管鴻浩

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線特長(zhǎng)隧道防災(zāi)疏散設(shè)計(jì)研究

管鴻浩

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

以武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線為工程背景,分析特長(zhǎng)隧道內(nèi)遭遇火災(zāi)情況下的防災(zāi)疏散設(shè)計(jì),包括疏散能力、通道設(shè)計(jì)、通風(fēng)排煙等,提出了防災(zāi)疏散的模式,為客運(yùn)專(zhuān)線防災(zāi)設(shè)計(jì)提供參考。

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線;特長(zhǎng)隧道;火災(zāi);疏散

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線在瀏陽(yáng)河隧道和大瑤山隧道群設(shè)置定點(diǎn)進(jìn)行隧道防災(zāi),隧道防災(zāi)以人員逃生疏散為主要目的,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,分別在隧道之間和隧道內(nèi)設(shè)置定點(diǎn),配置逃生通道及消防、照明等。

1 瀏陽(yáng)河隧道防災(zāi)定點(diǎn)

瀏陽(yáng)河隧道為武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線第二長(zhǎng)隧道,全長(zhǎng)9 935m,另有 180m長(zhǎng) U形槽引道,隧道建筑長(zhǎng)度10 115m。隧道下穿瀏陽(yáng)河,設(shè)置 V形縱坡,最大坡率20‰,隧道出口外1 920m為長(zhǎng)沙車(chē)站,隧道洞身最低點(diǎn)與相鄰的長(zhǎng)沙車(chē)站高差達(dá) 60.8m。

隧道防災(zāi)定點(diǎn)全長(zhǎng) 400m,以隧道最低點(diǎn)處為中心,前后各 200m范圍內(nèi)隧道中線兩側(cè) 40m各設(shè)置局部疏散通道,左右線在隧道側(cè)壁各設(shè)置 3個(gè)疏散口,并在最低點(diǎn)處設(shè)置下穿正洞的左右線聯(lián)絡(luò)疏散通道,所有疏散通道最后接入施工斜井,斜井洞口設(shè)置疏散場(chǎng)坪,場(chǎng)坪面積 800m2,疏散場(chǎng)坪通過(guò)救援道路接入市政道路。防災(zāi)定點(diǎn)設(shè)置平面如圖1所示。疏散通道一般斷面如圖2所示。

左線列車(chē)發(fā)生火災(zāi)后對(duì)變坡點(diǎn)(即左線 2號(hào)疏散口)中心停車(chē),疏散人員通過(guò)左線 1～3號(hào)疏散口進(jìn)入疏散通道,通過(guò)斜井至洞口疏散場(chǎng)坪,然后集中疏散。右線列車(chē)發(fā)生火災(zāi)后在右線 2號(hào)疏散口停車(chē),疏散人員通過(guò)右線 1～3號(hào)疏散口進(jìn)入右線 1～3號(hào)疏散通道,然后通過(guò)右線橫向聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)入左右線聯(lián)絡(luò)通道,再進(jìn)入斜井至洞口疏散場(chǎng)坪進(jìn)行集中疏散。距離疏散場(chǎng)坪最遠(yuǎn)的疏散口為右線 3號(hào)疏散口,長(zhǎng)約 965m,通行時(shí)間約 16.2min。

圖1 瀏陽(yáng)河隧道防災(zāi)定點(diǎn)平面示意(單位：m)

圖2 疏散通道一般斷面示意(單位：cm)

疏散通道寬 2.5m,按有效寬0.6m的通道每分鐘疏散人流為 37人估算,各疏散通道疏散能力如表1所示,右線全部通過(guò)疏散通道疏散為最不利情況,此時(shí)左右線聯(lián)絡(luò)通道入口為控制點(diǎn),1 220人通過(guò)控制點(diǎn)的時(shí)間約為 8.2min,存在一定的人員滯留,右線 1～3號(hào)疏散通道以及右線橫向聯(lián)絡(luò)通道總長(zhǎng)度 482.69 m,面積約1200m2,按列車(chē)定員計(jì)算,人均約 0.98 m2,因此所有疏散人員均能進(jìn)入疏散通道,不存在人員擁堵問(wèn)題。

