国铁与城市轨道交通共线运营防灾救援相关问题探讨

宋永超

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

引言

早在1900年以前，德国卡尔斯鲁厄市交通运营公司通过采用轻轨、市域铁路及城际铁路之间的共线运营方式来扩张城市交通，取得了良好的效果。从此，共线运营方式在欧美和日本的城市轨道交通系统中被逐渐推广应用，尤其在日本效果更为显著[1]。我国也对国铁参与轨道交通建设、运营等相关问题进行了研究。陆化普通过对典型大城市交通拥挤原因进行了分析研究，提出优先发展公共交通是世界各国解决城市交通的共识，需要处理好郊区铁路进入市区和铁路、地铁一体化运营[2]。罗秀清等通过分析我国发展市郊铁路的机遇，以及国家铁路参与城市市郊铁路建设所具有的优势，提出国铁应积极参与城市轨道交通的建设和运营[3]。孙永梅等通过研究城际铁路、市域快轨的决策体系，提出在新型城镇化背景下都市圈的轨道交通建设中，国家铁路、城际铁路、城市轨道交通需要统筹考虑，才能适应城市的发展[4]。周建军等通过对国外轨道交通共线运营方式进行分析，提出上海市域轨道交通线路规划应充分考虑共线运营的可行性[5]。但到目前为止还没有真正意义上的国铁列车和城市轨道交通列车共线运营的运营案例。

国内的铁路运营部门也在积极推进国铁和城市轨道交通的共线运营工作，并于2018年10月10日发文，要求市域(郊)铁路发展要坚持以需求为导向，统筹社会效益和企业经济效益，在满足国铁列车开行需求的前提下，以地方政府购买服务、铁路运输企业提供运输保障为主要模式，为国铁和城市轨道交通共线运营开辟了道路。

1 工程概况

上海机场联络线线路全长68.679 km，其中桥梁长7.984 km，隧道长55.879 km，路基长4.816 km，桥隧比92.987%。全线设车站9座(其中地面车站3座、地下站6座)，平均站间距离为8.58 km。线路设置车辆段和综合维修，1座主变电所及8处中间风井(不包含车站脱离风井)。

本线区间有高架区间、单洞双线盾构区间、双洞双线盾构区间以及明挖区间等；中间风井具有垂直疏散功能。正线单洞双线(带中隔墙)盾构长度约40 km，双洞双线盾构段约25.1 km。

线路采用城际列车和城市轨道交通列车共线运营。城际列车一般采用CRH动车组，运行8节编组，具备开行16节编组的条件；市域列车采用CRH动车组，列车编组初、近期为4节编组，远期8节。系统最小行车间隔按3 min设计，高峰小时开行4对城际列车、2对大站快车后，可开行6对站站停列车，高峰小时共可开行12对列车。设计列车最高运行速度为160 km/h，当列车不停靠过站时，采用80 km/h(靠站台边通过)和160 km/h(不靠站台边通过)过站。

2 工程特点

通过对本工程与传统的轨道交通线路、国铁(城际铁路)相比，存在以下的特点。

2.1 站间距大、地下区间救援困难

传统的轨道交通线路站间距一般为1 km左右，较长的也不过3 km；国铁(城际铁路)一般为地面线路，进入城区有部分地下线路和地下车站，但一般较短；本线平均站间距为8.58 km，最长地下区间超过10 km；由于区间中间风井距离约5 km，消防人员和疏散乘客只能就近通过中间风井疏散楼梯间进出隧道，不利于区间乘客的疏散和消防人员进入救援。

2.2 运量大，速度快

本线采用CRH动车组列车，车辆定员为1 458人/列，远远大于国铁列车的载客量600人/列。列车采用160 km/h运行速度。

2.3 国铁和城市轨道交通列车共线运营，缺少相匹配的防灾设计标准

目前国内国铁(城际铁路)、城市轨道交通线路的设计、施工、验收及运营等均有比较完善的规范体系；而且国铁(城际铁路)的审批、验收及运营均为铁路部门，而城市轨道交通项目的建设、验收和运营均属于地方政府。这两套规范体系在较多方面存在不同，尤其是在防灾救援方面存在较大的差异。本工程是国内第一条城际列车和城市轨道交通列车共线运营的项目，国内无匹配的规范指导本工程的设计、施工、验收和运营。

3 防灾救援设计标准研究

由于本工程复杂，且缺少设计规范指导；如何选择本工程的防灾救援设计原则和标准，关系到本线工程投资以及运营安全，是本工程的重点和难点。

3.1 国铁和轨道交通车站防灾救援体系

根据现行规范，城际铁路、轨道交通的车站建筑、防排烟、给排水及消防等均需要满足GB50157—2013《地铁设计规范》的相关规定，故在车站防灾救援方面，城际铁路和城市轨道交通设计原则和标准是一致的。

