《铁路隧道运营通风设计规范》修编概况

赵海东,喻 渝,曾满元

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

铁路隧道通风系统是铁路运输基础设计的重要组成部分,也是保证铁路系统正常运营的重要部分。安全可靠的隧道通风系统是保证铁路运输、行车安全及旅客安全的基础。《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000)是铁路行业重要的行业标准之一,是铁路隧道通风设计的主要依据,在铁路建设中发挥着重要作用。本次对《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000)的修编本着继承与发展原规范并体现技术进步的原则,深入贯彻“以人为本、服务运输”的铁路建设理念,总结了近年来国内铁路隧道通风设计及运营的实践经验,也借鉴了国外发达国家的先进理念,适宜地调整了规范适用范围和章节结构,完善了计算方法,吸纳了最新科研成果,新增了条文内容及说明。

1 规范修编背景

2001年 4月 1日实施的铁路行业标准《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000),在铁路建设过程中对规范铁路隧道运营通风系统设计、保证设计质量及保障铁路系统正常、高效运输等方面发挥了重要的作用。随着高速铁路、客运专线铁路的建设,铁路线路技术标准、行车组织模式、隧道断面、列车参数、通风设备及通风形式等都发生了较大变化,《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000)已经不能完全满足新形势下铁路隧道通风设计和运营的要求,为了更好地适应我国铁路跨越式发展的要求,高质量、高效率地完成建设任务,对《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000)的修编就显得尤为迫切和必要。为了解决隧道通风的关键问题,铁道部立项“长大隧道通风关键技术”科研项目对其进行了专项研究,且将部分科研成果纳入了本次规范修编。

2 修编工作过程

规范编制组于 2008年 12月开展全面修编工作。编制中经过了前期科研、编制大纲、征求意见稿、送审稿、报批稿 5个阶段,各阶段均邀请路内外隧道专业的专家进行了全面审查,于 2010年 1月底完成了《铁路隧道运营通风设计规范》报批稿的修改编制工作。

前期科研工作为铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关键技术研究”项目,始于 2006年 10月,历时 2年之久,课题组对长大隧道通风的关键技术包括隧道内空气卫生标准、通风方式、通风计算方法、通风设计原则等进行了深入研究,取得了丰硕的成果,为下一步规范修编打下了坚实基础。

2008年 12月编制组召开了规范修编启动会议,会议对修编原则及主要修编内容进行了深入讨论,并于月底完成了规范编制大纲。2009年 1月 13日,铁道部经济规划研究院在北京主持召开了《铁路隧道运营通风设计规范》(编制大纲)审查会,与会专家听取了编写组关于规范修订范围、增加条款、章节结构等内容的介绍,经认真审议和讨论,原则同意修编原则和修编内容,认为修编大纲能满足下阶段修编工作的需要。

编制组于 2009年 7月底完成了《铁路隧道运营通风设计规范》(征求意见稿)主要内容的修编工作。2009年 8月 25日～26日,铁道部经济规划研究院在北京主持召开了《铁路隧道运营通风设计规范》(征求意见稿)审查会,原则同意征求意见稿的修编内容。本次会议讨论纳入了对于维护作业工况下隧道内通风设计的要求,充分体现了“以人为本、和谐社会、科学发展”的理念。

自 2009年 9月开始,《铁路隧道运营通风设计规范》修编工作进入送审稿编制阶段。2009年 11月 10日～11日,铁道部建设管理司在北京主持召开了《铁路隧道运营通风设计规范》(送审稿)审查会,一致认为编写组提供的《铁路隧道运营通风设计规范》(送审稿)符合征求意见稿审查意见要求,原则同意送审稿编写的内容。

2009年 12月,《铁路隧道运营通风设计规范》修编工作进入送审稿编制阶段。为确保本次修编工作的质量,并保证在编各规范之间的系统性、技术要求的协调性,编制组于 2010年 1月 7～8日在成都召开了《铁路隧道运营通风设计规范》(报批稿)复审定稿及技术标准协调工作会议。与会专家对《铁路隧道运营通风设计规范》(报批稿)的规范条文及相应条文说明进行了认真的审查,2010年 1月底最终完成《铁路隧道运营通风设计规范》(报批稿)定稿,上报铁道部。

3 修编主要内容

新《铁路隧道运营通风设计规范》是根据铁道部“关于印发《2007年铁路工程建设标准编制计划》的通知”(铁建设函[2006]1112号)的要求,在《铁路隧道运营通风设计规范》(TB10068—2000)的基础上修订编制的。本次修编的主要内容如下。