表1 疏散通道疏散能力

隧道火災(zāi)通風(fēng)按同時(shí)僅一處火災(zāi)進(jìn)行設(shè)計(jì),列車(chē)火災(zāi)規(guī)模為 20MW?；馂?zāi)通風(fēng)采用縱向排煙方式,根據(jù)著火點(diǎn)位置啟動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙,火災(zāi)通風(fēng)按控制事故區(qū)段縱向風(fēng)速大于 2.5m/s確定,同時(shí)向疏散通道內(nèi)加壓送風(fēng),維持通道正壓,以確保人員安全疏散。隧道正洞設(shè)置 SDS-(R)-11.2可逆射流風(fēng)機(jī) 16臺(tái),單臺(tái)功率 55 kW,此外每個(gè)疏散通道頂部均設(shè)置 SDS-8型射流風(fēng)機(jī) 2臺(tái),斜井處設(shè) 4臺(tái)射流風(fēng)機(jī),單臺(tái)功率11 kW,火災(zāi)時(shí)射流風(fēng)機(jī)全部開(kāi)啟并能保證疏散通道防火門(mén)處空氣流速不小于 0.7m/s。

2 大瑤山隧道群防災(zāi)定點(diǎn)

武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線大瑤山隧道群位于瑤山山區(qū),受武水支流九峰水和大源河下切影響,該段分設(shè)大瑤山 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)隧道,隧道群全長(zhǎng) 24.706 km。大瑤山 1號(hào)隧道進(jìn)口距郴州西車(chē)站 48.371 km,大瑤山 3號(hào)隧道出口距樂(lè)昌東車(chē)站 11.168 km。隧道群中間出露部分較短,合計(jì)僅 208.37m,其中大瑤山 1號(hào)和2號(hào)隧道之間間距 170.07m,大瑤山 2號(hào)和 3號(hào)隧道之間為湮眺中橋 38.3m。

隧道防災(zāi)疏散分別在 1、2號(hào)隧道和 2、3號(hào)隧道之間分別設(shè)置定點(diǎn),1、2號(hào)隧道之間黃土灣處為主定點(diǎn),2、3號(hào)之間湮眺處為輔助定點(diǎn),黃土灣主定點(diǎn)長(zhǎng) 600 m,考慮發(fā)生災(zāi)害情況下列車(chē)的緊急?？?湮眺輔助定點(diǎn)長(zhǎng) 400m,考慮非火災(zāi)情況下的列車(chē)緊急?？俊Ｋ淼垒o助坑道布置如圖3所示。

圖3 隧道輔助坑道布置示意(單位：m)

黃土灣定點(diǎn)在 1號(hào)隧道出口及進(jìn)口區(qū)段分別增設(shè)Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)疏散通道,并在黃土灣大橋兩端設(shè)置下橋通道,疏散口通過(guò)洞外道路接入疏散場(chǎng)地。1～4號(hào)疏散通道口之間距離分別為 295、170、185m,合計(jì) 650 m。疏散場(chǎng)地面積 800m2,通過(guò)改造道路接入地方公路。黃土灣定點(diǎn)疏散平面布置如圖4所示。

圖4 黃土灣定點(diǎn)疏散示意(單位：m)

湮眺定點(diǎn)在 2號(hào)隧道出口增設(shè)Ⅲ號(hào)疏散通道,利用 3號(hào)隧道進(jìn)口橫洞作為Ⅳ號(hào)疏散通道,并在湮眺中橋兩側(cè)設(shè)置下橋通道,5～8號(hào)疏散通道口之間距離分別為 210.6、38.3、131.1 m,合計(jì) 380 m。由于施工場(chǎng)地狹窄,疏散場(chǎng)地分設(shè)兩處,場(chǎng)坪面積各 600m2,通過(guò)改造道路接入地方公路。湮眺定點(diǎn)疏散平面如圖5所示。

圖5 湮眺定點(diǎn)疏散示意(單位：m)

3 有關(guān)問(wèn)題的探討

《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(TB10063—2007)明確了隧道兩側(cè)需設(shè)置貫通的救援通道,并對(duì)利用橫通道設(shè)置緊急出入口進(jìn)行了一定的說(shuō)明,此外對(duì)防災(zāi)原則、火災(zāi)規(guī)模以及防火標(biāo)準(zhǔn)等缺乏明確的要求,瀏陽(yáng)河隧道和大瑤山隧道群防災(zāi)設(shè)計(jì)中對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了一定的研究,采用的有關(guān)原則和設(shè)計(jì)參數(shù)供研究探討。

3.1 防災(zāi)設(shè)計(jì)的基本原則

鐵路隧道防災(zāi)應(yīng)以保證旅客和司乘人員安全為主要目標(biāo),并在條件允許的情況下盡量減少火災(zāi)對(duì)車(chē)輛、線路設(shè)施以及隧道結(jié)構(gòu)的破壞,以便迅速恢復(fù)鐵路大動(dòng)脈的暢通。依據(jù)以上的防災(zāi)目的,考慮鐵路運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況,確定隧道防災(zāi)設(shè)計(jì)基本原則。

