宋永超
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)
早在1900年以前,德國(guó)卡爾斯魯厄市交通運(yùn)營(yíng)公司通過(guò)采用輕軌、市域鐵路及城際鐵路之間的共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)方式來(lái)擴(kuò)張城市交通,取得了良好的效果。從此,共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)方式在歐美和日本的城市軌道交通系統(tǒng)中被逐漸推廣應(yīng)用,尤其在日本效果更為顯著[1]。我國(guó)也對(duì)國(guó)鐵參與軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。陸化普通過(guò)對(duì)典型大城市交通擁擠原因進(jìn)行了分析研究,提出優(yōu)先發(fā)展公共交通是世界各國(guó)解決城市交通的共識(shí),需要處理好郊區(qū)鐵路進(jìn)入市區(qū)和鐵路、地鐵一體化運(yùn)營(yíng)[2]。羅秀清等通過(guò)分析我國(guó)發(fā)展市郊鐵路的機(jī)遇,以及國(guó)家鐵路參與城市市郊鐵路建設(shè)所具有的優(yōu)勢(shì),提出國(guó)鐵應(yīng)積極參與城市軌道交通的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)[3]。孫永梅等通過(guò)研究城際鐵路、市域快軌的決策體系,提出在新型城鎮(zhèn)化背景下都市圈的軌道交通建設(shè)中,國(guó)家鐵路、城際鐵路、城市軌道交通需要統(tǒng)籌考慮,才能適應(yīng)城市的發(fā)展[4]。周建軍等通過(guò)對(duì)國(guó)外軌道交通共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)方式進(jìn)行分析,提出上海市域軌道交通線(xiàn)路規(guī)劃應(yīng)充分考慮共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的可行性[5]。但到目前為止還沒(méi)有真正意義上的國(guó)鐵列車(chē)和城市軌道交通列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的運(yùn)營(yíng)案例。
國(guó)內(nèi)的鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)也在積極推進(jìn)國(guó)鐵和城市軌道交通的共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)工作,并于2018年10月10日發(fā)文,要求市域(郊)鐵路發(fā)展要堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向,統(tǒng)籌社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,在滿(mǎn)足國(guó)鐵列車(chē)開(kāi)行需求的前提下,以地方政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)、鐵路運(yùn)輸企業(yè)提供運(yùn)輸保障為主要模式,為國(guó)鐵和城市軌道交通共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)開(kāi)辟了道路。
上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)線(xiàn)路全長(zhǎng)68.679 km,其中橋梁長(zhǎng)7.984 km,隧道長(zhǎng)55.879 km,路基長(zhǎng)4.816 km,橋隧比92.987%。全線(xiàn)設(shè)車(chē)站9座(其中地面車(chē)站3座、地下站6座),平均站間距離為8.58 km。線(xiàn)路設(shè)置車(chē)輛段和綜合維修,1座主變電所及8處中間風(fēng)井(不包含車(chē)站脫離風(fēng)井)。
本線(xiàn)區(qū)間有高架區(qū)間、單洞雙線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間、雙洞雙線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間以及明挖區(qū)間等;中間風(fēng)井具有垂直疏散功能。正線(xiàn)單洞雙線(xiàn)(帶中隔墻)盾構(gòu)長(zhǎng)度約40 km,雙洞雙線(xiàn)盾構(gòu)段約25.1 km。
