武廣鐵路客運專線特長隧道防災疏散設計研究

管鴻浩

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

武廣鐵路客運專線特長隧道防災疏散設計研究

管鴻浩

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

以武廣鐵路客運專線為工程背景,分析特長隧道內遭遇火災情況下的防災疏散設計,包括疏散能力、通道設計、通風排煙等,提出了防災疏散的模式,為客運專線防災設計提供參考。

武廣鐵路客運專線;特長隧道;火災;疏散

武廣鐵路客運專線在瀏陽河隧道和大瑤山隧道群設置定點進行隧道防災,隧道防災以人員逃生疏散為主要目的,結合現場實際情況,分別在隧道之間和隧道內設置定點,配置逃生通道及消防、照明等。

1 瀏陽河隧道防災定點

瀏陽河隧道為武廣鐵路客運專線第二長隧道,全長9 935m,另有 180m長 U形槽引道,隧道建筑長度10 115m。隧道下穿瀏陽河,設置 V形縱坡,最大坡率20‰,隧道出口外1 920m為長沙車站,隧道洞身最低點與相鄰的長沙車站高差達 60.8m。

隧道防災定點全長 400m,以隧道最低點處為中心,前后各 200m范圍內隧道中線兩側 40m各設置局部疏散通道,左右線在隧道側壁各設置 3個疏散口,并在最低點處設置下穿正洞的左右線聯絡疏散通道,所有疏散通道最后接入施工斜井,斜井洞口設置疏散場坪,場坪面積 800m2,疏散場坪通過救援道路接入市政道路。防災定點設置平面如圖1所示。疏散通道一般斷面如圖2所示。

左線列車發生火災后對變坡點(即左線 2號疏散口)中心停車,疏散人員通過左線 1～3號疏散口進入疏散通道,通過斜井至洞口疏散場坪,然后集中疏散。右線列車發生火災后在右線 2號疏散口停車,疏散人員通過右線 1～3號疏散口進入右線 1～3號疏散通道,然后通過右線橫向聯絡通道進入左右線聯絡通道,再進入斜井至洞口疏散場坪進行集中疏散。距離疏散場坪最遠的疏散口為右線 3號疏散口,長約 965m,通行時間約 16.2min。

圖1 瀏陽河隧道防災定點平面示意(單位：m)

圖2 疏散通道一般斷面示意(單位：cm)

疏散通道寬 2.5m,按有效寬0.6m的通道每分鐘疏散人流為 37人估算,各疏散通道疏散能力如表1所示,右線全部通過疏散通道疏散為最不利情況,此時左右線聯絡通道入口為控制點,1 220人通過控制點的時間約為 8.2min,存在一定的人員滯留,右線 1～3號疏散通道以及右線橫向聯絡通道總長度 482.69 m,面積約1200m2,按列車定員計算,人均約 0.98 m2,因此所有疏散人員均能進入疏散通道,不存在人員擁堵問題。

表1 疏散通道疏散能力

隧道火災通風按同時僅一處火災進行設計,列車火災規模為 20MW。火災通風采用縱向排煙方式,根據著火點位置啟動風機進行排煙,火災通風按控制事故區段縱向風速大于 2.5m/s確定,同時向疏散通道內加壓送風,維持通道正壓,以確保人員安全疏散。隧道正洞設置 SDS-(R)-11.2可逆射流風機 16臺,單臺功率 55 kW,此外每個疏散通道頂部均設置 SDS-8型射流風機 2臺,斜井處設 4臺射流風機,單臺功率11 kW,火災時射流風機全部開啟并能保證疏散通道防火門處空氣流速不小于 0.7m/s。

2 大瑤山隧道群防災定點

武廣鐵路客運專線大瑤山隧道群位于瑤山山區,受武水支流九峰水和大源河下切影響,該段分設大瑤山 1號、2號、3號隧道,隧道群全長 24.706 km。大瑤山 1號隧道進口距郴州西車站 48.371 km,大瑤山 3號隧道出口距樂昌東車站 11.168 km。隧道群中間出露部分較短,合計僅 208.37m,其中大瑤山 1號和2號隧道之間間距 170.07m,大瑤山 2號和 3號隧道之間為湮眺中橋 38.3m。