(1)列車(chē)應(yīng)具備自檢能力并在進(jìn)入特長(zhǎng)或特定的隧道、隧道群前進(jìn)行嚴(yán)格自檢,在不能確保安全時(shí)應(yīng)停在兩端車(chē)站內(nèi)或區(qū)間明線上,不得進(jìn)入隧道。進(jìn)入隧道列車(chē)若發(fā)生火災(zāi),應(yīng)通知有關(guān)部門(mén)和前后方兩端車(chē)站做好消防準(zhǔn)備,并進(jìn)行安全評(píng)估,在可控的情況下盡量將列車(chē)開(kāi)出隧道,避免將列車(chē)停留在隧道內(nèi)。

(2)隧道內(nèi)防災(zāi)應(yīng)采取“以引導(dǎo)旅客疏散為主”的設(shè)計(jì)原則,在適宜地段設(shè)置定點(diǎn),集中進(jìn)行逃生和消防,定點(diǎn)設(shè)置應(yīng)考慮有利于人員逃生和突發(fā)事故的處理。

(3)疏散定點(diǎn)結(jié)合線路開(kāi)行列車(chē)車(chē)輛編組及定員,考慮人員疏散通道、疏散場(chǎng)坪、與干線公路及市鎮(zhèn)銜接等,以保證人員安全、救護(hù)及減災(zāi)的需要,疏散通道應(yīng)采用無(wú)障礙設(shè)計(jì)。

(4)通道及防災(zāi)區(qū)段應(yīng)設(shè)置通風(fēng)、報(bào)警、照明、消防等設(shè)施。

(5)在逃生通道的橫向聯(lián)通道與主洞的交界處設(shè)置防護(hù)門(mén),防止主洞的煙霧蔓延到逃生通道。

3.2 列車(chē)定員

防災(zāi)需要考慮的疏散人員總數(shù)應(yīng)根據(jù)行車(chē)編組確定,動(dòng)車(chē)組定員相對(duì)固定,以 CRH2-300型動(dòng)車(chē)為例,8輛編組(6M2T)定員 610人,重聯(lián)定員1 220人,普通列車(chē)超員現(xiàn)象比較普遍,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮超員的影響,適當(dāng)放寬疏散人數(shù)。

3.3 火災(zāi)的處理流程

借鑒國(guó)外長(zhǎng)大隧道火災(zāi)消防經(jīng)驗(yàn),火災(zāi)處理共分6步,建議的處理流程如圖6所示。

3.4 火災(zāi)規(guī)模及疏散時(shí)間

圖6 隧道火災(zāi)處理流程

客運(yùn)列車(chē)由于體形較大,單節(jié)車(chē)廂的長(zhǎng)度均在 20 m左右,寬度超過(guò) 3m,高度近 4m,其內(nèi)的可燃物數(shù)量較多,如座椅、裝修材料及旅客行李等,國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)對(duì)客運(yùn)列車(chē)的實(shí)體火災(zāi)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)的火災(zāi)規(guī)模統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),武廣防災(zāi)分析借鑒國(guó)外相關(guān)研究及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)確定火災(zāi)規(guī)模,英國(guó)的研究表明：舊式硬座車(chē)廂火災(zāi)規(guī)模峰值約 16MW,新式采用阻燃材料座椅的硬座車(chē)廂火災(zāi)規(guī)模約 7MW。1994年 SP-Fire在挪威一個(gè)廢棄的礦井內(nèi)針對(duì)德國(guó)城際列車(chē)進(jìn)行了一組全尺寸的火災(zāi)試驗(yàn),該車(chē)廂長(zhǎng) 20.6m,寬 2.7m,高 3m,在火災(zāi)發(fā)生約 23min后,熱釋放率達(dá)到峰值,約為 13.5MW。澳大利亞 CSIRO曾經(jīng)對(duì)澳大利亞客運(yùn)列車(chē)做過(guò)全尺寸火災(zāi)試驗(yàn),試驗(yàn)雖然沒(méi)有給出列車(chē)車(chē)廂的火災(zāi)規(guī)模,但試驗(yàn)表明,火災(zāi)在 140 s后達(dá)到轟燃,火勢(shì)在整個(gè)車(chē)廂內(nèi)迅速蔓延,轟燃 10 s后,大量的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)車(chē)窗及車(chē)門(mén)溢出車(chē)廂,形成巨大的羽流,轟燃 35 s后,所有的可燃物都被引燃。同時(shí),車(chē)廂在達(dá)到轟燃后,火災(zāi)規(guī)模的峰值由通風(fēng)控制。武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)主要為CRH2、CRH3型動(dòng)車(chē)組,列車(chē)在座椅、內(nèi)裝修及開(kāi)口條件上均有一定的差別,為兼顧可能產(chǎn)生的火災(zāi)規(guī)模,并加以保守考慮,參考以上國(guó)外對(duì)普通列車(chē)火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù),取火災(zāi)規(guī)模為 20MW設(shè)計(jì)。

