新建崇礼铁路隧道紧急救援站设置研究

高志荣 安启明 孙文广

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

近年来，随着我国高速铁路的大量建设，涌现出了许多特长隧道及隧道群[1]。特长隧道的建设给勘察设计工作、铁路安全运营和防灾救援带来挑战，防灾疏散救援已经成为特长隧道及隧道群的一项重要课题[2-5]。李琦[6]对特长隧道火灾模式下人员安全疏散的可靠性进行了系统性研究；颜志伟[7]以武广客专大瑶山隧道群为研究对象，分析了长度20 km以上单洞双线隧道群的防灾救援疏散工程设计方案；安玉红[8]结合石太高铁太行山隧道，对特长隧道防灾救援、安全疏散及通风技术、铁路隧道防灾救援等有关技术标准进行了专项研究；陈绍华[9]以青藏铁路关角隧道为工程实例，分析了高海拔特长隧道防灾救援疏散技术;赵海东[10]结合乌鞘岭隧道辅助坑道设置情况，研究了辅助坑道对运营通风的影响及特长隧道定点防灾技术；王志强、李奎[11]认为，应设置应急救援组织机构，以解决隧道突发事件；龚彦峰[12]以工程实例为基础，对紧急救援站的设计方案进行了分析；史先伟[13]对铁路隧道群划分标准的影响因素及其救援站设置进行了深入探讨。W Lundin J、Au S K 等[14-15]通过模拟，计算了火灾烟气层温度变化的随机性，预测了火灾烟气层温度及最高温度的不确定性。Magnusson等[16-17]对人员疏散的不确定性及风向进行了阐述，采用一些不确定性分析程序对多个火灾场景进行了分析，并将其聚合成事件树，建立了分析系统，用于求得不同防护措施下的人员疏散安全可靠度指标及失效概率等参数；Frantzic等[18-19]采用两种定量风险分析(QRA)方法来评估火灾可能带来的风险。

不难看出，国内外对特长隧道及隧道群的防灾救援疏散工程进行了大量的研究，已取得了较丰富的研究成果，获得了大量的工程经验[20]。依托工程实例，对纵坡大于20‰且长度小于20 km的特长隧道是否设置紧急救援站进行分析，为类似工程如何设置紧急救援站提供一种设计思路。

1 工程概况

1.1 全线隧道概况

新建崇礼铁路下花园北至太子城段贯通线路全长52.84 km，全线新建隧道5座，隧道总长22.737 km，占线路总长度的43.03%。其中最长的正盘台隧道全长12 974 m，进口里程DK30+425，位于张家口市宣化区；出口里DK43+399，位于张家口市赤城县；正盘台隧道是全线的控制性工程，最大埋深约635 m。全隧坡度为30‰上坡，坡长12974 m，隧道统计及分布情况见表1、表2。

表1 崇礼铁路隧道统计

表2 崇礼铁路隧道分布情况

本线旅客列车设计行车速度目标值为250 km/h。采用TB10621—2014《高速铁路设计规范》规定的250 km/h双线建筑限界和内轮廓，轨面以上内净空有效面积92 m2，线间距4.6 m。曲线上的隧道衬砌内轮廓不加宽。隧道内建筑限界及轨面以上衬砌内轮廓见图1。

图1 双线隧道建筑限界及衬砌内轮廓(单位：cm)

1.2 隧道群设置情况

根据TB10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》第2.0.1条“隧道群：相邻隧道洞口间距小于一列旅客列车长度的一组隧道”的规定，结合目前我国最长动车组(CRH1E/CRH1B(1E头型))长度为428.9 m(按430 m考虑)，全线共1组隧道群(见表3)。

表3 崇礼铁路隧道群

2 行车计算分析

TB10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》第3.0.5条规定：①“长度20 km及以上的隧道或隧道群应设置紧急救援站，紧急救援站之间的距离不应大于20 km”。其条文解释为“对于最高运行时速200 km的4M+4T动车组而言，在动力损失1/4的情况下，在20‰的直线坡道上的均衡速度为127.4 km/h。②防灾疏散研究只按照在同一段时间内，同一列列车只有1处动力车发生火灾，也就是动车组丧失1/4的动力。根据TB10621—2014《高速铁路设计规范》，区间正线的最大坡度不宜大于20‰，因此在动车组丧失1/4的动力后，列车仍然能够维持100 km/h以上的速度。③模拟分析的列车火灾后残余运行时间绝大多数在1 000～1 400 s之间，保守考虑则在15～20 min之间。即绝大多数情况下，列车着火后可以运行15 min。④保守的事故列车的运行速度约为80 km/h，时间约为15 min。由此，列车发生火灾事故后的残余运行能力为20 km。”

另《高速铁路设计规范》第5.3.3条规定：最大设计坡度采用15‰时，坡度长度不宜大于10 km；最大设计坡度采用20‰时，坡段长度不宜大于6 km；最大设计坡度采用25‰，坡段长度不宜大于4 km；最大设计坡度采用30‰，坡段长度不宜大于3 km。最大设计坡度的坡段长度应进行行车检算。本规定主要是根据行车速度来合理设置坡度。显然，正盘台隧道全长12 974 m，坡度30‰，一个隧道群长度6 584 m，坡度23.3‰，均已超出规范规定的合理建议值。

崇礼铁路共计5座隧道，除新兴堡隧道无大于20‰坡段外，其余4座隧道均有大于20‰坡段。崇礼铁路大于20‰坡段的隧道统计见表4。

计算参数采用最不利组合计算，采用CRH2A型动车组(4动4拖)，牵引质量为额定载荷状况。当丧失1/4动力时，剩余的运行能力相当于3M+5T。

可以统计出区间及隧道群运行时间及运行速度(见表5、表6)。

表4 纵坡超过20‰的长大上坡隧道统计

表5 区间及隧道群运行时间及运行速度统计(CRH2A)

表6 区间及隧道群运行时间及运行速度统计(CR400)

根据计算结果可以看出：若从隧道起点突发火灾，隧道内总运行时间按照损失动力1/4考虑，动车组(CRH2)孙家庄隧道下行、正盘台隧道下行、青羊-太子城隧道群下行中的运行时间分别为62 s、789 s和276 s。

计算结果显示，线路坡段长度与列车速度反相关，随着上坡长度的增加，列车运行速度会一直折减，坡长大于14 km时，CRH2A的残余运行速度不足80 km/h。

综上，陡坡段(坡度大于20‰)隧道及隧道群内列车运行时间均小于TB10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》“列车火灾后残余运行时间绝大多数在1 000～1 400 s之间，保守考虑则在15～20 min之间”。因此，本线列车着火后的残余运行能力可保证将列车从陡坡段隧道及隧道群中拉出至明线地段。

3 结论及建议

(1)根据计算结果，陡坡段(纵坡大于20‰)的隧道及隧道群-孙家庄隧道、正盘台隧道、青羊-太子城隧道群不需要设置紧急救援站。

(2)铁路隧道防灾疏散救援工程设计时是否考虑设置紧急救援站，不能仅以隧道长度是否大于20 km为设置条件，还应考虑隧道纵坡大小对其设置的影响，可能存在隧道长度虽未达到20 km，但由于隧道陡坡段较长需设置紧急救援站；建议以列车上坡折减后的末速度乘以15 min的长度为设置紧急救援的前置条件，若该长度大于隧道长度，不需要设置紧急救援站，若该长度小于隧道长度，则需要设置紧急救援站。

(3)建议崇礼铁路采用CR400牵引，保证动车组通过大坡度时具备较高的运营速度。