《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》修編概況

趙海東,喻 渝,曾滿元

(中鐵二院工程集團有限責任公司,成都 610031)

鐵路隧道通風系統(tǒng)是鐵路運輸基礎設計的重要組成部分,也是保證鐵路系統(tǒng)正常運營的重要部分。安全可靠的隧道通風系統(tǒng)是保證鐵路運輸、行車安全及旅客安全的基礎。《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000)是鐵路行業(yè)重要的行業(yè)標準之一,是鐵路隧道通風設計的主要依據(jù),在鐵路建設中發(fā)揮著重要作用。本次對《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000)的修編本著繼承與發(fā)展原規(guī)范并體現(xiàn)技術進步的原則,深入貫徹“以人為本、服務運輸”的鐵路建設理念,總結了近年來國內鐵路隧道通風設計及運營的實踐經(jīng)驗,也借鑒了國外發(fā)達國家的先進理念,適宜地調整了規(guī)范適用范圍和章節(jié)結構,完善了計算方法,吸納了最新科研成果,新增了條文內容及說明。

1 規(guī)范修編背景

2001年 4月 1日實施的鐵路行業(yè)標準《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000),在鐵路建設過程中對規(guī)范鐵路隧道運營通風系統(tǒng)設計、保證設計質量及保障鐵路系統(tǒng)正常、高效運輸?shù)确矫姘l(fā)揮了重要的作用。隨著高速鐵路、客運專線鐵路的建設,鐵路線路技術標準、行車組織模式、隧道斷面、列車參數(shù)、通風設備及通風形式等都發(fā)生了較大變化,《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000)已經(jīng)不能完全滿足新形勢下鐵路隧道通風設計和運營的要求,為了更好地適應我國鐵路跨越式發(fā)展的要求,高質量、高效率地完成建設任務,對《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000)的修編就顯得尤為迫切和必要。為了解決隧道通風的關鍵問題,鐵道部立項“長大隧道通風關鍵技術”科研項目對其進行了專項研究,且將部分科研成果納入了本次規(guī)范修編。

2 修編工作過程

規(guī)范編制組于 2008年 12月開展全面修編工作。編制中經(jīng)過了前期科研、編制大綱、征求意見稿、送審稿、報批稿 5個階段,各階段均邀請路內外隧道專業(yè)的專家進行了全面審查,于 2010年 1月底完成了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》報批稿的修改編制工作。

前期科研工作為鐵道部科技研究開發(fā)計劃“長大隧道通風關鍵技術研究”項目,始于 2006年 10月,歷時 2年之久,課題組對長大隧道通風的關鍵技術包括隧道內空氣衛(wèi)生標準、通風方式、通風計算方法、通風設計原則等進行了深入研究,取得了豐碩的成果,為下一步規(guī)范修編打下了堅實基礎。

2008年 12月編制組召開了規(guī)范修編啟動會議,會議對修編原則及主要修編內容進行了深入討論,并于月底完成了規(guī)范編制大綱。2009年 1月 13日,鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院在北京主持召開了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(編制大綱)審查會,與會專家聽取了編寫組關于規(guī)范修訂范圍、增加條款、章節(jié)結構等內容的介紹,經(jīng)認真審議和討論,原則同意修編原則和修編內容,認為修編大綱能滿足下階段修編工作的需要。

編制組于 2009年 7月底完成了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(征求意見稿)主要內容的修編工作。2009年 8月 25日～26日,鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院在北京主持召開了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(征求意見稿)審查會,原則同意征求意見稿的修編內容。本次會議討論納入了對于維護作業(yè)工況下隧道內通風設計的要求,充分體現(xiàn)了“以人為本、和諧社會、科學發(fā)展”的理念。

自 2009年 9月開始,《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》修編工作進入送審稿編制階段。2009年 11月 10日～11日,鐵道部建設管理司在北京主持召開了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(送審稿)審查會,一致認為編寫組提供的《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(送審稿)符合征求意見稿審查意見要求,原則同意送審稿編寫的內容。

2009年 12月,《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》修編工作進入送審稿編制階段。為確保本次修編工作的質量,并保證在編各規(guī)范之間的系統(tǒng)性、技術要求的協(xié)調性,編制組于 2010年 1月 7～8日在成都召開了《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(報批稿)復審定稿及技術標準協(xié)調工作會議。與會專家對《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(報批稿)的規(guī)范條文及相應條文說明進行了認真的審查,2010年 1月底最終完成《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(報批稿)定稿,上報鐵道部。

3 修編主要內容

新《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》是根據(jù)鐵道部“關于印發(fā)《2007年鐵路工程建設標準編制計劃》的通知”(鐵建設函[2006]1112號)的要求,在《鐵路隧道運營通風設計規(guī)范》(TB10068—2000)的基礎上修訂編制的。本次修編的主要內容如下。

3.1 調整規(guī)范的適用范圍

原規(guī)范適用范圍為“國家鐵路網(wǎng)中客貨列車共線運行、旅客列車最高行車速度 140km以下的標準軌距鐵路隧道”,近年來隨著高速鐵路、客運專線鐵路的不斷發(fā)展,原規(guī)范適用范圍已不能滿足需要。本次修編將適用范圍進行了調整擴大,使新規(guī)范適用于高速鐵路、客運專線、客貨共線等國家鐵路網(wǎng)中標準軌距鐵路隧道正常運營通風設計。

