困難艱險山區高速鐵路隧道應急救援設計研究

樊 敏,李遠富

(1.西南交通大學經濟管理學院,成都 610031;2.西南交通大學土木工程學院,成都 610031)

困難艱險山區高速鐵路隧道應急救援設計研究

樊 敏1,李遠富2

(1.西南交通大學經濟管理學院,成都 610031;2.西南交通大學土木工程學院,成都 610031)

結合貴廣高速鐵路實際情況研究山區高速鐵路隧道設計時應該考慮的應急救援基礎設施設計原則與方法,通過研究國內外鐵路應急救援設計的原則、規范以及應急組織管理體系,分析并總結出隧道運營風險管理的基本步驟,著重討論基于救援的隧道安全監控措施設計,給出應急救援輔助決策系統的總體框架,為今后的高速鐵路隧道設計過程中涉及到救援的基礎設施設置提供參考。

山區;高速鐵路;隧道;應急救援

1 概述

高速鐵路交通事故是一種突發性、隨機性的事件。由于高速列車行駛速度快,運載量大,一旦發生交通事故,易造成嚴重的傷亡和大范圍的交通堵塞,影響鐵路正常的交通秩序。如果我們的救助不能及時有效,必然造成巨大的經濟損失和不良的社會效應[1]。現今階段,已投入運營的高速或快速鐵路客運線大多建設在平原、丘陵地帶,救援工作比較容易開展。而貴廣、成貴等高速鐵路的建設,開辟了中西部建設高速鐵路的新起點,山區高速鐵路的救援工作也面臨著新的挑戰。

由于西部山區地形地質條件復雜,地質災害頻發,氣候多變,高速、快速鐵路建設與運營受地形、地質、水文、氣候條件的影響較大[2]。一場暴雨、冰凍災害可能誘發的自然災害,可能會給高速鐵路運營帶來巨大的危害,設置合理的救援系統,將安全風險降到最低限度,是在設計中必須考慮的重要因素。因此,在高速鐵路設計階段預先設置救援、防災系統,已成為修建高速鐵路不可或缺的重要內容。

2 國內外應急救援研究現狀

目前國內外對事故救援問題已進行了較多研究。例如,楊京帥等指出了交通安全地理信息系統是事故救援體系的基礎,并采用最優路徑算法等措施使事故救援向智能化、信息化的方向發展。楊曉光等歸納總結了高速公路交通事故緊急救援系統的框架和各要素的關系,探討了高速公路交通事故預防與管理并舉的技術與方法。張學盡等介紹了交通事故救援系統是一個具有一定智能決策指揮功能的綜合集成系統平臺,其集數據通信、數據庫和地理信息系統為一體。劉義剛的提出了基于預案庫的快速智能決策支持系統的研究,研究了基于預案庫的快速智能決策支持系統的體系結構,通過預案的表示、預案庫的組織、檢索決策機制、預案生成、預案評價、預案庫維護等一般過程建立了預案庫[3-5]。

發達國家經過多年探索,形成了較為良好的應急管理體系,包括應急管理法規、管理機構、指揮系統、應急隊伍、資源保障和信息透明等,形成了比較完善的應急救援系統,并且逐漸向標準化方向發展,使整個應急管理工作更加科學、規范和高效。

國外的應急組織管理體系大致分為2類:一類是建立綜合性強的應急管理機構,實行集權化和專業化管理,代表性的國家是美國、俄羅斯和日本等;另一類是實行分權化和多元化管理,在應急管理中實行多部門的參與和協作,代表性的國家是英國、德國、澳大利亞和新西蘭等。

目前的鐵路事故救援研究成果顯示,我國鐵路事故救援的研究工作進展較慢,對于整體的鐵路事故救援體系的研究較少,尚未形成信息化、系統化、理論化、科學化的研究體系。一般情況下,事故救援是依靠以往的經驗,由相關領導和救援人員在事故現場匆忙決定事故救援方法,缺少規范有效的救援程序和方法;整個救援工作的信息化程度不夠。

3 應急救援基礎設施設置原則

貴廣高速鐵路共新建隧道 212座,總延長近460 km,占線路總長的55.19%。我國高速鐵路隧道主要技術標準中規定:總長大于20 km的特長隧道或隧道群,要優先采用定點救援方案,且在“定點”附近設置固定消防設施和緊急出口。隧道單側設貫通整個隧道的救援通道,兩側單洞之間應設橫通道連接,橫通道的間距設置為500m。

隧道救援系統的設置主要考慮運營時的風險,但同時要兼顧施工過程。在施工的同時就要考慮日后救援所面臨的問題,如何針對涌水突泥、空氣凈化與氧氣補給、降溫排水、降低輻射影響、探明有害氣體等方面進行研究改善,以在施工突發事件發生時提供有效的救援是一個方面;另外,在運營中,設置引導標語、通風設施、避險洞等也是有效措施。值得提出的是,在隧道里引入信號,保證與外界的聯絡,并做好信號設施,建立引導方式信息化系統等能否在救援系統的研究中加以考慮,另外,修建隧道后的橫洞、斜洞等能否加以利用,進一步為救援系統服務。