根據(jù)隧道斷面,利用 Gambit建立隧道模型,隧道長(zhǎng)度取1 000m,模擬計(jì)算表明：火災(zāi)點(diǎn)煙氣溫度較高,密度較低,因此在火災(zāi)開(kāi)始的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)(500 s左右),煙氣一直位于隧道上部 2m以上的空間,隧道下部仍然是新鮮空氣,早期煙氣的這種性質(zhì)有利于人員逃生。600 s后,煙氣開(kāi)始逐漸下沉至 2m以下,隧道下風(fēng)方向才形成煙霧全斷面推進(jìn)。600 s時(shí),煙氣已經(jīng)充滿整個(gè)隧道,而無(wú)風(fēng)狀態(tài)下火災(zāi)煙氣降至 2m的時(shí)間約為 600 s,而一節(jié) 122人的車(chē)廂疏散時(shí)間約 110 s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煙氣下降的時(shí)間,而剩余的時(shí)間足夠疏散人員進(jìn)入疏散通道逃生。無(wú)風(fēng)狀態(tài)下 120 s時(shí)煙氣分布如圖7所示。

圖7 無(wú)風(fēng)狀態(tài)下 120 s時(shí)煙氣分布云圖

3.5 疏散定點(diǎn)、疏散通道及疏散場(chǎng)地

疏散定點(diǎn)應(yīng)考慮火災(zāi)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響并結(jié)合線路條件設(shè)置,避免列車(chē)火災(zāi)引起森林火災(zāi)、環(huán)境污染等次生災(zāi)害,并有利于疏散人群、滅火救援。疏散定點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在洞外,以減少煙氣的影響,并配備足夠的照明、消防設(shè)施,以避免狹小陰暗條件下疏散人員產(chǎn)生畏懼、恐慌心理,導(dǎo)致遲疑、行動(dòng)緩慢、判斷錯(cuò)誤等行為,影響逃生。疏散定點(diǎn)應(yīng)有足夠的疏散口,保證所有疏散人員能夠在火災(zāi)威脅安全之間進(jìn)入疏散通道或安全空間。瀏陽(yáng)河隧道疏散定點(diǎn)設(shè)置在隧道中部線路最低點(diǎn),定點(diǎn)的設(shè)置結(jié)合了排水的需要,同時(shí)考慮了列車(chē)發(fā)生災(zāi)害后失去動(dòng)力情況下的溜滑狀況,大瑤山隧道群長(zhǎng)度分別為 10、6、8 km,防災(zāi)定點(diǎn)設(shè)置在隧道之間,并以外露 170m長(zhǎng)的黃土灣定點(diǎn)作為主定點(diǎn)。

疏散場(chǎng)地及疏散通道一般結(jié)合施工輔助坑道以及洞外施工場(chǎng)地設(shè)置,并在施工前進(jìn)行規(guī)劃。疏散場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置在安全的地點(diǎn),并有足夠的面積,除容納疏散人員外,尚需考慮指揮、救援、通信、交通等車(chē)輛停靠的需要,疏散場(chǎng)地應(yīng)盡量利用施工場(chǎng)地,并與市政道路順暢連接,疏散通道寬度應(yīng)根據(jù)疏散能力確定,疏散通道內(nèi)應(yīng)設(shè)置報(bào)警電話、通風(fēng)、照明、監(jiān)控、指示標(biāo)志等,疏散通道與正洞銜接處應(yīng)設(shè)置防煙門(mén),疏散通道出口應(yīng)設(shè)置防護(hù)門(mén),出口外應(yīng)開(kāi)闊、平整,避免將出口設(shè)置在危巖、深溝、水池邊。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們的安全意識(shí)越來(lái)越突出,鐵路防災(zāi)得到了建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和設(shè)計(jì)單位高度重視,武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線防災(zāi)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)尚缺乏相關(guān)規(guī)范的情況下,首次系統(tǒng)、全面設(shè)計(jì)了隧道火災(zāi)情況下的報(bào)警、通信指揮、疏散、救援等方面,改變了以往防災(zāi)模式單一、無(wú)系統(tǒng)的缺點(diǎn),對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)安全能夠起到有力的保障作用。

[1]TB10063—2007,鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2]孫海富.石太鐵路客運(yùn)專(zhuān)線太行山、南梁長(zhǎng)大隧道防災(zāi)救援設(shè)計(jì)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(11).

U238;U 458

A

1004-2954(2010)01-0135-04

2009-12-03

管鴻浩(1972—),男,高級(jí)工程師,1995年畢業(yè)于西南交通大學(xué),工學(xué)學(xué)士。