新建崇禮鐵路隧道緊急救援站設(shè)置研究

高志榮 安啟明 孫文廣

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

近年來，隨著我國(guó)高速鐵路的大量建設(shè)，涌現(xiàn)出了許多特長(zhǎng)隧道及隧道群[1]。特長(zhǎng)隧道的建設(shè)給勘察設(shè)計(jì)工作、鐵路安全運(yùn)營(yíng)和防災(zāi)救援帶來挑戰(zhàn)，防災(zāi)疏散救援已經(jīng)成為特長(zhǎng)隧道及隧道群的一項(xiàng)重要課題[2-5]。李琦[6]對(duì)特長(zhǎng)隧道火災(zāi)模式下人員安全疏散的可靠性進(jìn)行了系統(tǒng)性研究；顏志偉[7]以武廣客專大瑤山隧道群為研究對(duì)象，分析了長(zhǎng)度20 km以上單洞雙線隧道群的防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)方案；安玉紅[8]結(jié)合石太高鐵太行山隧道，對(duì)特長(zhǎng)隧道防災(zāi)救援、安全疏散及通風(fēng)技術(shù)、鐵路隧道防災(zāi)救援等有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了專項(xiàng)研究；陳紹華[9]以青藏鐵路關(guān)角隧道為工程實(shí)例，分析了高海拔特長(zhǎng)隧道防災(zāi)救援疏散技術(shù);趙海東[10]結(jié)合烏鞘嶺隧道輔助坑道設(shè)置情況，研究了輔助坑道對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的影響及特長(zhǎng)隧道定點(diǎn)防災(zāi)技術(shù)；王志強(qiáng)、李奎[11]認(rèn)為，應(yīng)設(shè)置應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)，以解決隧道突發(fā)事件；龔彥峰[12]以工程實(shí)例為基礎(chǔ)，對(duì)緊急救援站的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析；史先偉[13]對(duì)鐵路隧道群劃分標(biāo)準(zhǔn)的影響因素及其救援站設(shè)置進(jìn)行了深入探討。W Lundin J、Au S K 等[14-15]通過模擬，計(jì)算了火災(zāi)煙氣層溫度變化的隨機(jī)性，預(yù)測(cè)了火災(zāi)煙氣層溫度及最高溫度的不確定性。Magnusson等[16-17]對(duì)人員疏散的不確定性及風(fēng)向進(jìn)行了闡述，采用一些不確定性分析程序?qū)Χ鄠€(gè)火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行了分析，并將其聚合成事件樹，建立了分析系統(tǒng)，用于求得不同防護(hù)措施下的人員疏散安全可靠度指標(biāo)及失效概率等參數(shù)；Frantzic等[18-19]采用兩種定量風(fēng)險(xiǎn)分析(QRA)方法來評(píng)估火災(zāi)可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

不難看出，國(guó)內(nèi)外對(duì)特長(zhǎng)隧道及隧道群的防災(zāi)救援疏散工程進(jìn)行了大量的研究，已取得了較豐富的研究成果，獲得了大量的工程經(jīng)驗(yàn)[20]。依托工程實(shí)例，對(duì)縱坡大于20‰且長(zhǎng)度小于20 km的特長(zhǎng)隧道是否設(shè)置緊急救援站進(jìn)行分析，為類似工程如何設(shè)置緊急救援站提供一種設(shè)計(jì)思路。

1 工程概況

1.1 全線隧道概況

新建崇禮鐵路下花園北至太子城段貫通線路全長(zhǎng)52.84 km，全線新建隧道5座，隧道總長(zhǎng)22.737 km，占線路總長(zhǎng)度的43.03%。其中最長(zhǎng)的正盤臺(tái)隧道全長(zhǎng)12 974 m，進(jìn)口里程DK30+425，位于張家口市宣化區(qū)；出口里DK43+399，位于張家口市赤城縣；正盤臺(tái)隧道是全線的控制性工程，最大埋深約635 m。全隧坡度為30‰上坡，坡長(zhǎng)12974 m，隧道統(tǒng)計(jì)及分布情況見表1、表2。

表1 崇禮鐵路隧道統(tǒng)計(jì)

表2 崇禮鐵路隧道分布情況

本線旅客列車設(shè)計(jì)行車速度目標(biāo)值為250 km/h。采用TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的250 km/h雙線建筑限界和內(nèi)輪廓，軌面以上內(nèi)凈空有效面積92 m2，線間距4.6 m。曲線上的隧道襯砌內(nèi)輪廓不加寬。隧道內(nèi)建筑限界及軌面以上襯砌內(nèi)輪廓見圖1。

圖1 雙線隧道建筑限界及襯砌內(nèi)輪廓(單位：cm)

1.2 隧道群設(shè)置情況

根據(jù)TB10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.0.1條“隧道群：相鄰隧道洞口間距小于一列旅客列車長(zhǎng)度的一組隧道”的規(guī)定，結(jié)合目前我國(guó)最長(zhǎng)動(dòng)車組(CRH1E/CRH1B(1E頭型))長(zhǎng)度為428.9 m(按430 m考慮)，全線共1組隧道群(見表3)。