國際鐵路聯盟考慮了對安全的影響、成本(投資、維護、操作、操作推斷)等因素把隧道安全基礎設施進行了歸類,當然有的安全措施尚未歸類,這并不意味著它對于安全沒有作用。有的安全基礎設施減輕風險的效果雖然不錯,但成本效率很低。目前,這些措施仍然被視為指導方針而非嚴格的規定。基礎設施分類見表1,按照既有隧道和新建隧道分別將基礎設施歸類見表2。

表1 基礎設施類型

表2 基礎設施歸類

我國《高速鐵路設計規范》中涉及到隧道應急救援的具體規定主要包括運營通風和疏散。長度大于20 km的隧道宜設置運營通風,緊急救援站應設置防災通風,避難所和有緊急出口的隧道應設置應急通風;防災通風應在火災情況下能控制煙霧擴散方向,與人員疏散相反方向的風速不應小于2.0m/s;防災通風應與運營通風結合考慮。長度為20 km及以上的隧道應設置緊急救援站,緊急救援站之間的距離不應大于20 km;長度10～20 km的隧道應設置避難所;長度10～3 km的隧道可結合輔助坑道情況設置緊急出口。

4 隧道運營風險管理

雖然風險產生的作用經常為負面影響,但在控制這些影響因素的同時人們也總結出了很多實用的經驗。下列元素應該形成一個風險管理過程的一部分:

(1)對項目的評估和控制風險提供一個可以有效地識別、分析、評估的框架;

(2)盡量保證參與風險控制的人的學科知識完善;

(3)保持可控的預算和計劃;

(4)確保可以投保;

(5)為融資或資金代理提供必要的審計。

風險管理的步驟如圖1所示,圖1表明,風險管理并不是一個線性過程,很多方面需要加以考慮。有幾個關鍵的步驟需要進行處理:確定風險、風險評估以及處理風險。一定要意識到風險包括政治、財政、法律、管理、合同、技術和操作,也就是說風險不僅僅是實際建造過程中的問題。在評估風險和努力識別風險的時候,關鍵要確定:潛在風險、潛在的后果、發生的可能性、數據和信息來源、利害沖突、不確定性等。更進一步的關鍵問題是風險監控,并在所有階段的項目費用中估計可能產生的費用。最終,很重要的一點就是在任何可能發生的風險發生時做出快速反應[6-10]。

圖1 項目全過程風險管理流程

當山區隧道發生意外事故時,將造成有別于開放性路面的各種不利于救援的危險情況,各種基于救援的風險如下:

(1)通訊受阻,司機在隧道與外界取得聯系困難,內部通信有時只是單向傳輸;

(2)事故狀況不明,初期雖然可通過系統監測事故變化,但部分監測設備可能在事故中遭受損壞;

(3)疏散及避難困難,隧道內橫斷面及道路矮窄狹小,橫通道發揮功效較小;

(4)救援車輛進入困難,山區道路條件極其有限,距離醫院較遠,救護車等救援機構達到困難。

5 基于救援的隧道安全監控措施設計

(1)施工過程中的監測

施工過程中應該成立專門的量測監控部門,對圍巖進行監控量測,以確保施工安全和防止地表下沉;當二襯出現裂紋后,對裂紋發展情況(寬度、深度、長度、偏移、斷面)進行觀測。

(2)應急通信系統

本線新設應急通信系統,在各綜合維修車間新設應急通信現場接入設備,按局界劃分分別接入成都、南寧、廣鐵集團調度中心應急通信中心設備。

(3)防災安全監控系統

防災安全監控系統由現場監測設備、現場監控單元、監控數據處理設備、調度所設備、傳輸及網絡設備等組成。現場監控單元一般設置于沿線的GSM-R基站或車站防災機房等處。本次設計在貴陽綜合維修段、南寧綜合維修段、廣州南站防災機房設置監控數據處理設備,在各路局調度所、各綜合維修車間(工區)、路局工務處和工務段設置防災安全監控終端[11]。本線防災安全監控系統設置雨量監測系統、風監測系統、異物侵限監控系統和地震監控系統。

(4)環境檢測控制系統

環境檢測系統應根據檢測透過率、CO濃度數據、交通量數據等,控制風機的運行臺數、風向和運行時間,實現節能運行和保持風機較佳壽命的控制運行;控制隧道的照明系統,調節出入口以及洞內的照明,保證行車的安全。

