn)確停靠在明線位置。

列車駕駛員使用停車導(dǎo)向標(biāo)志經(jīng)過發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、判斷和行動(dòng)4個(gè)步驟，調(diào)整列車的行駛狀態(tài)，最終安全、準(zhǔn)確、順利地將火災(zāi)列車?？吭诰o急救援站內(nèi)。

如圖1所示，標(biāo)志安裝在列車行車方向的左側(cè)S點(diǎn)。車輛從A點(diǎn)駛向B點(diǎn)，駕駛員在行駛到A點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)位于S點(diǎn)的導(dǎo)向標(biāo)志，在B點(diǎn)開始讀取標(biāo)志信息，這段距離可稱為發(fā)現(xiàn)距離(lAB)。到C點(diǎn)把標(biāo)志內(nèi)容完全讀完，這段距離稱為識(shí)別距離(l′)。讀完標(biāo)志后，駕駛員根據(jù)列車的狀態(tài)做出需要減速的判斷并開始行動(dòng)，這段距離稱為判斷距離(j)。從給讀點(diǎn)B點(diǎn)到標(biāo)志點(diǎn)S的距離定義為視認(rèn)距離(S)。從讀完點(diǎn)C點(diǎn)到標(biāo)志點(diǎn)S的距離稱為讀完后到標(biāo)志的距離(l)，如果該距離比消失距離(m)要短，就認(rèn)為駕駛員不能從容的讀完標(biāo)志，準(zhǔn)確判斷標(biāo)志內(nèi)容。從行動(dòng)點(diǎn)D到完成動(dòng)作點(diǎn)F的距離稱為行動(dòng)距離(L)[14-17]。

駕駛員使用導(dǎo)向標(biāo)志時(shí)，需在F點(diǎn)完成對(duì)列車的減速并控制車速至下一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志或停車標(biāo)志。駕駛員使用停車標(biāo)志時(shí)，需在停車標(biāo)志點(diǎn)準(zhǔn)確將列車?？?，故F點(diǎn)即為S點(diǎn)。

駕駛員使用導(dǎo)向標(biāo)志的全過程如圖1所示，使用停車標(biāo)志的全過程如圖2所示。

圖1 導(dǎo)向標(biāo)志的認(rèn)讀及操作過程

圖2 停車標(biāo)志的認(rèn)讀及操作過程

2 發(fā)現(xiàn)點(diǎn)與給讀點(diǎn)位置的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)及目的

為確定發(fā)現(xiàn)點(diǎn)A及給讀點(diǎn)B與停車導(dǎo)向標(biāo)志間的實(shí)際距離，根據(jù)《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

2.2 停車導(dǎo)向標(biāo)志牌的制作

采用PVC板材分別制作導(dǎo)向及停車標(biāo)志牌，標(biāo)志牌表面涂反光膜，底色為藍(lán)色，字體為白色，導(dǎo)向標(biāo)志牌字體采用40 cm高的黑體字，停車標(biāo)志牌采用35 cm高的黑體字，如圖3所示。

圖3 停車導(dǎo)向標(biāo)志牌

2.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)地點(diǎn)：選擇某在建時(shí)速350 km的鐵路客運(yùn)專線的隧道口緊急救援站開展試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)間及天氣狀況：試驗(yàn)時(shí)間選擇上午，天氣晴朗。

試驗(yàn)人員：隨機(jī)選取10名人員參與試驗(yàn)。

試驗(yàn)人員行進(jìn)速度：因條件限制，本次僅開展了人員在靜止?fàn)顟B(tài)下的相關(guān)試驗(yàn)。

停車導(dǎo)向標(biāo)志的位置：因停車導(dǎo)向標(biāo)志均有可能布置在隧道內(nèi)或區(qū)間路基及橋梁上，而光線強(qiáng)弱對(duì)標(biāo)志的發(fā)現(xiàn)與認(rèn)讀有著重要的影響，故在明線(區(qū)間橋梁段)及暗線(隧道內(nèi))分別開展試驗(yàn)。

停車導(dǎo)向標(biāo)志與列車行進(jìn)方向的夾角：《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，標(biāo)志牌的迎風(fēng)面與風(fēng)流方向(線路中線)的夾角不宜大于30°，以滿足誘導(dǎo)活塞風(fēng)的要求。故分別對(duì)0°,15°,30°夾角開展試驗(yàn)。