3.2 国铁和城市轨道交通区间防灾救援体系

3.2.1 城际铁路列车的防灾救援

目前国铁列车线路中能与城市轨道交通列车共线运营的线路一般为城际列车线路，故以城际铁路的防灾救援进行分析。根据TB 10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》要求，防灾救援疏散工程设计应遵循以人为本、应急有备、方便自救、安全疏散的原则。当列车在区间隧道发生火灾时，应优先考虑控制列车驶出洞外或停靠邻近车站进行救援。当区间隧道超过20 km时，需要设置消防救援站，着火列车停靠救援站进行疏散和救援。

根据城际铁路的特点，长度20 km以上的特长隧道很少，动车组列车按照最低档的设计速度120 km/h计算，3 min可以行进6 km，5 min可以行进10 km，10 min可以行进20 km，长度小于10 km的隧道5 min内即可拉出洞外。另外车站旅客通过严格的进站上车检查，消除大部分的火灾隐患，列车每节车厢上配备消防灭火器，可以控制和降低起火隐患；车厢内火灾与动车组失去全部动力同时发生的几率非常小；因此一旦发生火灾，将列车起火点放在明线上、车站内或者消防站进行防灾和救援[6]。

综上所述，城际铁路的区间防灾救援原则为：着火列车行驶到救援站、室外或就近车站进行救援和疏散，不考虑列车着火停留在区间隧道进行救援和疏散[7]。

3.2.2 城市轨道交通列车的防灾救援

城市轨道交通列车着火优先考虑将着火列车开行到前方车站进行救援和疏散，如失去动力，则要求列车在区间隧道进行疏散和救援。

着火列车在区间进行疏散和救援时，乘客可以通过道床和疏散平台疏散至相邻隧道。但本线采用的列车为动车组，车头、车尾无法设置疏散门下至轨行区，故只能采用疏散平台进行疏散，并且需要设置高疏散平台。

区间列车火灾位置确定后，需要开启排烟系统，并结合智能疏散指示，引导乘客进行疏散，以确保大多数乘客迎着新风疏散至相邻隧道。

综上所述，城市轨道交通的区间防灾救援原则为：着火列车在不失去动力的情况下优先考虑行驶到就近的车站进行救援和疏散，当失去动力时，需要考虑列车停留在区间隧道进行救援和疏散[8]。

3.2.3 两种防灾救援体系的差异

国铁、城市轨道交通两种区间防灾救援体系在以下方面存在较大的差异。

(1)是否设置中隔墙，将两条隧道分隔开

国铁列车考虑列车着火后行驶到室外、救援站和车站进行疏散和救援，乘客可以直接疏散到安全区域；而轨道交通的列车在区间着火停车疏散时，乘客不能在着火的区间长距离疏散，而是需要通过中隔墙的防火门疏散到相邻隧道(安全区)；中隔墙设置与否直接关系到区间的防灾救援方案、隧道的洞径以及工程的投资。

(2)是否设置高疏散平台

为了解决列车车厢与道床面的1.25 m高差，国铁和城市轨道交通采用了不同的方案。国铁列车由于配置乘务员，列车车厢自带救援爬梯，如图1所示；区间设置低疏散平台，如图2所示；城市轨道交通的列车需要考虑列车火灾失去动力在区间进行疏散，需要区间纵向设置高疏散平台，如图3所示。

图1 国铁列车自带爬梯

图2 低疏散平台

图3 高疏散平台

(3)列车是否需在就近车站停靠疏散和救援

根据国铁疏散救援要求，当距离不超过20 km时，列车可以开到洞外、救援站、车站进行疏散和救援；而轨道交通要求火灾列车首先考虑行驶到就近的车站进行救援和疏散。本线列车采用8辆和16辆编组列车混跑，线路上只有1座车站有效站台长度能满足停靠16辆编组列车要求，其他车站站台有效长度只能满足停靠8辆编组列车要求。根据城市轨道交通防灾救援要求，需要每个车站站台均能停靠16辆编组的列车疏散和救援。

3.2.4 防灾救援标准的选择

基于两种防灾救援体系存在较大的差异，曾国宝通过对城市铁路隧道、山岭隧道和地铁隧道的工程特点进行了分析，提出有必要对城市铁路隧道的防灾疏散和消防设备布置进行深层次的研究[9]。为了确定本工程的防灾救援标准，结合本工程的特点，开展了“盾构隧道断面方案专题研究”、“消防疏散方案专题研究”，通过了专家评审，并征得消防部门同意，进一步明确本线的防灾救援设计标准。

(1)盾构隧道断面方案专题研究

专题通过对工程特点、规范要求、国内类似工程案例、断面对列车火灾疏散救援的影响、投资等进行了分析和比较，提出区间隧道设置中隔墙、采用低平台+列车自带爬梯的疏散方案。该方案具有以下优点。

