鐵路隧道緊急救援站停車導向標志設置研究

段 錚

(中國鐵路設計集團有限公司,天津 300308)

引言

近些年來，隨著鐵路建設標準及鐵路隧道修建技術的不斷提高，特長隧道在鐵路建設中層出不窮，如石太客專太行山隧道[1-2]，蘭新鐵路烏鞘嶺隧道[3]，青藏鐵路關角隧道[4]及向莆鐵路青云山隧道[5]等，長度均超過了20 km。

為保障旅客列車在隧道內發生火災等事故后人員的安全疏散和救援，長度20 km及以上的隧道或隧道群應設置緊急救援站，列車在隧道內發生火災且不能駛出隧道時，應控制列車停靠在緊急救援站進行疏散和救援[6-12]。

為引導列車駕駛員順利準確的停靠在緊急救援站，在緊急救援站附近列車行車方向的左側設置停車導向標志[13]。而目前設置的停車導向標志多以涂刷方式置于隧道側壁上，可視性較差，無法起到引導列車駕駛員的作用。同時相關規范及規定中未對火災列車進入導向區間及緊急救援站停靠區間的行車速度控制予以明確。

本文對列車駕駛員發現標志、做出判斷、開始行動至完成行動的全過程進行分析，對停車導向標志的設置位置、字體大小、設置角度及車速控制等方面進行探討。

1 停車導向標志的認讀過程

隧道緊急救援站入口外一定距離(一般不小于運行列車的緊急制動距離)開始分級設置導向標志，用于提醒并引導火災列車駕駛員減速向緊急救援站行進。隧道口緊急救援站內設置針對不同火災車廂的停車標志，用于引導火災列車駕駛員將火災車廂準確停靠在明線位置。

列車駕駛員使用停車導向標志經過發現、識別、判斷和行動4個步驟，調整列車的行駛狀態，最終安全、準確、順利地將火災列車停靠在緊急救援站內。

如圖1所示，標志安裝在列車行車方向的左側S點。車輛從A點駛向B點，駕駛員在行駛到A點時發現位于S點的導向標志，在B點開始讀取標志信息，這段距離可稱為發現距離(lAB)。到C點把標志內容完全讀完，這段距離稱為識別距離(l′)。讀完標志后，駕駛員根據列車的狀態做出需要減速的判斷并開始行動，這段距離稱為判斷距離(j)。從給讀點B點到標志點S的距離定義為視認距離(S)。從讀完點C點到標志點S的距離稱為讀完后到標志的距離(l)，如果該距離比消失距離(m)要短，就認為駕駛員不能從容的讀完標志，準確判斷標志內容。從行動點D到完成動作點F的距離稱為行動距離(L)[14-17]。

駕駛員使用導向標志時，需在F點完成對列車的減速并控制車速至下一個導向標志或停車標志。駕駛員使用停車標志時，需在停車標志點準確將列車停靠，故F點即為S點。

駕駛員使用導向標志的全過程如圖1所示，使用停車標志的全過程如圖2所示。

圖1 導向標志的認讀及操作過程

圖2 停車標志的認讀及操作過程

2 發現點與給讀點位置的現場試驗

2.1 試驗依據及目的

為確定發現點A及給讀點B與停車導向標志間的實際距離，根據《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》的相關規定開展現場試驗。

2.2 停車導向標志牌的制作

采用PVC板材分別制作導向及停車標志牌，標志牌表面涂反光膜，底色為藍色，字體為白色，導向標志牌字體采用40 cm高的黑體字，停車標志牌采用35 cm高的黑體字，如圖3所示。

圖3 停車導向標志牌

2.3 試驗過程

試驗地點：選擇某在建時速350 km的鐵路客運專線的隧道口緊急救援站開展試驗。

試驗時間及天氣狀況：試驗時間選擇上午，天氣晴朗。

試驗人員：隨機選取10名人員參與試驗。

試驗人員行進速度：因條件限制，本次僅開展了人員在靜止狀態下的相關試驗。

停車導向標志的位置：因停車導向標志均有可能布置在隧道內或區間路基及橋梁上，而光線強弱對標志的發現與認讀有著重要的影響，故在明線(區間橋梁段)及暗線(隧道內)分別開展試驗。

停車導向標志與列車行進方向的夾角：《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》中規定，標志牌的迎風面與風流方向(線路中線)的夾角不宜大于30°，以滿足誘導活塞風的要求。故分別對0°,15°,30°夾角開展試驗。

停車導向標志與駕駛員間的橫向距離：本次試驗按350 km/h客運專線鐵路雙線隧道斷面標準開展，停車導向標志與駕駛員的橫向距離約為4 m。

2.4 試驗結果

2.4.1 發現點的位置

因標志牌表面涂有反光膜，明暗線對于發現點的位置影響不大。停車導向標志與列車行進方向的夾角為0°時，發現點與標志牌間的距離較短，夾角為15°或30°時，發現點與標志牌間的距離基本一致，約為180 m。

