管鸿浩

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

武广铁路客运专线特长隧道防灾疏散设计研究

管鸿浩

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

以武广铁路客运专线为工程背景,分析特长隧道内遭遇火灾情况下的防灾疏散设计,包括疏散能力、通道设计、通风排烟等,提出了防灾疏散的模式,为客运专线防灾设计提供参考。

武广铁路客运专线;特长隧道;火灾;疏散

武广铁路客运专线在浏阳河隧道和大瑶山隧道群设置定点进行隧道防灾,隧道防灾以人员逃生疏散为主要目的,结合现场实际情况,分别在隧道之间和隧道内设置定点,配置逃生通道及消防、照明等。

1 浏阳河隧道防灾定点

浏阳河隧道为武广铁路客运专线第二长隧道,全长9 935m,另有 180m长 U形槽引道,隧道建筑长度10 115m。隧道下穿浏阳河,设置 V形纵坡,最大坡率20‰,隧道出口外1 920m为长沙车站,隧道洞身最低点与相邻的长沙车站高差达 60.8m。

隧道防灾定点全长 400m,以隧道最低点处为中心,前后各 200m范围内隧道中线两侧 40m各设置局部疏散通道,左右线在隧道侧壁各设置 3个疏散口,并在最低点处设置下穿正洞的左右线联络疏散通道,所有疏散通道最后接入施工斜井,斜井洞口设置疏散场坪,场坪面积 800m2,疏散场坪通过救援道路接入市政道路。防灾定点设置平面如图1所示。疏散通道一般断面如图2所示。

左线列车发生火灾后对变坡点(即左线 2号疏散口)中心停车,疏散人员通过左线 1～3号疏散口进入疏散通道,通过斜井至洞口疏散场坪,然后集中疏散。右线列车发生火灾后在右线 2号疏散口停车,疏散人员通过右线 1～3号疏散口进入右线 1～3号疏散通道,然后通过右线横向联络通道进入左右线联络通道,再进入斜井至洞口疏散场坪进行集中疏散。距离疏散场坪最远的疏散口为右线 3号疏散口,长约 965m,通行时间约 16.2min。

图1 浏阳河隧道防灾定点平面示意(单位：m)

图2 疏散通道一般断面示意(单位：cm)

疏散通道宽 2.5m,按有效宽0.6m的通道每分钟疏散人流为 37人估算,各疏散通道疏散能力如表1所示,右线全部通过疏散通道疏散为最不利情况,此时左右线联络通道入口为控制点,1 220人通过控制点的时间约为 8.2min,存在一定的人员滞留,右线 1～3号疏散通道以及右线横向联络通道总长度 482.69 m,面积约1200m2,按列车定员计算,人均约 0.98 m2,因此所有疏散人员均能进入疏散通道,不存在人员拥堵问题。

表1 疏散通道疏散能力

隧道火灾通风按同时仅一处火灾进行设计,列车火灾规模为 20MW。火灾通风采用纵向排烟方式,根据着火点位置启动风机进行排烟,火灾通风按控制事故区段纵向风速大于 2.5m/s确定,同时向疏散通道内加压送风,维持通道正压,以确保人员安全疏散。隧道正洞设置 SDS-(R)-11.2可逆射流风机 16台,单台功率 55 kW,此外每个疏散通道顶部均设置 SDS-8型射流风机 2台,斜井处设 4台射流风机,单台功率11 kW,火灾时射流风机全部开启并能保证疏散通道防火门处空气流速不小于 0.7m/s。

2 大瑶山隧道群防灾定点

武广铁路客运专线大瑶山隧道群位于瑶山山区,受武水支流九峰水和大源河下切影响,该段分设大瑶山 1号、2号、3号隧道,隧道群全长 24.706 km。大瑶山 1号隧道进口距郴州西车站 48.371 km,大瑶山 3号隧道出口距乐昌东车站 11.168 km。隧道群中间出露部分较短,合计仅 208.37m,其中大瑶山 1号和2号隧道之间间距 170.07m,大瑶山 2号和 3号隧道之间为湮眺中桥 38.3m。