表3 崇禮鐵路隧道群

2 行車計(jì)算分析

TB10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.5條規(guī)定：①“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，緊急救援站之間的距離不應(yīng)大于20 km”。其條文解釋為“對(duì)于最高運(yùn)行時(shí)速200 km的4M+4T動(dòng)車組而言，在動(dòng)力損失1/4的情況下，在20‰的直線坡道上的均衡速度為127.4 km/h。②防災(zāi)疏散研究只按照在同一段時(shí)間內(nèi)，同一列列車只有1處動(dòng)力車發(fā)生火災(zāi)，也就是動(dòng)車組喪失1/4的動(dòng)力。根據(jù)TB10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，區(qū)間正線的最大坡度不宜大于20‰，因此在動(dòng)車組喪失1/4的動(dòng)力后，列車仍然能夠維持100 km/h以上的速度。③模擬分析的列車火災(zāi)后殘余運(yùn)行時(shí)間絕大多數(shù)在1 000～1 400 s之間，保守考慮則在15～20 min之間。即絕大多數(shù)情況下，列車著火后可以運(yùn)行15 min。④保守的事故列車的運(yùn)行速度約為80 km/h，時(shí)間約為15 min。由此，列車發(fā)生火災(zāi)事故后的殘余運(yùn)行能力為20 km。”

另《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.3條規(guī)定：最大設(shè)計(jì)坡度采用15‰時(shí)，坡度長(zhǎng)度不宜大于10 km；最大設(shè)計(jì)坡度采用20‰時(shí)，坡段長(zhǎng)度不宜大于6 km；最大設(shè)計(jì)坡度采用25‰，坡段長(zhǎng)度不宜大于4 km；最大設(shè)計(jì)坡度采用30‰，坡段長(zhǎng)度不宜大于3 km。最大設(shè)計(jì)坡度的坡段長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行行車檢算。本規(guī)定主要是根據(jù)行車速度來合理設(shè)置坡度。顯然，正盤臺(tái)隧道全長(zhǎng)12 974 m，坡度30‰，一個(gè)隧道群長(zhǎng)度6 584 m，坡度23.3‰，均已超出規(guī)范規(guī)定的合理建議值。

崇禮鐵路共計(jì)5座隧道，除新興堡隧道無大于20‰坡段外，其余4座隧道均有大于20‰坡段。崇禮鐵路大于20‰坡段的隧道統(tǒng)計(jì)見表4。

計(jì)算參數(shù)采用最不利組合計(jì)算，采用CRH2A型動(dòng)車組(4動(dòng)4拖)，牽引質(zhì)量為額定載荷狀況。當(dāng)喪失1/4動(dòng)力時(shí)，剩余的運(yùn)行能力相當(dāng)于3M+5T。

可以統(tǒng)計(jì)出區(qū)間及隧道群運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行速度(見表5、表6)。

表4 縱坡超過20‰的長(zhǎng)大上坡隧道統(tǒng)計(jì)

表5 區(qū)間及隧道群運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)(CRH2A)

表6 區(qū)間及隧道群運(yùn)行時(shí)間及運(yùn)行速度統(tǒng)計(jì)(CR400)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出：若從隧道起點(diǎn)突發(fā)火災(zāi)，隧道內(nèi)總運(yùn)行時(shí)間按照損失動(dòng)力1/4考慮，動(dòng)車組(CRH2)孫家莊隧道下行、正盤臺(tái)隧道下行、青羊-太子城隧道群下行中的運(yùn)行時(shí)間分別為62 s、789 s和276 s。

計(jì)算結(jié)果顯示，線路坡段長(zhǎng)度與列車速度反相關(guān)，隨著上坡長(zhǎng)度的增加，列車運(yùn)行速度會(huì)一直折減，坡長(zhǎng)大于14 km時(shí)，CRH2A的殘余運(yùn)行速度不足80 km/h。

綜上，陡坡段(坡度大于20‰)隧道及隧道群內(nèi)列車運(yùn)行時(shí)間均小于TB10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》“列車火災(zāi)后殘余運(yùn)行時(shí)間絕大多數(shù)在1 000～1 400 s之間，保守考慮則在15～20 min之間”。因此，本線列車著火后的殘余運(yùn)行能力可保證將列車從陡坡段隧道及隧道群中拉出至明線地段。

3 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，陡坡段(縱坡大于20‰)的隧道及隧道群-孫家莊隧道、正盤臺(tái)隧道、青羊-太子城隧道群不需要設(shè)置緊急救援站。

(2)鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)時(shí)是否考慮設(shè)置緊急救援站，不能僅以隧道長(zhǎng)度是否大于20 km為設(shè)置條件，還應(yīng)考慮隧道縱坡大小對(duì)其設(shè)置的影響，可能存在隧道長(zhǎng)度雖未達(dá)到20 km，但由于隧道陡坡段較長(zhǎng)需設(shè)置緊急救援站；建議以列車上坡折減后的末速度乘以15 min的長(zhǎng)度為設(shè)置緊急救援的前置條件，若該長(zhǎng)度大于隧道長(zhǎng)度，不需要設(shè)置緊急救援站，若該長(zhǎng)度小于隧道長(zhǎng)度，則需要設(shè)置緊急救援站。

(3)建議崇禮鐵路采用CR400牽引，保證動(dòng)車組通過大坡度時(shí)具備較高的運(yùn)營(yíng)速度。