線(xiàn)路采用城際列車(chē)和城市軌道交通列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)。城際列車(chē)一般采用CRH動(dòng)車(chē)組,運(yùn)行8節(jié)編組,具備開(kāi)行16節(jié)編組的條件;市域列車(chē)采用CRH動(dòng)車(chē)組,列車(chē)編組初、近期為4節(jié)編組,遠(yuǎn)期8節(jié)。系統(tǒng)最小行車(chē)間隔按3 min設(shè)計(jì),高峰小時(shí)開(kāi)行4對(duì)城際列車(chē)、2對(duì)大站快車(chē)后,可開(kāi)行6對(duì)站站停列車(chē),高峰小時(shí)共可開(kāi)行12對(duì)列車(chē)。設(shè)計(jì)列車(chē)最高運(yùn)行速度為160 km/h,當(dāng)列車(chē)不??窟^(guò)站時(shí),采用80 km/h(靠站臺(tái)邊通過(guò))和160 km/h(不靠站臺(tái)邊通過(guò))過(guò)站。
通過(guò)對(duì)本工程與傳統(tǒng)的軌道交通線(xiàn)路、國(guó)鐵(城際鐵路)相比,存在以下的特點(diǎn)。
傳統(tǒng)的軌道交通線(xiàn)路站間距一般為1 km左右,較長(zhǎng)的也不過(guò)3 km;國(guó)鐵(城際鐵路)一般為地面線(xiàn)路,進(jìn)入城區(qū)有部分地下線(xiàn)路和地下車(chē)站,但一般較短;本線(xiàn)平均站間距為8.58 km,最長(zhǎng)地下區(qū)間超過(guò)10 km;由于區(qū)間中間風(fēng)井距離約5 km,消防人員和疏散乘客只能就近通過(guò)中間風(fēng)井疏散樓梯間進(jìn)出隧道,不利于區(qū)間乘客的疏散和消防人員進(jìn)入救援。
本線(xiàn)采用CRH動(dòng)車(chē)組列車(chē),車(chē)輛定員為1 458人/列,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)鐵列車(chē)的載客量600人/列。列車(chē)采用160 km/h運(yùn)行速度。
目前國(guó)內(nèi)國(guó)鐵(城際鐵路)、城市軌道交通線(xiàn)路的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)等均有比較完善的規(guī)范體系;而且國(guó)鐵(城際鐵路)的審批、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)均為鐵路部門(mén),而城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)均屬于地方政府。這兩套規(guī)范體系在較多方面存在不同,尤其是在防災(zāi)救援方面存在較大的差異。本工程是國(guó)內(nèi)第一條城際列車(chē)和城市軌道交通列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目,國(guó)內(nèi)無(wú)匹配的規(guī)范指導(dǎo)本工程的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)。
由于本工程復(fù)雜,且缺少設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo);如何選擇本工程的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn),關(guān)系到本線(xiàn)工程投資以及運(yùn)營(yíng)安全,是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范,城際鐵路、軌道交通的車(chē)站建筑、防排煙、給排水及消防等均需要滿(mǎn)足GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,故在車(chē)站防災(zāi)救援方面,城際鐵路和城市軌道交通設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)是一致的。
3.2.1 城際鐵路列車(chē)的防災(zāi)救援
目前國(guó)鐵列車(chē)線(xiàn)路中能與城市軌道交通列車(chē)共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)的線(xiàn)路一般為城際列車(chē)線(xiàn)路,故以城際鐵路的防災(zāi)救援進(jìn)行分析。根據(jù)TB 10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以人為本、應(yīng)急有備、方便自救、安全疏散的原則。當(dāng)列車(chē)在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮控制列車(chē)駛出洞外或??苦徑?chē)站進(jìn)行救援。當(dāng)區(qū)間隧道超過(guò)20 km時(shí),需要設(shè)置消防救援站,著火列車(chē)停靠救援站進(jìn)行疏散和救援。