3.2 調整章節(jié)劃分

新規(guī)范共分 7章,其主要內容包括總則、術語和符號、基本規(guī)定、機械通風的方式及選擇、通風計算、通風土建設施、通風設備,另有 2個附錄及條文說明。

新規(guī)范與原規(guī)范(共 7章)相比,增加了“機械通風的方式及選擇”章節(jié),將原規(guī)范“瓦斯隧道通風”章節(jié)放入了“通風計算”章節(jié)。其中通風計算是隧道通風設計的主要內容,新規(guī)范用大量篇幅在“通風計算”章節(jié)中對隧道運營通風計算進行了闡述,并且細分為“一般規(guī)定”、“通風壓力計算”、“通風量計算”、“風機及功率計算”、“瓦斯隧道通風計算”等節(jié),條理清楚、內容翔實。“通風土建設施”、“通風設備”兩個章節(jié)由于通風形式及通風設備新材料、新技術的發(fā)展,補充完善內容較多。

經(jīng)過章節(jié)調整,新規(guī)范條理更加清楚,使用更加方便。

3.3 補充完善原有內容

(1)確定了電力機車牽引及內燃機車牽引隧道設置機械通風的條件

原規(guī)范隧道設置機械通風的條件受當時鐵路建設水平的限制,已不能適應現(xiàn)階段鐵路的跨越式發(fā)展要求。

新規(guī)范根據(jù)鐵道部科技研究開發(fā)計劃“長大隧道通風關鍵技術研究”項目的研究結果,將電力機車牽引的隧道設置機械通風條件完善為“電力機車牽引,客運專線隧道長度大于 20km、客貨共線隧道長度大于 15km應設置機械通風”。

編制組通過對我國各路局轄區(qū)內已運營的 40多座設置機械通風隧道的調查研究,認為原規(guī)范內燃機車牽引隧道設置機械通風的條件:“內燃機車牽引,隧道長度在 2km以上宜設置機械通風”是合適的。

另外考慮到在隧道設計、修建、運營過程中,越來越多地遇到高瓦斯、高地溫、有異味等不良狀況隧道,故條文中新增了“有特殊要求的鐵路隧道應設置機械通風”,對隧道設置機械通風的條件進行了補充和完善。

(2)完善了運營隧道內空氣衛(wèi)生及溫、濕度標準

新規(guī)范的衛(wèi)生標準是以 1996年 10月 11日中華人民共和國勞動部令(第4號)文發(fā)布的《中華人民共和國礦山安全法實施條例》的第二十二條的有關規(guī)定為依據(jù),按照各階段專家評審意見,且吸納了最新的科研成果制訂的。

對于一氧化碳濃度的規(guī)定,我國的《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB10003—2005)、《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095—1996)、《室 內空 氣質 量 標準 》(GB/T18883—2002)、《鐵路運營隧道空氣中機車廢氣容許濃度和測試方法》(TB/T1912—2005)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ25—2007)和《礦山安全規(guī)程》等標準都有明確規(guī)定。目前,我國鐵路隧道的分布越來越廣泛,在青藏鐵路建成運營后,未來我國還會有很多高原鐵路,海拔3000m以上的隧道也在不斷增多,而隨著海拔高度的增加,一氧化碳對人體健康損害的各種臨界濃度也必然有所不同。因此,本次修訂參考《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》標準對一氧化碳濃度按照海拔高度不同進行了分別規(guī)定。

氮氧化物(換算成 NO2)濃度的衛(wèi)生標準是根據(jù)2005年 6月 27日發(fā)布的鐵道部標準《鐵路運營隧道空氣中機車廢氣容許濃度和測試方法》(TB/T1912—2005)制訂的。

由于鐵路運輸?shù)呢浳锒喾N多樣,運營隧道內危害人體健康的粉塵除了石英粉塵以外還有動植物性粉塵等。如大瑤山隧道內的動植物性粉塵就是主要污染源之一。因此,本次修訂增加了對隧道內動植物性粉塵濃度的控制標準。

(3)提出了機械通風的選擇原則

根據(jù)近年來鐵路隧道、公路隧道的通風設計和運營經(jīng)驗,總結提出了隧道機械通風設計的選擇原則。鑒于縱向式通風具有經(jīng)濟、高效和便于維修的特點,新規(guī)范中推薦我國鐵路隧道通風一般宜采用縱向式通風,當隧道較長,采用全射流縱向式通風時間過長、洞內風速或裝機功率過大時,應采用分段通風。

(4)完善了列車活塞風的計算方法

原規(guī)范對于列車活塞風是采用恒定流理論計算的,且計算式中列車阻力系數(shù)采用的上世紀 60年代通風戰(zhàn)斗組所做的試驗的統(tǒng)計整理值,在鐵路建設高速發(fā)展的現(xiàn)在,已不能適應現(xiàn)階段的設計要求。編制組利用“長大隧道通風關鍵技術研究”的科研成果,對列車活塞風的計算方法進行了完善,并進一步引入了非恒定流的計算方法,使活塞風的計算更加合理準確。