(5)設備監測系統

在車站站房、貴陽北綜合維修段及長大隧道等重要建(構)筑物設置機電設備監控系統,其監控對象包括空調、通風、給排水、電梯、扶梯、低壓變配電設備、電氣照明等系統。結合本線省界(局界)劃分及設站情況,設7處綜合維修車間,承擔管內工務、牽引供電、通信、信號、水電等設備的經常保養、臨時補修及搶修。

(6)綜合視頻監控系統

本線綜合視頻監控系統由IP數據網承載,各視頻接入節點通過數據網按管轄區域分別匯聚至成都鐵路局和南寧鐵路局視頻區域節點,并對視頻區域節點進行擴容改造。系統由視頻節點設備、視頻采集點前端設備、視頻網絡和用戶終端構成[12]。

6 應急救援決策支持系統

從系統科學的角度來看,山區高速鐵路隧道應急救援決策系統是一個復雜系統,其復雜性不僅表現為山區救援的困難、高速鐵路救援的技術難點,還體現在應急系統構成要素的多元性,即有多個組織多單位應急主體的參與;同時,應急主體與各個要素之間的關聯是動態的。計算機輔助決策應用于應急救援方案制定,要達到的目標是:在采集和分析監控數據基礎上,利用救援方面的專家知識進行分析推理,提供一個或幾個救援實施方案,為救援人員對方案的選擇和判斷提供權威建議。圖2為應急救援輔助決策總體框架。

圖2 應急救援輔助決策總體框架

7 結語

結合貴廣高速鐵路實際情況,主要研究了困難山區高速鐵路隧道在運行過程中可能出現的突發性事件。山區高速鐵路的救援工作面臨著新的挑戰,針對當前現狀提出以下幾點建議:(1)深入調查研究,根據山區當地的實際情況研究救援設計的可實施性和可操作性,不能僅作為一種擺設;(2)制定相應規范標準,宜以車內設置救援設備,做相應應急演練,告知旅客逃生方法;(3)應充分結合困難艱險山區特點,利用現有公路及施工便道形成快速高效的救援通道;(4)采取分級管理,分級控制,以設計為龍頭,培訓為基礎,落實各環節,降低風險[13]。

[1] 劉仍奎,程曉卿,孫全欣.鐵路事故救援系統的構建研究[J].中國安全科學學報,2004,14(11):43 -47.

[2] 茅為中,張念.鐵路隧道火災預防及救援探討[J].隧道建設, 2010,30(1):20 -23.

[3] 羅婧.基于GIS的山區鐵路水害搶險救援系統[D].成都:西南交通大學,2007.

[4] 白付維.我國鐵路救援體系的現狀及發展方向[J].太原鐵道科技,2010(3):9 -12.

[5] 雷煜華,張麗.鐵路救援系統中遠程圖像采集與傳輸技術研究與應用[J].硅谷,2010(7):24.

[6] 李明,王占龍.高速鐵路隧道施工風險管理技術探索[J].鐵道標準設計,2010(S1):99 -102.

[7] 楊峰.嘉華隧道施工安全風險控制應用[J].現代隧道技術,2009, 46(3):60 -65.

[8] 陳紹華.關角隧道風險評估[J].現代隧道技術,2009(6):17 -27.

[9] 何發亮.鐵路隧道風險評估若干問題探討[J].現代隧道技術, 2011,48(1):78 -81.

[10]郭甲祥.隧道工程施工安全風險管理[J].公路與汽運,2010(2): 150 -153.

[11]童曉冬,俞煜.山區隧道群交通事件檢測技術的應用[J].中國交通信息化,2010(7):106 -108.

[12]李敬峰.視頻檢測在隧道意外檢測系統的應用[J].中國交通信息產業,2004(7):97 -100.

[13]管鴻浩.武廣鐵路客運專線特長隧道防災疏散設計研究[J].鐵道標準設計,2010(1):135 -138.

[14]羅炎.建立完善的應急救援保障體系是高速公路管理的必然[J].科技信息,2010(11):446.

Study on Emergency Rescue Design of High-Speed Railway Tunnel in M ountain Area

FAN Min1,LIYuan-fu2
(1.School of Economics and Management,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

To obtain the design principles and methods on emergency rescue infrastructure of high-speed railway tunnel in mountain area,this article,in combination with the actual situation of Guiyang-Guangzhou High-speed Railway,carries out the researching on domestic and international railway emergency rescue design principles,standards,and emergency response organization and management system,analyzes and summarizes the basic procedures of tunnel operational-risk management,discusses specially the tunnel safety monitoring measure design based on the rescue concept,gives a general framework of decision support system for emergency rescue,and provides reference for high-speed railway tunnel design with the installation of emergency rescue infrastructure in future.

mountain area;high-speed railway;tunnel;emergency rescue

U458

A

1004 -2954(2012)10 -0066 -03

2012-06-28

國家科技支撐計劃項目(2008BAG07B05)

樊 敏(1979—),男,工程師,博士研究生,E-mail:fanmine@ 163.com。