根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn),長(zhǎng)度20 km以上的特長(zhǎng)隧道很少,動(dòng)車(chē)組列車(chē)按照最低檔的設(shè)計(jì)速度120 km/h計(jì)算,3 min可以行進(jìn)6 km,5 min可以行進(jìn)10 km,10 min可以行進(jìn)20 km,長(zhǎng)度小于10 km的隧道5 min內(nèi)即可拉出洞外。另外車(chē)站旅客通過(guò)嚴(yán)格的進(jìn)站上車(chē)檢查,消除大部分的火災(zāi)隱患,列車(chē)每節(jié)車(chē)廂上配備消防滅火器,可以控制和降低起火隱患;車(chē)廂內(nèi)火災(zāi)與動(dòng)車(chē)組失去全部動(dòng)力同時(shí)發(fā)生的幾率非常?。灰虼艘坏┌l(fā)生火災(zāi),將列車(chē)起火點(diǎn)放在明線(xiàn)上、車(chē)站內(nèi)或者消防站進(jìn)行防災(zāi)和救援[6]。
綜上所述,城際鐵路的區(qū)間防災(zāi)救援原則為:著火列車(chē)行駛到救援站、室外或就近車(chē)站進(jìn)行救援和疏散,不考慮列車(chē)著火停留在區(qū)間隧道進(jìn)行救援和疏散[7]。
3.2.2 城市軌道交通列車(chē)的防災(zāi)救援
城市軌道交通列車(chē)著火優(yōu)先考慮將著火列車(chē)開(kāi)行到前方車(chē)站進(jìn)行救援和疏散,如失去動(dòng)力,則要求列車(chē)在區(qū)間隧道進(jìn)行疏散和救援。
著火列車(chē)在區(qū)間進(jìn)行疏散和救援時(shí),乘客可以通過(guò)道床和疏散平臺(tái)疏散至相鄰隧道。但本線(xiàn)采用的列車(chē)為動(dòng)車(chē)組,車(chē)頭、車(chē)尾無(wú)法設(shè)置疏散門(mén)下至軌行區(qū),故只能采用疏散平臺(tái)進(jìn)行疏散,并且需要設(shè)置高疏散平臺(tái)。
區(qū)間列車(chē)火災(zāi)位置確定后,需要開(kāi)啟排煙系統(tǒng),并結(jié)合智能疏散指示,引導(dǎo)乘客進(jìn)行疏散,以確保大多數(shù)乘客迎著新風(fēng)疏散至相鄰隧道。
綜上所述,城市軌道交通的區(qū)間防災(zāi)救援原則為:著火列車(chē)在不失去動(dòng)力的情況下優(yōu)先考慮行駛到就近的車(chē)站進(jìn)行救援和疏散,當(dāng)失去動(dòng)力時(shí),需要考慮列車(chē)停留在區(qū)間隧道進(jìn)行救援和疏散[8]。
3.2.3 兩種防災(zāi)救援體系的差異
國(guó)鐵、城市軌道交通兩種區(qū)間防災(zāi)救援體系在以下方面存在較大的差異。
(1)是否設(shè)置中隔墻,將兩條隧道分隔開(kāi)
國(guó)鐵列車(chē)考慮列車(chē)著火后行駛到室外、救援站和車(chē)站進(jìn)行疏散和救援,乘客可以直接疏散到安全區(qū)域;而軌道交通的列車(chē)在區(qū)間著火停車(chē)疏散時(shí),乘客不能在著火的區(qū)間長(zhǎng)距離疏散,而是需要通過(guò)中隔墻的防火門(mén)疏散到相鄰隧道(安全區(qū));中隔墻設(shè)置與否直接關(guān)系到區(qū)間的防災(zāi)救援方案、隧道的洞徑以及工程的投資。
(2)是否設(shè)置高疏散平臺(tái)
為了解決列車(chē)車(chē)廂與道床面的1.25 m高差,國(guó)鐵和城市軌道交通采用了不同的方案。國(guó)鐵列車(chē)由于配置乘務(wù)員,列車(chē)車(chē)廂自帶救援爬梯,如圖1所示;區(qū)間設(shè)置低疏散平臺(tái),如圖2所示;城市軌道交通的列車(chē)需要考慮列車(chē)火災(zāi)失去動(dòng)力在區(qū)間進(jìn)行疏散,需要區(qū)間縱向設(shè)置高疏散平臺(tái),如圖3所示。
圖1 國(guó)鐵列車(chē)自帶爬梯
圖2 低疏散平臺(tái)
圖3 高疏散平臺(tái)
(3)列車(chē)是否需在就近車(chē)站??渴枭⒑途仍?/p>
根據(jù)國(guó)鐵疏散救援要求,當(dāng)距離不超過(guò)20 km時(shí),列車(chē)可以開(kāi)到洞外、救援站、車(chē)站進(jìn)行疏散和救援;而軌道交通要求火災(zāi)列車(chē)首先考慮行駛到就近的車(chē)站進(jìn)行救援和疏散。本線(xiàn)列車(chē)采用8輛和16輛編組列車(chē)混跑,線(xiàn)路上只有1座車(chē)站有效站臺(tái)長(zhǎng)度能滿(mǎn)足???6輛編組列車(chē)要求,其他車(chē)站站臺(tái)有效長(zhǎng)度只能滿(mǎn)足???輛編組列車(chē)要求。根據(jù)城市軌道交通防災(zāi)救援要求,需要每個(gè)車(chē)站站臺(tái)均能停靠16輛編組的列車(chē)疏散和救援。
3.2.4 防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)的選擇