停車導(dǎo)向標(biāo)志與駕駛員間的橫向距離：本次試驗(yàn)按350 km/h客運(yùn)專線鐵路雙線隧道斷面標(biāo)準(zhǔn)開展，停車導(dǎo)向標(biāo)志與駕駛員的橫向距離約為4 m。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的位置

因標(biāo)志牌表面涂有反光膜，明暗線對(duì)于發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的位置影響不大。停車導(dǎo)向標(biāo)志與列車行進(jìn)方向的夾角為0°時(shí)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)與標(biāo)志牌間的距離較短，夾角為15°或30°時(shí)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)與標(biāo)志牌間的距離基本一致，約為180 m。

2.4.2 給讀點(diǎn)的位置

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定當(dāng)停車標(biāo)志或?qū)驑?biāo)志位于暗線或明線時(shí)，在其與線路中心不同夾角情況下與給讀點(diǎn)間的距離，具體如表1所示。

表1 給讀點(diǎn)與標(biāo)志間的試驗(yàn)距離

2.5 小結(jié)

通過針對(duì)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)和給讀點(diǎn)與停車導(dǎo)向標(biāo)志間的距離開展的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論。

(1)停車導(dǎo)向標(biāo)志與線路中線的夾角越大，其可視性和可讀性越強(qiáng)，當(dāng)夾角為0°時(shí)，其可視性和可讀性最差，故不宜將停車導(dǎo)向標(biāo)志涂刷在隧道側(cè)壁上。

(2)處于明線位置的停車導(dǎo)向標(biāo)志，其可讀性要優(yōu)于處于暗線位置的停車導(dǎo)向標(biāo)志。

(3)雖然導(dǎo)向標(biāo)志的字體要大于停車標(biāo)志，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可讀性卻劣于停車標(biāo)志，主要原因是導(dǎo)向標(biāo)志中橫向設(shè)置的阿拉伯?dāng)?shù)字和英文字母不宜辨識(shí)。

3 讀完點(diǎn)位置的理論計(jì)算

讀完點(diǎn)與標(biāo)志間的距離(l)應(yīng)不小于標(biāo)志的消失距離(m)，如此駕駛員才能從容地讀完標(biāo)志內(nèi)容并作出準(zhǔn)確判斷，故l應(yīng)滿足如下要求

l≥m=d/tanθ[14]

(1)

式中，d為標(biāo)志與同側(cè)線路中線間的橫向距離，因單雙洞及對(duì)應(yīng)各速度目標(biāo)值的隧道斷面不同，故d值有所區(qū)別，以時(shí)速350 km客運(yùn)專線鐵路雙線隧道為例，d約為4 m；θ為消失點(diǎn)與標(biāo)志間的夾角，公路中按人眼的有效明視視錐確定，同時(shí)考慮汽車駕駛員在閱讀標(biāo)志信息時(shí)同時(shí)需要關(guān)注路面的交通狀況，故視錐邊緣需留于路面，θ一般為15°[14]。但列車在軌道上行駛，特殊情況下不用對(duì)行進(jìn)前方的線路狀態(tài)進(jìn)行觀察，故這方面的要求可以弱化，考慮正常人的頸部左右旋轉(zhuǎn)角度為60°～80°，θ值以75°為宜。

4 標(biāo)志位置與行車速度的關(guān)系

4.1 導(dǎo)向標(biāo)志位置與行車速度的關(guān)系

列車駕駛員在讀完導(dǎo)向標(biāo)志后需采取減速措施并控制車速行駛至下一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志或停車標(biāo)志。而駕駛員可在通過導(dǎo)向標(biāo)志后進(jìn)行判斷并采取相應(yīng)的行動(dòng)，故

m+l′≤S≤m+l′+j+L

(2)

l′=v0t1

(3)

j=v0t2

(4)

(5)

式中v0——駕駛員在發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向標(biāo)志時(shí)的列車行駛速度，m/s；

t1——認(rèn)讀識(shí)別標(biāo)志所需的時(shí)間，一般為2.6s；

t2——判斷采取措施所需的時(shí)間，一般為2.0～2.5s；

vt——駕駛員采取措施后需要控制的列車行駛速度，m/s；

a——列車緊急制動(dòng)減速度，速度大于200 km/h時(shí)取0.9 m/s2，速度小于200 km/h時(shí)取1.1 m/s2[18-21]。

