《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》修編概況

趙海東,喻 渝,曾滿元

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031)

鐵路隧道通風(fēng)系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)計的重要組成部分,也是保證鐵路系統(tǒng)正常運(yùn)營的重要部分。安全可靠的隧道通風(fēng)系統(tǒng)是保證鐵路運(yùn)輸、行車安全及旅客安全的基礎(chǔ)?！惰F路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000)是鐵路行業(yè)重要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一,是鐵路隧道通風(fēng)設(shè)計的主要依據(jù),在鐵路建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。本次對《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000)的修編本著繼承與發(fā)展原規(guī)范并體現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步的原則,深入貫徹“以人為本、服務(wù)運(yùn)輸”的鐵路建設(shè)理念,總結(jié)了近年來國內(nèi)鐵路隧道通風(fēng)設(shè)計及運(yùn)營的實踐經(jīng)驗,也借鑒了國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)理念,適宜地調(diào)整了規(guī)范適用范圍和章節(jié)結(jié)構(gòu),完善了計算方法,吸納了最新科研成果,新增了條文內(nèi)容及說明。

1 規(guī)范修編背景

2001年 4月 1日實施的鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000),在鐵路建設(shè)過程中對規(guī)范鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、保證設(shè)計質(zhì)量及保障鐵路系統(tǒng)正常、高效運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮了重要的作用。隨著高速鐵路、客運(yùn)專線鐵路的建設(shè),鐵路線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行車組織模式、隧道斷面、列車參數(shù)、通風(fēng)設(shè)備及通風(fēng)形式等都發(fā)生了較大變化,《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000)已經(jīng)不能完全滿足新形勢下鐵路隧道通風(fēng)設(shè)計和運(yùn)營的要求,為了更好地適應(yīng)我國鐵路跨越式發(fā)展的要求,高質(zhì)量、高效率地完成建設(shè)任務(wù),對《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000)的修編就顯得尤為迫切和必要。為了解決隧道通風(fēng)的關(guān)鍵問題,鐵道部立項“長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)”科研項目對其進(jìn)行了專項研究,且將部分科研成果納入了本次規(guī)范修編。

2 修編工作過程

規(guī)范編制組于 2008年 12月開展全面修編工作。編制中經(jīng)過了前期科研、編制大綱、征求意見稿、送審稿、報批稿 5個階段,各階段均邀請路內(nèi)外隧道專業(yè)的專家進(jìn)行了全面審查,于 2010年 1月底完成了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》報批稿的修改編制工作。

前期科研工作為鐵道部科技研究開發(fā)計劃“長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究”項目,始于 2006年 10月,歷時 2年之久,課題組對長大隧道通風(fēng)的關(guān)鍵技術(shù)包括隧道內(nèi)空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、通風(fēng)方式、通風(fēng)計算方法、通風(fēng)設(shè)計原則等進(jìn)行了深入研究,取得了豐碩的成果,為下一步規(guī)范修編打下了堅實基礎(chǔ)。

2008年 12月編制組召開了規(guī)范修編啟動會議,會議對修編原則及主要修編內(nèi)容進(jìn)行了深入討論,并于月底完成了規(guī)范編制大綱。2009年 1月 13日,鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院在北京主持召開了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(編制大綱)審查會,與會專家聽取了編寫組關(guān)于規(guī)范修訂范圍、增加條款、章節(jié)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的介紹,經(jīng)認(rèn)真審議和討論,原則同意修編原則和修編內(nèi)容,認(rèn)為修編大綱能滿足下階段修編工作的需要。

編制組于 2009年 7月底完成了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(征求意見稿)主要內(nèi)容的修編工作。2009年 8月 25日～26日,鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院在北京主持召開了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(征求意見稿)審查會,原則同意征求意見稿的修編內(nèi)容。本次會議討論納入了對于維護(hù)作業(yè)工況下隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)計的要求,充分體現(xiàn)了“以人為本、和諧社會、科學(xué)發(fā)展”的理念。

自 2009年 9月開始,《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》修編工作進(jìn)入送審稿編制階段。2009年 11月 10日～11日,鐵道部建設(shè)管理司在北京主持召開了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(送審稿)審查會,一致認(rèn)為編寫組提供的《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(送審稿)符合征求意見稿審查意見要求,原則同意送審稿編寫的內(nèi)容。