基于兩種防災(zāi)救援體系存在較大的差異,曾國(guó)寶通過(guò)對(duì)城市鐵路隧道、山嶺隧道和地鐵隧道的工程特點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出有必要對(duì)城市鐵路隧道的防災(zāi)疏散和消防設(shè)備布置進(jìn)行深層次的研究[9]。為了確定本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合本工程的特點(diǎn),開(kāi)展了“盾構(gòu)隧道斷面方案專(zhuān)題研究”、“消防疏散方案專(zhuān)題研究”,通過(guò)了專(zhuān)家評(píng)審,并征得消防部門(mén)同意,進(jìn)一步明確本線(xiàn)的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
(1)盾構(gòu)隧道斷面方案專(zhuān)題研究
專(zhuān)題通過(guò)對(duì)工程特點(diǎn)、規(guī)范要求、國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程案例、斷面對(duì)列車(chē)火災(zāi)疏散救援的影響、投資等進(jìn)行了分析和比較,提出區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻、采用低平臺(tái)+列車(chē)自帶爬梯的疏散方案。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。
①區(qū)間隧道疏散距離更短
區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻,將區(qū)間隧道分隔為兩條獨(dú)立的區(qū)間隧道,通過(guò)設(shè)置防火門(mén),人員可以就近疏散到相鄰區(qū)間,縮短人員在著火隧道走行的距離。
②區(qū)間隧道更容易組織防排煙
區(qū)間隧道采用中隔墻將區(qū)間隧道分隔為兩條獨(dú)立的區(qū)間隧道;火災(zāi)時(shí),可以對(duì)著火災(zāi)隧道組織排煙,煙氣不會(huì)進(jìn)入隔壁隧道,避免影響相鄰線(xiàn)路的行車(chē)安全。
③區(qū)間隧道全壽命周期費(fèi)用更省
區(qū)間采用中隔墻后,雖然隧道斷面有所加大,土建費(fèi)用有所增加,但區(qū)間的活塞效應(yīng)加強(qiáng),列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的活塞風(fēng)能滿(mǎn)足隧道溫度和換氣的要求;不設(shè)置中隔墻,雖然節(jié)省了土建投資,但需要增設(shè)降溫措施、加大配電,增加機(jī)電設(shè)備的投入和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。從100年生命周期費(fèi)用來(lái)看,設(shè)置中隔墻方案較不設(shè)中隔墻方案節(jié)省費(fèi)用約43.8億元。
疏散平臺(tái)的設(shè)置方案對(duì)區(qū)間的隧道斷面有較大影響;設(shè)置高疏散平臺(tái)時(shí),疏散平臺(tái)會(huì)侵入限界,只能通過(guò)增大隧道直徑滿(mǎn)足限界要求,從而增加土建投資;增大隧道直徑后,列車(chē)車(chē)廂與疏散平臺(tái)間的縫隙寬度加大,會(huì)造成人員疏散安全隱患。采用低平臺(tái)+列車(chē)自帶爬梯的方案,可以有效避免侵限和縫隙大的問(wèn)題,同時(shí)隧道斷面更小,方案更經(jīng)濟(jì)、更合理可行。
(2)消防疏散方案專(zhuān)題研究
專(zhuān)題論述了本線(xiàn)列車(chē)在車(chē)站、區(qū)間的消防疏散和救援原則,提出區(qū)間列車(chē)著火時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮駛?cè)刖徒能?chē)站進(jìn)行救援和疏散,需要車(chē)站考慮8輛、16輛編組列車(chē)著火后停車(chē)疏散和救援。
專(zhuān)題通過(guò)對(duì)車(chē)站進(jìn)行分析,提出了利用車(chē)站設(shè)備區(qū)、線(xiàn)路外側(cè)設(shè)置2.5 m寬疏散平臺(tái)的方式解決有效站臺(tái)長(zhǎng)度不滿(mǎn)足16輛編組列車(chē)停站疏散的問(wèn)題,同時(shí)通過(guò)設(shè)置直通室外的防煙樓梯間滿(mǎn)足規(guī)范要求的疏散距離問(wèn)題,從而解決了16輛編組列車(chē)進(jìn)站疏散和救援,如圖4所示。
圖4 典型車(chē)站16輛編組列車(chē)站內(nèi)停靠疏散救援示意
根據(jù)本工程的特點(diǎn),選取了1座車(chē)站和1個(gè)較長(zhǎng)區(qū)間進(jìn)行了模擬分析;考慮到目前僅預(yù)留了16輛編組下線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)的條件,且數(shù)量極少,故本次按8輛編組列車(chē)在超員20%的情況下,每列車(chē)1750人進(jìn)行疏散模擬,根據(jù)模擬結(jié)果分析如下。