表2反映的是若要保證火災(zāi)列車駕駛員從容的讀完導(dǎo)向標(biāo)志上的信息并采取措施，給讀點(diǎn)與導(dǎo)向標(biāo)志間所需要的最小距離(Smin)與列車行駛速度的關(guān)系。通過表2可知，列車行駛速度越大，則Smin越大。若實(shí)際的S

表2 導(dǎo)向標(biāo)志與行車速度關(guān)系

4.2 停車標(biāo)志位置與行車速度的關(guān)系

駕駛員在發(fā)現(xiàn)停車標(biāo)志后，需采取標(biāo)志識(shí)別、措施判斷及采取行動(dòng)等3個(gè)動(dòng)作，將列車準(zhǔn)確?？吭谕＼嚇?biāo)志位置處，故

S≥l′+j+L

(6)

(7)

表3反映的是若要保證火災(zāi)列車駕駛員從容的讀完停車標(biāo)志上的信息并將列車準(zhǔn)確?？吭诠潭ㄎ恢茫o讀點(diǎn)與停車標(biāo)志間所需要的最小距離(Smin)與列車行駛速度的關(guān)系。由表3可知，列車行駛速度越大，則Smin越大。若實(shí)際的S

表3 停車標(biāo)志與行車速度關(guān)系

4.3 小結(jié)

(1)通過表1與表2的對(duì)比分析，火災(zāi)列車在以80 km/h以上的速度駛向并通過導(dǎo)向標(biāo)志時(shí)，駕駛員無法從容準(zhǔn)確地讀取導(dǎo)向標(biāo)志上的信息并采取相應(yīng)措施。

(2)通過表1與表3的對(duì)比分析，火災(zāi)列車在以30 km/h以上的速度駛向停車標(biāo)志時(shí)，駕駛員無法從容準(zhǔn)確將列車停靠在停車標(biāo)志處。

5 結(jié)語(yǔ)

通過以上關(guān)于鐵路隧道緊急救援站停車導(dǎo)向標(biāo)志設(shè)置位置的探討，建議如下。

(1)目前常用的將停車導(dǎo)向標(biāo)志涂刷于隧道側(cè)壁上的做法導(dǎo)致其可視性和可讀性較差。停車導(dǎo)向標(biāo)志與線路中線的夾角宜為30°，以提高其可視性和可讀性，并滿足誘導(dǎo)活塞風(fēng)的需要。

(2)導(dǎo)向標(biāo)志中橫向設(shè)置的阿拉伯?dāng)?shù)字和英文字母調(diào)整為豎向排列的漢字，如“500 m”改為“五百米”，以提高其可讀性。

(3)當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，駕駛員應(yīng)迅速采取緊急制動(dòng)措施，將列車速度控制在80 km/h向緊急救援站行進(jìn)。

(4)在發(fā)現(xiàn)第一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志后采取逐級(jí)制動(dòng)減速措施，在進(jìn)入緊急救援站即至最后一個(gè)導(dǎo)向標(biāo)志“救援站入口”時(shí)，車速應(yīng)控制在30 km/h以下，駕駛員應(yīng)根據(jù)列車火災(zāi)位置將其準(zhǔn)確?？吭趯?duì)應(yīng)的停車標(biāo)志處。

(5)目前采用停車導(dǎo)向標(biāo)志引導(dǎo)火災(zāi)列車?？康姆绞綄?duì)列車駕駛員的要求較高，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的培訓(xùn)，并定期進(jìn)行應(yīng)急演練。

本次研究以350 km/h雙線高速鐵路隧道為基礎(chǔ)，其他標(biāo)準(zhǔn)的鐵路隧道因其速度目標(biāo)值及停車導(dǎo)向標(biāo)志與同側(cè)線路中線間的橫向距離均小于350 km/h雙線鐵路隧道，故相關(guān)研究成果同樣適用于其他標(biāo)準(zhǔn)的鐵路隧道。

我國(guó)西部鐵路，特別是川藏鐵路，20 km以上的隧道或隧道群眾多，需要設(shè)置大量隧道緊急救援站，希望進(jìn)一步加強(qiáng)該方面的研究，建議進(jìn)一步研究列控系統(tǒng)引導(dǎo)火災(zāi)列車?？康募夹g(shù)，以降低人為因素，確保運(yùn)營(yíng)安全。