2009年 12月,《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》修編工作進(jìn)入送審稿編制階段。為確保本次修編工作的質(zhì)量,并保證在編各規(guī)范之間的系統(tǒng)性、技術(shù)要求的協(xié)調(diào)性,編制組于 2010年 1月 7～8日在成都召開了《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(報批稿)復(fù)審定稿及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)工作會議。與會專家對《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(報批稿)的規(guī)范條文及相應(yīng)條文說明進(jìn)行了認(rèn)真的審查,2010年 1月底最終完成《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(報批稿)定稿,上報鐵道部。

3 修編主要內(nèi)容

新《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》是根據(jù)鐵道部“關(guān)于印發(fā)《2007年鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制計劃》的通知”(鐵建設(shè)函[2006]1112號)的要求,在《鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范》(TB10068—2000)的基礎(chǔ)上修訂編制的。本次修編的主要內(nèi)容如下。

3.1 調(diào)整規(guī)范的適用范圍

原規(guī)范適用范圍為“國家鐵路網(wǎng)中客貨列車共線運(yùn)行、旅客列車最高行車速度 140km以下的標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路隧道”,近年來隨著高速鐵路、客運(yùn)專線鐵路的不斷發(fā)展,原規(guī)范適用范圍已不能滿足需要。本次修編將適用范圍進(jìn)行了調(diào)整擴(kuò)大,使新規(guī)范適用于高速鐵路、客運(yùn)專線、客貨共線等國家鐵路網(wǎng)中標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路隧道正常運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計。

3.2 調(diào)整章節(jié)劃分

新規(guī)范共分 7章,其主要內(nèi)容包括總則、術(shù)語和符號、基本規(guī)定、機(jī)械通風(fēng)的方式及選擇、通風(fēng)計算、通風(fēng)土建設(shè)施、通風(fēng)設(shè)備,另有 2個附錄及條文說明。

新規(guī)范與原規(guī)范(共 7章)相比,增加了“機(jī)械通風(fēng)的方式及選擇”章節(jié),將原規(guī)范“瓦斯隧道通風(fēng)”章節(jié)放入了“通風(fēng)計算”章節(jié)。其中通風(fēng)計算是隧道通風(fēng)設(shè)計的主要內(nèi)容,新規(guī)范用大量篇幅在“通風(fēng)計算”章節(jié)中對隧道運(yùn)營通風(fēng)計算進(jìn)行了闡述,并且細(xì)分為“一般規(guī)定”、“通風(fēng)壓力計算”、“通風(fēng)量計算”、“風(fēng)機(jī)及功率計算”、“瓦斯隧道通風(fēng)計算”等節(jié),條理清楚、內(nèi)容翔實。“通風(fēng)土建設(shè)施”、“通風(fēng)設(shè)備”兩個章節(jié)由于通風(fēng)形式及通風(fēng)設(shè)備新材料、新技術(shù)的發(fā)展,補(bǔ)充完善內(nèi)容較多。

經(jīng)過章節(jié)調(diào)整,新規(guī)范條理更加清楚,使用更加方便。

3.3 補(bǔ)充完善原有內(nèi)容

(1)確定了電力機(jī)車牽引及內(nèi)燃機(jī)車牽引隧道設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的條件

原規(guī)范隧道設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的條件受當(dāng)時鐵路建設(shè)水平的限制,已不能適應(yīng)現(xiàn)階段鐵路的跨越式發(fā)展要求。

新規(guī)范根據(jù)鐵道部科技研究開發(fā)計劃“長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究”項目的研究結(jié)果,將電力機(jī)車牽引的隧道設(shè)置機(jī)械通風(fēng)條件完善為“電力機(jī)車牽引,客運(yùn)專線隧道長度大于 20km、客貨共線隧道長度大于 15km應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)”。

編制組通過對我國各路局轄區(qū)內(nèi)已運(yùn)營的 40多座設(shè)置機(jī)械通風(fēng)隧道的調(diào)查研究,認(rèn)為原規(guī)范內(nèi)燃機(jī)車牽引隧道設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的條件:“內(nèi)燃機(jī)車牽引,隧道長度在 2km以上宜設(shè)置機(jī)械通風(fēng)”是合適的。

另外考慮到在隧道設(shè)計、修建、運(yùn)營過程中,越來越多地遇到高瓦斯、高地溫、有異味等不良狀況隧道,故條文中新增了“有特殊要求的鐵路隧道應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)”,對隧道設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的條件進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。

(2)完善了運(yùn)營隧道內(nèi)空氣衛(wèi)生及溫、濕度標(biāo)準(zhǔn)