隧道防灾疏散分别在 1、2号隧道和 2、3号隧道之间分别设置定点,1、2号隧道之间黄土湾处为主定点,2、3号之间湮眺处为辅助定点,黄土湾主定点长 600 m,考虑发生灾害情况下列车的紧急停靠,湮眺辅助定点长 400m,考虑非火灾情况下的列车紧急停靠。隧道辅助坑道布置如图3所示。

图3 隧道辅助坑道布置示意(单位：m)

黄土湾定点在 1号隧道出口及进口区段分别增设Ⅰ号和Ⅱ号疏散通道,并在黄土湾大桥两端设置下桥通道,疏散口通过洞外道路接入疏散场地。1～4号疏散通道口之间距离分别为 295、170、185m,合计 650 m。疏散场地面积 800m2,通过改造道路接入地方公路。黄土湾定点疏散平面布置如图4所示。

图4 黄土湾定点疏散示意(单位：m)

湮眺定点在 2号隧道出口增设Ⅲ号疏散通道,利用 3号隧道进口横洞作为Ⅳ号疏散通道,并在湮眺中桥两侧设置下桥通道,5～8号疏散通道口之间距离分别为 210.6、38.3、131.1 m,合计 380 m。由于施工场地狭窄,疏散场地分设两处,场坪面积各 600m2,通过改造道路接入地方公路。湮眺定点疏散平面如图5所示。

图5 湮眺定点疏散示意(单位：m)

3 有关问题的探讨

《铁路工程设计防火规范》(TB10063—2007)明确了隧道两侧需设置贯通的救援通道,并对利用横通道设置紧急出入口进行了一定的说明,此外对防灾原则、火灾规模以及防火标准等缺乏明确的要求,浏阳河隧道和大瑶山隧道群防灾设计中对相关问题进行了一定的研究,采用的有关原则和设计参数供研究探讨。

3.1 防灾设计的基本原则

铁路隧道防灾应以保证旅客和司乘人员安全为主要目标,并在条件允许的情况下尽量减少火灾对车辆、线路设施以及隧道结构的破坏,以便迅速恢复铁路大动脉的畅通。依据以上的防灾目的,考虑铁路运营的实际情况,确定隧道防灾设计基本原则。

(1)列车应具备自检能力并在进入特长或特定的隧道、隧道群前进行严格自检,在不能确保安全时应停在两端车站内或区间明线上,不得进入隧道。进入隧道列车若发生火灾,应通知有关部门和前后方两端车站做好消防准备,并进行安全评估,在可控的情况下尽量将列车开出隧道,避免将列车停留在隧道内。

(2)隧道内防灾应采取“以引导旅客疏散为主”的设计原则,在适宜地段设置定点,集中进行逃生和消防,定点设置应考虑有利于人员逃生和突发事故的处理。

(3)疏散定点结合线路开行列车车辆编组及定员,考虑人员疏散通道、疏散场坪、与干线公路及市镇衔接等,以保证人员安全、救护及减灾的需要,疏散通道应采用无障碍设计。

(4)通道及防灾区段应设置通风、报警、照明、消防等设施。

(5)在逃生通道的横向联通道与主洞的交界处设置防护门,防止主洞的烟雾蔓延到逃生通道。

3.2 列车定员

防灾需要考虑的疏散人员总数应根据行车编组确定,动车组定员相对固定,以 CRH2-300型动车为例,8辆编组(6M2T)定员 610人,重联定员1 220人,普通列车超员现象比较普遍,设计时应考虑超员的影响,适当放宽疏散人数。