2.4.2 給讀點的位置

通過現場試驗確定當停車標志或導向標志位于暗線或明線時，在其與線路中心不同夾角情況下與給讀點間的距離，具體如表1所示。

表1 給讀點與標志間的試驗距離

2.5 小結

通過針對發現點和給讀點與停車導向標志間的距離開展的現場試驗，可以得出如下結論。

(1)停車導向標志與線路中線的夾角越大，其可視性和可讀性越強，當夾角為0°時，其可視性和可讀性最差，故不宜將停車導向標志涂刷在隧道側壁上。

(2)處于明線位置的停車導向標志，其可讀性要優于處于暗線位置的停車導向標志。

(3)雖然導向標志的字體要大于停車標志，但試驗發現其可讀性卻劣于停車標志，主要原因是導向標志中橫向設置的阿拉伯數字和英文字母不宜辨識。

3 讀完點位置的理論計算

讀完點與標志間的距離(l)應不小于標志的消失距離(m)，如此駕駛員才能從容地讀完標志內容并作出準確判斷，故l應滿足如下要求

l≥m=d/tanθ[14]

(1)

式中，d為標志與同側線路中線間的橫向距離，因單雙洞及對應各速度目標值的隧道斷面不同，故d值有所區別，以時速350 km客運專線鐵路雙線隧道為例，d約為4 m；θ為消失點與標志間的夾角，公路中按人眼的有效明視視錐確定，同時考慮汽車駕駛員在閱讀標志信息時同時需要關注路面的交通狀況，故視錐邊緣需留于路面，θ一般為15°[14]。但列車在軌道上行駛，特殊情況下不用對行進前方的線路狀態進行觀察，故這方面的要求可以弱化，考慮正常人的頸部左右旋轉角度為60°～80°，θ值以75°為宜。

4 標志位置與行車速度的關系

4.1 導向標志位置與行車速度的關系

列車駕駛員在讀完導向標志后需采取減速措施并控制車速行駛至下一個導向標志或停車標志。而駕駛員可在通過導向標志后進行判斷并采取相應的行動，故

m+l′≤S≤m+l′+j+L

(2)

l′=v0t1

(3)

j=v0t2

(4)

(5)

式中v0——駕駛員在發現導向標志時的列車行駛速度，m/s；

t1——認讀識別標志所需的時間，一般為2.6s；

t2——判斷采取措施所需的時間，一般為2.0～2.5s；

vt——駕駛員采取措施后需要控制的列車行駛速度，m/s；

a——列車緊急制動減速度，速度大于200 km/h時取0.9 m/s2，速度小于200 km/h時取1.1 m/s2[18-21]。

表2反映的是若要保證火災列車駕駛員從容的讀完導向標志上的信息并采取措施，給讀點與導向標志間所需要的最小距離(Smin)與列車行駛速度的關系。通過表2可知，列車行駛速度越大，則Smin越大。若實際的S

表2 導向標志與行車速度關系

4.2 停車標志位置與行車速度的關系

駕駛員在發現停車標志后，需采取標志識別、措施判斷及采取行動等3個動作，將列車準確停靠在停車標志位置處，故

S≥l′+j+L

(6)

(7)

表3反映的是若要保證火災列車駕駛員從容的讀完停車標志上的信息并將列車準確停靠在固定位置，給讀點與停車標志間所需要的最小距離(Smin)與列車行駛速度的關系。由表3可知，列車行駛速度越大，則Smin越大。若實際的S

表3 停車標志與行車速度關系

4.3 小結

(1)通過表1與表2的對比分析，火災列車在以80 km/h以上的速度駛向并通過導向標志時，駕駛員無法從容準確地讀取導向標志上的信息并采取相應措施。

(2)通過表1與表3的對比分析，火災列車在以30 km/h以上的速度駛向停車標志時，駕駛員無法從容準確將列車停靠在停車標志處。

5 結語

通過以上關于鐵路隧道緊急救援站停車導向標志設置位置的探討，建議如下。

(1)目前常用的將停車導向標志涂刷于隧道側壁上的做法導致其可視性和可讀性較差。停車導向標志與線路中線的夾角宜為30°，以提高其可視性和可讀性，并滿足誘導活塞風的需要。

(2)導向標志中橫向設置的阿拉伯數字和英文字母調整為豎向排列的漢字，如“500 m”改為“五百米”，以提高其可讀性。

(3)當列車發生火災事故時，駕駛員應迅速采取緊急制動措施，將列車速度控制在80 km/h向緊急救援站行進。

(4)在發現第一個導向標志后采取逐級制動減速措施，在進入緊急救援站即至最后一個導向標志“救援站入口”時，車速應控制在30 km/h以下，駕駛員應根據列車火災位置將其準確停靠在對應的停車標志處。

(5)目前采用停車導向標志引導火災列車停靠的方式對列車駕駛員的要求較高，應加強對駕駛員的培訓，并定期進行應急演練。

本次研究以350 km/h雙線高速鐵路隧道為基礎，其他標準的鐵路隧道因其速度目標值及停車導向標志與同側線路中線間的橫向距離均小于350 km/h雙線鐵路隧道，故相關研究成果同樣適用于其他標準的鐵路隧道。

我國西部鐵路，特別是川藏鐵路，20 km以上的隧道或隧道群眾多，需要設置大量隧道緊急救援站，希望進一步加強該方面的研究，建議進一步研究列控系統引導火災列車停靠的技術，以降低人為因素，確保運營安全。