3.1 调整规范的适用范围

原规范适用范围为“国家铁路网中客货列车共线运行、旅客列车最高行车速度 140km以下的标准轨距铁路隧道”,近年来随着高速铁路、客运专线铁路的不断发展,原规范适用范围已不能满足需要。本次修编将适用范围进行了调整扩大,使新规范适用于高速铁路、客运专线、客货共线等国家铁路网中标准轨距铁路隧道正常运营通风设计。

3.2 调整章节划分

新规范共分 7章,其主要内容包括总则、术语和符号、基本规定、机械通风的方式及选择、通风计算、通风土建设施、通风设备,另有 2个附录及条文说明。

新规范与原规范(共 7章)相比,增加了“机械通风的方式及选择”章节,将原规范“瓦斯隧道通风”章节放入了“通风计算”章节。其中通风计算是隧道通风设计的主要内容,新规范用大量篇幅在“通风计算”章节中对隧道运营通风计算进行了阐述,并且细分为“一般规定”、“通风压力计算”、“通风量计算”、“风机及功率计算”、“瓦斯隧道通风计算”等节,条理清楚、内容翔实。“通风土建设施”、“通风设备”两个章节由于通风形式及通风设备新材料、新技术的发展,补充完善内容较多。

经过章节调整,新规范条理更加清楚,使用更加方便。

3.3 补充完善原有内容

(1)确定了电力机车牵引及内燃机车牵引隧道设置机械通风的条件

原规范隧道设置机械通风的条件受当时铁路建设水平的限制,已不能适应现阶段铁路的跨越式发展要求。

新规范根据铁道部科技研究开发计划“长大隧道通风关键技术研究”项目的研究结果,将电力机车牵引的隧道设置机械通风条件完善为“电力机车牵引,客运专线隧道长度大于 20km、客货共线隧道长度大于 15km应设置机械通风”。

编制组通过对我国各路局辖区内已运营的 40多座设置机械通风隧道的调查研究,认为原规范内燃机车牵引隧道设置机械通风的条件:“内燃机车牵引,隧道长度在 2km以上宜设置机械通风”是合适的。

另外考虑到在隧道设计、修建、运营过程中,越来越多地遇到高瓦斯、高地温、有异味等不良状况隧道,故条文中新增了“有特殊要求的铁路隧道应设置机械通风”,对隧道设置机械通风的条件进行了补充和完善。

(2)完善了运营隧道内空气卫生及温、湿度标准

新规范的卫生标准是以 1996年 10月 11日中华人民共和国劳动部令(第4号)文发布的《中华人民共和国矿山安全法实施条例》的第二十二条的有关规定为依据,按照各阶段专家评审意见,且吸纳了最新的科研成果制订的。

对于一氧化碳浓度的规定,我国的《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)、《环境空气质量标准》(GB3095—1996)、《室 内空 气质 量 标准 》(GB/T18883—2002)、《铁路运营隧道空气中机车废气容许浓度和测试方法》(TB/T1912—2005)、《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ25—2007)和《矿山安全规程》等标准都有明确规定。目前,我国铁路隧道的分布越来越广泛,在青藏铁路建成运营后,未来我国还会有很多高原铁路,海拔3000m以上的隧道也在不断增多,而随着海拔高度的增加,一氧化碳对人体健康损害的各种临界浓度也必然有所不同。因此,本次修订参考《工作场所有害因素职业接触限值》标准对一氧化碳浓度按照海拔高度不同进行了分别规定。

氮氧化物(换算成 NO2)浓度的卫生标准是根据2005年 6月 27日发布的铁道部标准《铁路运营隧道空气中机车废气容许浓度和测试方法》(TB/T1912—2005)制订的。

由于铁路运输的货物多种多样,运营隧道内危害人体健康的粉尘除了石英粉尘以外还有动植物性粉尘等。如大瑶山隧道内的动植物性粉尘就是主要污染源之一。因此,本次修订增加了对隧道内动植物性粉尘浓度的控制标准。

(3)提出了机械通风的选择原则

根据近年来铁路隧道、公路隧道的通风设计和运营经验,总结提出了隧道机械通风设计的选择原则。鉴于纵向式通风具有经济、高效和便于维修的特点,新规范中推荐我国铁路隧道通风一般宜采用纵向式通风,当隧道较长,采用全射流纵向式通风时间过长、洞内风速或装机功率过大时,应采用分段通风。

