新建崇禮鐵路隧道緊急救援站設置研究

高志榮 安啟明 孫文廣

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

近年來，隨著我國高速鐵路的大量建設，涌現出了許多特長隧道及隧道群[1]。特長隧道的建設給勘察設計工作、鐵路安全運營和防災救援帶來挑戰，防災疏散救援已經成為特長隧道及隧道群的一項重要課題[2-5]。李琦[6]對特長隧道火災模式下人員安全疏散的可靠性進行了系統性研究；顏志偉[7]以武廣客專大瑤山隧道群為研究對象，分析了長度20 km以上單洞雙線隧道群的防災救援疏散工程設計方案；安玉紅[8]結合石太高鐵太行山隧道，對特長隧道防災救援、安全疏散及通風技術、鐵路隧道防災救援等有關技術標準進行了專項研究；陳紹華[9]以青藏鐵路關角隧道為工程實例，分析了高海拔特長隧道防災救援疏散技術;趙海東[10]結合烏鞘嶺隧道輔助坑道設置情況，研究了輔助坑道對運營通風的影響及特長隧道定點防災技術；王志強、李奎[11]認為，應設置應急救援組織機構，以解決隧道突發事件；龔彥峰[12]以工程實例為基礎，對緊急救援站的設計方案進行了分析；史先偉[13]對鐵路隧道群劃分標準的影響因素及其救援站設置進行了深入探討。W Lundin J、Au S K 等[14-15]通過模擬，計算了火災煙氣層溫度變化的隨機性，預測了火災煙氣層溫度及最高溫度的不確定性。Magnusson等[16-17]對人員疏散的不確定性及風向進行了闡述，采用一些不確定性分析程序對多個火災場景進行了分析，并將其聚合成事件樹，建立了分析系統，用于求得不同防護措施下的人員疏散安全可靠度指標及失效概率等參數；Frantzic等[18-19]采用兩種定量風險分析(QRA)方法來評估火災可能帶來的風險。

不難看出，國內外對特長隧道及隧道群的防災救援疏散工程進行了大量的研究，已取得了較豐富的研究成果，獲得了大量的工程經驗[20]。依托工程實例，對縱坡大于20‰且長度小于20 km的特長隧道是否設置緊急救援站進行分析，為類似工程如何設置緊急救援站提供一種設計思路。

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52.84 km，全線新建隧道5座，隧道總長22.737 km，占線路總長度的43.03%。其中最長的正盤臺隧道全長12 974 m，進口里程DK30+425，位于張家口市宣化區；出口里DK43+399，位于張家口市赤城縣；正盤臺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12974 m，隧道統計及分布情況見表1、表2。

表1 崇禮鐵路隧道統計

表2 崇禮鐵路隧道分布情況

本線旅客列車設計行車速度目標值為250 km/h。采用TB10621—2014《高速鐵路設計規范》規定的250 km/h雙線建筑限界和內輪廓，軌面以上內凈空有效面積92 m2，線間距4.6 m。曲線上的隧道襯砌內輪廓不加寬。隧道內建筑限界及軌面以上襯砌內輪廓見圖1。

圖1 雙線隧道建筑限界及襯砌內輪廓(單位：cm)

1.2 隧道群設置情況

根據TB10020—2017《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》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度的一組隧道”的規定，結合目前我國最長動車組(CRH1E/CRH1B(1E頭型))長度為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 行車計算分析

TB10020—2017《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》第3.0.5條規定：①“長度20 km及以上的隧道或隧道群應設置緊急救援站，緊急救援站之間的距離不應大于20 km”。其條文解釋為“對于最高運行時速200 km的4M+4T動車組而言，在動力損失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防災疏散研究只按照在同一段時間內，同一列列車只有1處動力車發生火災，也就是動車組喪失1/4的動力。根據TB10621—2014《高速鐵路設計規范》，區間正線的最大坡度不宜大于20‰，因此在動車組喪失1/4的動力后，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后殘余運行時間絕大多數在1 000～1 400 s之間，保守考慮則在15～20 min之間。即絕大多數情況下，列車著火后可以運行15 min。④保守的事故列車的運行速度約為80 km/h，時間約為15 min。由此，列車發生火災事故后的殘余運行能力為20 km。”

另《高速鐵路設計規范》第5.3.3條規定：最大設計坡度采用15‰時，坡度長度不宜大于10 km；最大設計坡度采用20‰時，坡段長度不宜大于6 km；最大設計坡度采用25‰，坡段長度不宜大于4 km；最大設計坡度采用30‰，坡段長度不宜大于3 km。最大設計坡度的坡段長度應進行行車檢算。本規定主要是根據行車速度來合理設置坡度。顯然，正盤臺隧道全長12 974 m，坡度30‰，一個隧道群長度6 584 m，坡度23.3‰，均已超出規范規定的合理建議值。

崇禮鐵路共計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‰坡段的隧道統計見表4。

計算參數采用最不利組合計算，采用CRH2A型動車組(4動4拖)，牽引質量為額定載荷狀況。當喪失1/4動力時，剩余的運行能力相當于3M+5T。

可以統計出區間及隧道群運行時間及運行速度(見表5、表6)。

表4 縱坡超過20‰的長大上坡隧道統計

表5 區間及隧道群運行時間及運行速度統計(CRH2A)

表6 區間及隧道群運行時間及運行速度統計(CR400)

根據計算結果可以看出：若從隧道起點突發火災，隧道內總運行時間按照損失動力1/4考慮，動車組(CRH2)孫家莊隧道下行、正盤臺隧道下行、青羊-太子城隧道群下行中的運行時間分別為62 s、789 s和276 s。

計算結果顯示，線路坡段長度與列車速度反相關，隨著上坡長度的增加，列車運行速度會一直折減，坡長大于14 km時，CRH2A的殘余運行速度不足80 km/h。

綜上，陡坡段(坡度大于20‰)隧道及隧道群內列車運行時間均小于TB10020—2017《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》“列車火災后殘余運行時間絕大多數在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 結論及建議

(1)根據計算結果，陡坡段(縱坡大于20‰)的隧道及隧道群-孫家莊隧道、正盤臺隧道、青羊-太子城隧道群不需要設置緊急救援站。

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

(3)建議崇禮鐵路采用CR400牽引，保證動車組通過大坡度時具備較高的運營速度。