①区间隧道疏散距离更短

区间隧道设置中隔墙，将区间隧道分隔为两条独立的区间隧道，通过设置防火门，人员可以就近疏散到相邻区间，缩短人员在着火隧道走行的距离。

②区间隧道更容易组织防排烟

区间隧道采用中隔墙将区间隧道分隔为两条独立的区间隧道；火灾时，可以对着火灾隧道组织排烟，烟气不会进入隔壁隧道，避免影响相邻线路的行车安全。

③区间隧道全寿命周期费用更省

区间采用中隔墙后，虽然隧道断面有所加大，土建费用有所增加，但区间的活塞效应加强，列车运行产生的活塞风能满足隧道温度和换气的要求；不设置中隔墙，虽然节省了土建投资，但需要增设降温措施、加大配电，增加机电设备的投入和运营费用。从100年生命周期费用来看，设置中隔墙方案较不设中隔墙方案节省费用约43.8亿元。

疏散平台的设置方案对区间的隧道断面有较大影响；设置高疏散平台时，疏散平台会侵入限界，只能通过增大隧道直径满足限界要求，从而增加土建投资；增大隧道直径后，列车车厢与疏散平台间的缝隙宽度加大，会造成人员疏散安全隐患。采用低平台+列车自带爬梯的方案，可以有效避免侵限和缝隙大的问题，同时隧道断面更小，方案更经济、更合理可行。

(2)消防疏散方案专题研究

专题论述了本线列车在车站、区间的消防疏散和救援原则，提出区间列车着火时应优先考虑驶入就近的车站进行救援和疏散，需要车站考虑8辆、16辆编组列车着火后停车疏散和救援。

专题通过对车站进行分析，提出了利用车站设备区、线路外侧设置2.5 m宽疏散平台的方式解决有效站台长度不满足16辆编组列车停站疏散的问题，同时通过设置直通室外的防烟楼梯间满足规范要求的疏散距离问题，从而解决了16辆编组列车进站疏散和救援，如图4所示。

图4 典型车站16辆编组列车站内停靠疏散救援示意

4 模拟分析

根据本工程的特点，选取了1座车站和1个较长区间进行了模拟分析；考虑到目前仅预留了16辆编组下线路运营的条件，且数量极少，故本次按8辆编组列车在超员20%的情况下，每列车1750人进行疏散模拟，根据模拟结果分析如下。

4.1 车站疏散

根据仿真结果，8:26:00开始疏散，8:31:07乘客离开站台层，全部到达站厅层付费区。8:31:48乘客离开站厅层付费区出闸机，到达站厅层非付费区。8:35:54乘客离开站厅层非付费区。根据仿真结果：站台完成疏散需要时间5.1 min；站厅付费区完成疏散需要时间5.8 min；全部站厅完成疏散需要时间9.9 min。

4.2 区间疏散

假定火灾发生在车头，且靠近车头的疏散口无法使用，乘客往车尾方向进行疏散。警报开始20s后，乘客开始疏散。所需疏散的乘客用红色小圆点表示。拟模拟区间的模型处理见图5；区间列车火灾人员疏散仿真模拟见图6。

图5 区间列车火灾仿真模拟位置示意

图6 区间列车火灾人员疏散仿真模拟

通过对区间列车停靠位置不同，乘客从离发生火灾最近的疏散口进行疏散、从离发生火灾最近的第二个疏散口进行疏散、从离火灾最近的疏散口和第二近的疏散口进行疏散等三种情况进行模拟，区间疏散(按预测客流计算)时间分别为13.8，15.2，14.9 min；区间疏散(按额定客流计算)时间分别为16.5，17.7，17 min。

4.3 模拟分析结论

根据GB50157—2013《地铁设计规范》第28.2.11条：车站站台公共区的楼梯、自动扶梯、出入口通道，应满足当发生火灾时在6 min内将远期或客流控制期超高峰小时一列进站列车所载的乘客及站台上的候车人员全部撤离站台到达安全区的要求。因此，车站疏散行动时间满足规范要求。

由于区间对于人员疏散时间没有具体要求，区间隧道通过风机组织的排烟，可以确保大部分乘客迎气流进行疏散，18 min内即可将列车内的人员疏散至相邻区间，确保人员的安全。

5 结语

国铁与轨道交通共线运营防灾救援涉及到工程的投资、旅客的安全，是工程建设和运营的重中之重。本工程采用如下的防灾疏散救援标准是合适的。

(1)列车在区间隧道发生火灾且未失去动力时，应行驶到就近的车站进行疏散和救援；失去动力无法向前行驶时，应就地疏散和救援。

(2)区间采用低疏散平台+自带爬梯的疏散方式。

(3)区间隧道设置中隔墙将两条隧道分隔开，隔墙设置防火门相互疏散。

(4)车站需要满足最大编组列车在站内停车疏散和救援的要求。

目前国铁和轨道交通共线运营工程建设才刚刚起步，在线路运营、车辆、疏散等方面国铁和轨道交通存在较大的差异，建议在本工程的防灾救援标准基础上对以下内容进行深入的研究，进一步完善防灾救援体系，以指导类似工程的建设。

(1)对低疏散平台+自带爬梯区间疏散方案的疏散能力进行现场实测，以确保模拟结果贴近实际。

(2)由于国铁列车种类繁多，需深化列车停站疏散时站台门与列车车门对齐的方案研究。