隧道防災疏散分別在 1、2號隧道和 2、3號隧道之間分別設置定點,1、2號隧道之間黃土灣處為主定點,2、3號之間湮眺處為輔助定點,黃土灣主定點長 600 m,考慮發生災害情況下列車的緊急停靠,湮眺輔助定點長 400m,考慮非火災情況下的列車緊急停靠。隧道輔助坑道布置如圖3所示。

圖3 隧道輔助坑道布置示意(單位：m)

黃土灣定點在 1號隧道出口及進口區段分別增設Ⅰ號和Ⅱ號疏散通道,并在黃土灣大橋兩端設置下橋通道,疏散口通過洞外道路接入疏散場地。1～4號疏散通道口之間距離分別為 295、170、185m,合計 650 m。疏散場地面積 800m2,通過改造道路接入地方公路。黃土灣定點疏散平面布置如圖4所示。

圖4 黃土灣定點疏散示意(單位：m)

湮眺定點在 2號隧道出口增設Ⅲ號疏散通道,利用 3號隧道進口橫洞作為Ⅳ號疏散通道,并在湮眺中橋兩側設置下橋通道,5～8號疏散通道口之間距離分別為 210.6、38.3、131.1 m,合計 380 m。由于施工場地狹窄,疏散場地分設兩處,場坪面積各 600m2,通過改造道路接入地方公路。湮眺定點疏散平面如圖5所示。

圖5 湮眺定點疏散示意(單位：m)

3 有關問題的探討

《鐵路工程設計防火規范》(TB10063—2007)明確了隧道兩側需設置貫通的救援通道,并對利用橫通道設置緊急出入口進行了一定的說明,此外對防災原則、火災規模以及防火標準等缺乏明確的要求,瀏陽河隧道和大瑤山隧道群防災設計中對相關問題進行了一定的研究,采用的有關原則和設計參數供研究探討。

3.1 防災設計的基本原則

鐵路隧道防災應以保證旅客和司乘人員安全為主要目標,并在條件允許的情況下盡量減少火災對車輛、線路設施以及隧道結構的破壞,以便迅速恢復鐵路大動脈的暢通。依據以上的防災目的,考慮鐵路運營的實際情況,確定隧道防災設計基本原則。

(1)列車應具備自檢能力并在進入特長或特定的隧道、隧道群前進行嚴格自檢,在不能確保安全時應停在兩端車站內或區間明線上,不得進入隧道。進入隧道列車若發生火災,應通知有關部門和前后方兩端車站做好消防準備,并進行安全評估,在可控的情況下盡量將列車開出隧道,避免將列車停留在隧道內。

(2)隧道內防災應采取“以引導旅客疏散為主”的設計原則,在適宜地段設置定點,集中進行逃生和消防,定點設置應考慮有利于人員逃生和突發事故的處理。

(3)疏散定點結合線路開行列車車輛編組及定員,考慮人員疏散通道、疏散場坪、與干線公路及市鎮銜接等,以保證人員安全、救護及減災的需要,疏散通道應采用無障礙設計。

(4)通道及防災區段應設置通風、報警、照明、消防等設施。

(5)在逃生通道的橫向聯通道與主洞的交界處設置防護門,防止主洞的煙霧蔓延到逃生通道。

3.2 列車定員

防災需要考慮的疏散人員總數應根據行車編組確定,動車組定員相對固定,以 CRH2-300型動車為例,8輛編組(6M2T)定員 610人,重聯定員1 220人,普通列車超員現象比較普遍,設計時應考慮超員的影響,適當放寬疏散人數。