根據(jù)仿真結(jié)果,8:26:00開(kāi)始疏散,8:31:07乘客離開(kāi)站臺(tái)層,全部到達(dá)站廳層付費(fèi)區(qū)。8:31:48乘客離開(kāi)站廳層付費(fèi)區(qū)出閘機(jī),到達(dá)站廳層非付費(fèi)區(qū)。8:35:54乘客離開(kāi)站廳層非付費(fèi)區(qū)。根據(jù)仿真結(jié)果:站臺(tái)完成疏散需要時(shí)間5.1 min;站廳付費(fèi)區(qū)完成疏散需要時(shí)間5.8 min;全部站廳完成疏散需要時(shí)間9.9 min。
假定火災(zāi)發(fā)生在車(chē)頭,且靠近車(chē)頭的疏散口無(wú)法使用,乘客往車(chē)尾方向進(jìn)行疏散。警報(bào)開(kāi)始20s后,乘客開(kāi)始疏散。所需疏散的乘客用紅色小圓點(diǎn)表示。擬模擬區(qū)間的模型處理見(jiàn)圖5;區(qū)間列車(chē)火災(zāi)人員疏散仿真模擬見(jiàn)圖6。
圖5 區(qū)間列車(chē)火災(zāi)仿真模擬位置示意
圖6 區(qū)間列車(chē)火災(zāi)人員疏散仿真模擬
通過(guò)對(duì)區(qū)間列車(chē)??课恢貌煌?,乘客從離發(fā)生火災(zāi)最近的疏散口進(jìn)行疏散、從離發(fā)生火災(zāi)最近的第二個(gè)疏散口進(jìn)行疏散、從離火災(zāi)最近的疏散口和第二近的疏散口進(jìn)行疏散等三種情況進(jìn)行模擬,區(qū)間疏散(按預(yù)測(cè)客流計(jì)算)時(shí)間分別為13.8,15.2,14.9 min;區(qū)間疏散(按額定客流計(jì)算)時(shí)間分別為16.5,17.7,17 min。
根據(jù)GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第28.2.11條:車(chē)站站臺(tái)公共區(qū)的樓梯、自動(dòng)扶梯、出入口通道,應(yīng)滿(mǎn)足當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)在6 min內(nèi)將遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)一列進(jìn)站列車(chē)所載的乘客及站臺(tái)上的候車(chē)人員全部撤離站臺(tái)到達(dá)安全區(qū)的要求。因此,車(chē)站疏散行動(dòng)時(shí)間滿(mǎn)足規(guī)范要求。
由于區(qū)間對(duì)于人員疏散時(shí)間沒(méi)有具體要求,區(qū)間隧道通過(guò)風(fēng)機(jī)組織的排煙,可以確保大部分乘客迎氣流進(jìn)行疏散,18 min內(nèi)即可將列車(chē)內(nèi)的人員疏散至相鄰區(qū)間,確保人員的安全。
國(guó)鐵與軌道交通共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)防災(zāi)救援涉及到工程的投資、旅客的安全,是工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的重中之重。本工程采用如下的防災(zāi)疏散救援標(biāo)準(zhǔn)是合適的。
(1)列車(chē)在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)且未失去動(dòng)力時(shí),應(yīng)行駛到就近的車(chē)站進(jìn)行疏散和救援;失去動(dòng)力無(wú)法向前行駛時(shí),應(yīng)就地疏散和救援。
(2)區(qū)間采用低疏散平臺(tái)+自帶爬梯的疏散方式。
(3)區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻將兩條隧道分隔開(kāi),隔墻設(shè)置防火門(mén)相互疏散。
(4)車(chē)站需要滿(mǎn)足最大編組列車(chē)在站內(nèi)停車(chē)疏散和救援的要求。
目前國(guó)鐵和軌道交通共線(xiàn)運(yùn)營(yíng)工程建設(shè)才剛剛起步,在線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)、車(chē)輛、疏散等方面國(guó)鐵和軌道交通存在較大的差異,建議在本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行深入的研究,進(jìn)一步完善防災(zāi)救援體系,以指導(dǎo)類(lèi)似工程的建設(shè)。
(1)對(duì)低疏散平臺(tái)+自帶爬梯區(qū)間疏散方案的疏散能力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),以確保模擬結(jié)果貼近實(shí)際。
(2)由于國(guó)鐵列車(chē)種類(lèi)繁多,需深化列車(chē)停站疏散時(shí)站臺(tái)門(mén)與列車(chē)車(chē)門(mén)對(duì)齊的方案研究。