新規(guī)范的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)是以 1996年 10月 11日中華人民共和國勞動部令(第4號)文發(fā)布的《中華人民共和國礦山安全法實施條例》的第二十二條的有關(guān)規(guī)定為依據(jù),按照各階段專家評審意見,且吸納了最新的科研成果制訂的。

對于一氧化碳濃度的規(guī)定,我國的《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2005)、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095—1996)、《室 內(nèi)空 氣質(zhì) 量 標(biāo)準(zhǔn) 》(GB/T18883—2002)、《鐵路運(yùn)營隧道空氣中機(jī)車廢氣容許濃度和測試方法》(TB/T1912—2005)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ25—2007)和《礦山安全規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)都有明確規(guī)定。目前,我國鐵路隧道的分布越來越廣泛,在青藏鐵路建成運(yùn)營后,未來我國還會有很多高原鐵路,海拔3000m以上的隧道也在不斷增多,而隨著海拔高度的增加,一氧化碳對人體健康損害的各種臨界濃度也必然有所不同。因此,本次修訂參考《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》標(biāo)準(zhǔn)對一氧化碳濃度按照海拔高度不同進(jìn)行了分別規(guī)定。

氮氧化物(換算成 NO2)濃度的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)2005年 6月 27日發(fā)布的鐵道部標(biāo)準(zhǔn)《鐵路運(yùn)營隧道空氣中機(jī)車廢氣容許濃度和測試方法》(TB/T1912—2005)制訂的。

由于鐵路運(yùn)輸?shù)呢浳锒喾N多樣,運(yùn)營隧道內(nèi)危害人體健康的粉塵除了石英粉塵以外還有動植物性粉塵等。如大瑤山隧道內(nèi)的動植物性粉塵就是主要污染源之一。因此,本次修訂增加了對隧道內(nèi)動植物性粉塵濃度的控制標(biāo)準(zhǔn)。

(3)提出了機(jī)械通風(fēng)的選擇原則

根據(jù)近年來鐵路隧道、公路隧道的通風(fēng)設(shè)計和運(yùn)營經(jīng)驗,總結(jié)提出了隧道機(jī)械通風(fēng)設(shè)計的選擇原則。鑒于縱向式通風(fēng)具有經(jīng)濟(jì)、高效和便于維修的特點(diǎn),新規(guī)范中推薦我國鐵路隧道通風(fēng)一般宜采用縱向式通風(fēng),當(dāng)隧道較長,采用全射流縱向式通風(fēng)時間過長、洞內(nèi)風(fēng)速或裝機(jī)功率過大時,應(yīng)采用分段通風(fēng)。

(4)完善了列車活塞風(fēng)的計算方法

原規(guī)范對于列車活塞風(fēng)是采用恒定流理論計算的,且計算式中列車阻力系數(shù)采用的上世紀(jì) 60年代通風(fēng)戰(zhàn)斗組所做的試驗的統(tǒng)計整理值,在鐵路建設(shè)高速發(fā)展的現(xiàn)在,已不能適應(yīng)現(xiàn)階段的設(shè)計要求。編制組利用“長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究”的科研成果,對列車活塞風(fēng)的計算方法進(jìn)行了完善,并進(jìn)一步引入了非恒定流的計算方法,使活塞風(fēng)的計算更加合理準(zhǔn)確。

(5)完善了風(fēng)機(jī)房的相關(guān)要求

原規(guī)范制定時間較早,風(fēng)機(jī)房的設(shè)計和運(yùn)營使用較少,在總結(jié)近年來通風(fēng)設(shè)計及運(yùn)營的基礎(chǔ)上,本次修訂對風(fēng)機(jī)房的相關(guān)要求進(jìn)行了補(bǔ)充完善。包括洞外風(fēng)機(jī)房和地下風(fēng)機(jī)房的選擇原則,風(fēng)機(jī)房設(shè)計及設(shè)備安裝布置的簡要要求等。

(6)明確了通風(fēng)設(shè)備的選擇及布置原則

隨著機(jī)械設(shè)備制造水平的提高,通風(fēng)設(shè)備發(fā)展也日新月異,不僅設(shè)備工作性能(有效風(fēng)量、風(fēng)壓等)有了顯著提高,而且出現(xiàn)了許多新型通風(fēng)設(shè)備。新規(guī)范明確了通風(fēng)設(shè)備的選擇及布置原則。包括射流風(fēng)機(jī)及軸流風(fēng)機(jī)的選型和布置要求,防災(zāi)狀況下通風(fēng)設(shè)備的耐高溫要求、瓦斯隧道內(nèi)的防爆要求等。