(5)完善了風機房的相關要求

原規(guī)范制定時間較早,風機房的設計和運營使用較少,在總結近年來通風設計及運營的基礎上,本次修訂對風機房的相關要求進行了補充完善。包括洞外風機房和地下風機房的選擇原則,風機房設計及設備安裝布置的簡要要求等。

(6)明確了通風設備的選擇及布置原則

隨著機械設備制造水平的提高,通風設備發(fā)展也日新月異,不僅設備工作性能(有效風量、風壓等)有了顯著提高,而且出現(xiàn)了許多新型通風設備。新規(guī)范明確了通風設備的選擇及布置原則。包括射流風機及軸流風機的選型和布置要求,防災狀況下通風設備的耐高溫要求、瓦斯隧道內的防爆要求等。

3.4 新增內容

(1)維護通風

隨著社會進步和以人為本意識的不斷增強,運營單位也越來越關注維護人員在隧道內作業(yè)時的洞內環(huán)境問題。部分運營時間較長的隧道或未設置機械通風的隧道洞內作業(yè)環(huán)境較差,如何解決作業(yè)期間隧道內的通風換氣,以保證作業(yè)人員的身體健康成為尤為突出的問題。

在總結近年來國內鐵路隧道通風運營的實踐經(jīng)驗的基礎上,也通過借鑒國外發(fā)達國家的先進理念,編制組在新規(guī)范中增加了維護通風的內容,在新規(guī)范“基本規(guī)定”3.0.9條中規(guī)定“未設置機械通風的隧道,維護作業(yè)環(huán)境不滿足衛(wèi)生標準時,可采用輔助通風方式”,提出了移動式通風的概念,受到運營部門的一致歡迎。

(2)通風計算方法

①網(wǎng)絡通風計算方法

在長大隧道設計和施工當中大多設置有輔助坑道,隧道的運營通風的設置應與消防救援綜合考慮,由于隧道與其輔助坑道形成復雜的通風網(wǎng)絡,傳統(tǒng)的計算方法已不能解決該問題,所以有必要尋求一種解決多通道通風計算的方法。編制組在新規(guī)范“通風計算”章節(jié)中納入了“長大隧道通風關鍵技術”的最新科研成果,引入了網(wǎng)絡通風計算方法,完善了通風計算方法。

②分段縱向式通風計算方法

分段縱向式通風方式在公路隧道的設計和運營中采用較多,隨著鐵路隧道修建技術的進步,長隧道的不斷涌現(xiàn),尤其是對于隧道防災要求的日益提高,分段縱向式通風也顯得尤為必要,故新規(guī)范增加了分段縱向式通風方式的計算方法。

(3)新規(guī)范中增加了電力牽引的運營隧道、內燃牽引的運營隧道及瓦斯隧道通風計算的各個算例,使內容更加豐富,設計者更容易上手。

4 其他需說明的有關問題

4.1 關于雙線隧道的活塞風計算

由于雙線隧道內列車阻塞比遠小于單線隧道,列車在隧道中偏離中線較大等原因,雙線隧道內活塞風速最大值及平均值均較單線隧道內小。根據(jù)隧道現(xiàn)場測試結果,單列車引入新鮮空氣長度約為隧道長度的0.25～0.3倍,對于交會列車隧道內活塞風風流方向總是變化的,其大小與上、下行列車進、出洞時間,列車速度和長度、自然風等因素有關。考慮到雙線隧道內列車活塞風的上述特點,為偏于安全計,本次修編在新規(guī)范中規(guī)定可不計活塞風影響。

4.2 關于射流風機的安裝要求

“高速鐵路隧道內的風機設備及其安裝設施應考慮列車風的影響。”“射流風機的安裝支架結構強度應保證風機運轉和列車風作用下的安全,風機安裝前應做支架結構的荷載試驗;風機支架兩端應設置安全防護網(wǎng);風機支架等鋼結構應接地。”

本次修編在新規(guī)范中對于以上兩條的規(guī)定,考慮到隧道內輔助設施受到的氣動力均與列車速度平方近似成線性關系,為保證隧道內風機設備及行車安全,風機設備及安裝設施應考慮列車風的影響。

對通風設備的荷載試驗等需作進一步研究。

4.3 關于分段縱向式通風

本次修編在新規(guī)范中所提的分段縱向式通風方式,所列舉的合流型斜(豎)井排出式和斜(豎)井送排式為兩種較常用形式,其余不常用形式未做枚舉。

[1]TB10068—2000,鐵路隧道運營通風設計規(guī)范[S].

[2]中鐵二院.長大隧道通風關鍵技術研究報告[R].成都:2008.

[3]TB10621— 2009,高速鐵路設計規(guī)范(試行)[S].

[4]TB10003— 2005,鐵路隧道設計規(guī)范[S].

[5]鐵道部.鐵路技術管理規(guī)程[M].北京:中國鐵道出版社,2009.