3.3 火灾的处理流程

借鉴国外长大隧道火灾消防经验,火灾处理共分6步,建议的处理流程如图6所示。

3.4 火灾规模及疏散时间

图6 隧道火灾处理流程

客运列车由于体形较大,单节车厢的长度均在 20 m左右,宽度超过 3m,高度近 4m,其内的可燃物数量较多,如座椅、装修材料及旅客行李等,国内目前尚无对客运列车的实体火灾实验及相关的火灾规模统计数据,武广防灾分析借鉴国外相关研究及实验的结果来确定火灾规模,英国的研究表明：旧式硬座车厢火灾规模峰值约 16MW,新式采用阻燃材料座椅的硬座车厢火灾规模约 7MW。1994年 SP-Fire在挪威一个废弃的矿井内针对德国城际列车进行了一组全尺寸的火灾试验,该车厢长 20.6m,宽 2.7m,高 3m,在火灾发生约 23min后,热释放率达到峰值,约为 13.5MW。澳大利亚 CSIRO曾经对澳大利亚客运列车做过全尺寸火灾试验,试验虽然没有给出列车车厢的火灾规模,但试验表明,火灾在 140 s后达到轰燃,火势在整个车厢内迅速蔓延,轰燃 10 s后,大量的高温烟气通过车窗及车门溢出车厢,形成巨大的羽流,轰燃 35 s后,所有的可燃物都被引燃。同时,车厢在达到轰燃后,火灾规模的峰值由通风控制。武广铁路客运专线列车主要为CRH2、CRH3型动车组,列车在座椅、内装修及开口条件上均有一定的差别,为兼顾可能产生的火灾规模,并加以保守考虑,参考以上国外对普通列车火灾试验数据,取火灾规模为 20MW设计。

根据隧道断面,利用 Gambit建立隧道模型,隧道长度取1 000m,模拟计算表明：火灾点烟气温度较高,密度较低,因此在火灾开始的很长一段时间内(500 s左右),烟气一直位于隧道上部 2m以上的空间,隧道下部仍然是新鲜空气,早期烟气的这种性质有利于人员逃生。600 s后,烟气开始逐渐下沉至 2m以下,隧道下风方向才形成烟雾全断面推进。600 s时,烟气已经充满整个隧道,而无风状态下火灾烟气降至 2m的时间约为 600 s,而一节 122人的车厢疏散时间约 110 s,远远小于烟气下降的时间,而剩余的时间足够疏散人员进入疏散通道逃生。无风状态下 120 s时烟气分布如图7所示。

图7 无风状态下 120 s时烟气分布云图

3.5 疏散定点、疏散通道及疏散场地

疏散定点应考虑火灾对周围环境的影响并结合线路条件设置,避免列车火灾引起森林火灾、环境污染等次生灾害,并有利于疏散人群、灭火救援。疏散定点应尽量设置在洞外,以减少烟气的影响,并配备足够的照明、消防设施,以避免狭小阴暗条件下疏散人员产生畏惧、恐慌心理,导致迟疑、行动缓慢、判断错误等行为,影响逃生。疏散定点应有足够的疏散口,保证所有疏散人员能够在火灾威胁安全之间进入疏散通道或安全空间。浏阳河隧道疏散定点设置在隧道中部线路最低点,定点的设置结合了排水的需要,同时考虑了列车发生灾害后失去动力情况下的溜滑状况,大瑶山隧道群长度分别为 10、6、8 km,防灾定点设置在隧道之间,并以外露 170m长的黄土湾定点作为主定点。

疏散场地及疏散通道一般结合施工辅助坑道以及洞外施工场地设置,并在施工前进行规划。疏散场地应设置在安全的地点,并有足够的面积,除容纳疏散人员外,尚需考虑指挥、救援、通信、交通等车辆停靠的需要,疏散场地应尽量利用施工场地,并与市政道路顺畅连接,疏散通道宽度应根据疏散能力确定,疏散通道内应设置报警电话、通风、照明、监控、指示标志等,疏散通道与正洞衔接处应设置防烟门,疏散通道出口应设置防护门,出口外应开阔、平整,避免将出口设置在危岩、深沟、水池边。

4 结语

随着社会的进步和经济的发展,人们的安全意识越来越突出,铁路防灾得到了建设、运营和设计单位高度重视,武广铁路客运专线防灾设计在国内尚缺乏相关规范的情况下,首次系统、全面设计了隧道火灾情况下的报警、通信指挥、疏散、救援等方面,改变了以往防灾模式单一、无系统的缺点,对生命和财产安全能够起到有力的保障作用。

[1]TB10063—2007,铁路工程设计防火规范[S].

[2]孙海富.石太铁路客运专线太行山、南梁长大隧道防灾救援设计研究[J].铁道标准设计,2009(11).

U238;U 458

A

1004-2954(2010)01-0135-04

2009-12-03

管鸿浩(1972—),男,高级工程师,1995年毕业于西南交通大学,工学学士。