3.3 火災的處理流程

借鑒國外長大隧道火災消防經驗,火災處理共分6步,建議的處理流程如圖6所示。

3.4 火災規模及疏散時間

圖6 隧道火災處理流程

客運列車由于體形較大,單節車廂的長度均在 20 m左右,寬度超過 3m,高度近 4m,其內的可燃物數量較多,如座椅、裝修材料及旅客行李等,國內目前尚無對客運列車的實體火災實驗及相關的火災規模統計數據,武廣防災分析借鑒國外相關研究及實驗的結果來確定火災規模,英國的研究表明：舊式硬座車廂火災規模峰值約 16MW,新式采用阻燃材料座椅的硬座車廂火災規模約 7MW。1994年 SP-Fire在挪威一個廢棄的礦井內針對德國城際列車進行了一組全尺寸的火災試驗,該車廂長 20.6m,寬 2.7m,高 3m,在火災發生約 23min后,熱釋放率達到峰值,約為 13.5MW。澳大利亞 CSIRO曾經對澳大利亞客運列車做過全尺寸火災試驗,試驗雖然沒有給出列車車廂的火災規模,但試驗表明,火災在 140 s后達到轟燃,火勢在整個車廂內迅速蔓延,轟燃 10 s后,大量的高溫煙氣通過車窗及車門溢出車廂,形成巨大的羽流,轟燃 35 s后,所有的可燃物都被引燃。同時,車廂在達到轟燃后,火災規模的峰值由通風控制。武廣鐵路客運專線列車主要為CRH2、CRH3型動車組,列車在座椅、內裝修及開口條件上均有一定的差別,為兼顧可能產生的火災規模,并加以保守考慮,參考以上國外對普通列車火災試驗數據,取火災規模為 20MW設計。

根據隧道斷面,利用 Gambit建立隧道模型,隧道長度取1 000m,模擬計算表明：火災點煙氣溫度較高,密度較低,因此在火災開始的很長一段時間內(500 s左右),煙氣一直位于隧道上部 2m以上的空間,隧道下部仍然是新鮮空氣,早期煙氣的這種性質有利于人員逃生。600 s后,煙氣開始逐漸下沉至 2m以下,隧道下風方向才形成煙霧全斷面推進。600 s時,煙氣已經充滿整個隧道,而無風狀態下火災煙氣降至 2m的時間約為 600 s,而一節 122人的車廂疏散時間約 110 s,遠遠小于煙氣下降的時間,而剩余的時間足夠疏散人員進入疏散通道逃生。無風狀態下 120 s時煙氣分布如圖7所示。

圖7 無風狀態下 120 s時煙氣分布云圖

3.5 疏散定點、疏散通道及疏散場地

疏散定點應考慮火災對周圍環境的影響并結合線路條件設置,避免列車火災引起森林火災、環境污染等次生災害,并有利于疏散人群、滅火救援。疏散定點應盡量設置在洞外,以減少煙氣的影響,并配備足夠的照明、消防設施,以避免狹小陰暗條件下疏散人員產生畏懼、恐慌心理,導致遲疑、行動緩慢、判斷錯誤等行為,影響逃生。疏散定點應有足夠的疏散口,保證所有疏散人員能夠在火災威脅安全之間進入疏散通道或安全空間。瀏陽河隧道疏散定點設置在隧道中部線路最低點,定點的設置結合了排水的需要,同時考慮了列車發生災害后失去動力情況下的溜滑狀況,大瑤山隧道群長度分別為 10、6、8 km,防災定點設置在隧道之間,并以外露 170m長的黃土灣定點作為主定點。

疏散場地及疏散通道一般結合施工輔助坑道以及洞外施工場地設置,并在施工前進行規劃。疏散場地應設置在安全的地點,并有足夠的面積,除容納疏散人員外,尚需考慮指揮、救援、通信、交通等車輛停靠的需要,疏散場地應盡量利用施工場地,并與市政道路順暢連接,疏散通道寬度應根據疏散能力確定,疏散通道內應設置報警電話、通風、照明、監控、指示標志等,疏散通道與正洞銜接處應設置防煙門,疏散通道出口應設置防護門,出口外應開闊、平整,避免將出口設置在危巖、深溝、水池邊。

4 結語

隨著社會的進步和經濟的發展,人們的安全意識越來越突出,鐵路防災得到了建設、運營和設計單位高度重視,武廣鐵路客運專線防災設計在國內尚缺乏相關規范的情況下,首次系統、全面設計了隧道火災情況下的報警、通信指揮、疏散、救援等方面,改變了以往防災模式單一、無系統的缺點,對生命和財產安全能夠起到有力的保障作用。

[1]TB10063—2007,鐵路工程設計防火規范[S].

[2]孫海富.石太鐵路客運專線太行山、南梁長大隧道防災救援設計研究[J].鐵道標準設計,2009(11).

U238;U 458

A

1004-2954(2010)01-0135-04

2009-12-03

管鴻浩(1972—),男,高級工程師,1995年畢業于西南交通大學,工學學士。