(4)完善了列车活塞风的计算方法

原规范对于列车活塞风是采用恒定流理论计算的,且计算式中列车阻力系数采用的上世纪 60年代通风战斗组所做的试验的统计整理值,在铁路建设高速发展的现在,已不能适应现阶段的设计要求。编制组利用“长大隧道通风关键技术研究”的科研成果,对列车活塞风的计算方法进行了完善,并进一步引入了非恒定流的计算方法,使活塞风的计算更加合理准确。

(5)完善了风机房的相关要求

原规范制定时间较早,风机房的设计和运营使用较少,在总结近年来通风设计及运营的基础上,本次修订对风机房的相关要求进行了补充完善。包括洞外风机房和地下风机房的选择原则,风机房设计及设备安装布置的简要要求等。

(6)明确了通风设备的选择及布置原则

随着机械设备制造水平的提高,通风设备发展也日新月异,不仅设备工作性能(有效风量、风压等)有了显著提高,而且出现了许多新型通风设备。新规范明确了通风设备的选择及布置原则。包括射流风机及轴流风机的选型和布置要求,防灾状况下通风设备的耐高温要求、瓦斯隧道内的防爆要求等。

3.4 新增内容

(1)维护通风

随着社会进步和以人为本意识的不断增强,运营单位也越来越关注维护人员在隧道内作业时的洞内环境问题。部分运营时间较长的隧道或未设置机械通风的隧道洞内作业环境较差,如何解决作业期间隧道内的通风换气,以保证作业人员的身体健康成为尤为突出的问题。

在总结近年来国内铁路隧道通风运营的实践经验的基础上,也通过借鉴国外发达国家的先进理念,编制组在新规范中增加了维护通风的内容,在新规范“基本规定”3.0.9条中规定“未设置机械通风的隧道,维护作业环境不满足卫生标准时,可采用辅助通风方式”,提出了移动式通风的概念,受到运营部门的一致欢迎。

(2)通风计算方法

①网络通风计算方法

在长大隧道设计和施工当中大多设置有辅助坑道,隧道的运营通风的设置应与消防救援综合考虑,由于隧道与其辅助坑道形成复杂的通风网络,传统的计算方法已不能解决该问题,所以有必要寻求一种解决多通道通风计算的方法。编制组在新规范“通风计算”章节中纳入了“长大隧道通风关键技术”的最新科研成果,引入了网络通风计算方法,完善了通风计算方法。

②分段纵向式通风计算方法

分段纵向式通风方式在公路隧道的设计和运营中采用较多,随着铁路隧道修建技术的进步,长隧道的不断涌现,尤其是对于隧道防灾要求的日益提高,分段纵向式通风也显得尤为必要,故新规范增加了分段纵向式通风方式的计算方法。

(3)新规范中增加了电力牵引的运营隧道、内燃牵引的运营隧道及瓦斯隧道通风计算的各个算例,使内容更加丰富,设计者更容易上手。

4 其他需说明的有关问题

4.1 关于双线隧道的活塞风计算

由于双线隧道内列车阻塞比远小于单线隧道,列车在隧道中偏离中线较大等原因,双线隧道内活塞风速最大值及平均值均较单线隧道内小。根据隧道现场测试结果,单列车引入新鲜空气长度约为隧道长度的0.25～0.3倍,对于交会列车隧道内活塞风风流方向总是变化的,其大小与上、下行列车进、出洞时间,列车速度和长度、自然风等因素有关。考虑到双线隧道内列车活塞风的上述特点,为偏于安全计,本次修编在新规范中规定可不计活塞风影响。

4.2 关于射流风机的安装要求

“高速铁路隧道内的风机设备及其安装设施应考虑列车风的影响。”“射流风机的安装支架结构强度应保证风机运转和列车风作用下的安全,风机安装前应做支架结构的荷载试验;风机支架两端应设置安全防护网;风机支架等钢结构应接地。”

本次修编在新规范中对于以上两条的规定,考虑到隧道内辅助设施受到的气动力均与列车速度平方近似成线性关系,为保证隧道内风机设备及行车安全,风机设备及安装设施应考虑列车风的影响。

对通风设备的荷载试验等需作进一步研究。

4.3 关于分段纵向式通风

本次修编在新规范中所提的分段纵向式通风方式,所列举的合流型斜(竖)井排出式和斜(竖)井送排式为两种较常用形式,其余不常用形式未做枚举。

[1]TB10068—2000,铁路隧道运营通风设计规范[S].

[2]中铁二院.长大隧道通风关键技术研究报告[R].成都:2008.

[3]TB10621— 2009,高速铁路设计规范(试行)[S].

[4]TB10003— 2005,铁路隧道设计规范[S].

[5]铁道部.铁路技术管理规程[M].北京:中国铁道出版社,2009.