3.4 新增內(nèi)容

(1)維護(hù)通風(fēng)

隨著社會進(jìn)步和以人為本意識的不斷增強(qiáng),運(yùn)營單位也越來越關(guān)注維護(hù)人員在隧道內(nèi)作業(yè)時的洞內(nèi)環(huán)境問題。部分運(yùn)營時間較長的隧道或未設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的隧道洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境較差,如何解決作業(yè)期間隧道內(nèi)的通風(fēng)換氣,以保證作業(yè)人員的身體健康成為尤為突出的問題。

在總結(jié)近年來國內(nèi)鐵路隧道通風(fēng)運(yùn)營的實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,也通過借鑒國外發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)理念,編制組在新規(guī)范中增加了維護(hù)通風(fēng)的內(nèi)容,在新規(guī)范“基本規(guī)定”3.0.9條中規(guī)定“未設(shè)置機(jī)械通風(fēng)的隧道,維護(hù)作業(yè)環(huán)境不滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時,可采用輔助通風(fēng)方式”,提出了移動式通風(fēng)的概念,受到運(yùn)營部門的一致歡迎。

(2)通風(fēng)計算方法

①網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)計算方法

在長大隧道設(shè)計和施工當(dāng)中大多設(shè)置有輔助坑道,隧道的運(yùn)營通風(fēng)的設(shè)置應(yīng)與消防救援綜合考慮,由于隧道與其輔助坑道形成復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),傳統(tǒng)的計算方法已不能解決該問題,所以有必要尋求一種解決多通道通風(fēng)計算的方法。編制組在新規(guī)范“通風(fēng)計算”章節(jié)中納入了“長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)”的最新科研成果,引入了網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)計算方法,完善了通風(fēng)計算方法。

②分段縱向式通風(fēng)計算方法

分段縱向式通風(fēng)方式在公路隧道的設(shè)計和運(yùn)營中采用較多,隨著鐵路隧道修建技術(shù)的進(jìn)步,長隧道的不斷涌現(xiàn),尤其是對于隧道防災(zāi)要求的日益提高,分段縱向式通風(fēng)也顯得尤為必要,故新規(guī)范增加了分段縱向式通風(fēng)方式的計算方法。

(3)新規(guī)范中增加了電力牽引的運(yùn)營隧道、內(nèi)燃牽引的運(yùn)營隧道及瓦斯隧道通風(fēng)計算的各個算例,使內(nèi)容更加豐富,設(shè)計者更容易上手。

4 其他需說明的有關(guān)問題

4.1 關(guān)于雙線隧道的活塞風(fēng)計算

由于雙線隧道內(nèi)列車阻塞比遠(yuǎn)小于單線隧道,列車在隧道中偏離中線較大等原因,雙線隧道內(nèi)活塞風(fēng)速最大值及平均值均較單線隧道內(nèi)小。根據(jù)隧道現(xiàn)場測試結(jié)果,單列車引入新鮮空氣長度約為隧道長度的0.25～0.3倍,對于交會列車隧道內(nèi)活塞風(fēng)風(fēng)流方向總是變化的,其大小與上、下行列車進(jìn)、出洞時間,列車速度和長度、自然風(fēng)等因素有關(guān)?？紤]到雙線隧道內(nèi)列車活塞風(fēng)的上述特點(diǎn),為偏于安全計,本次修編在新規(guī)范中規(guī)定可不計活塞風(fēng)影響。

4.2 關(guān)于射流風(fēng)機(jī)的安裝要求

“高速鐵路隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)設(shè)備及其安裝設(shè)施應(yīng)考慮列車風(fēng)的影響?！薄吧淞黠L(fēng)機(jī)的安裝支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)保證風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和列車風(fēng)作用下的安全,風(fēng)機(jī)安裝前應(yīng)做支架結(jié)構(gòu)的荷載試驗;風(fēng)機(jī)支架兩端應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng);風(fēng)機(jī)支架等鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)接地?！?/p>

本次修編在新規(guī)范中對于以上兩條的規(guī)定,考慮到隧道內(nèi)輔助設(shè)施受到的氣動力均與列車速度平方近似成線性關(guān)系,為保證隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)設(shè)備及行車安全,風(fēng)機(jī)設(shè)備及安裝設(shè)施應(yīng)考慮列車風(fēng)的影響。

對通風(fēng)設(shè)備的荷載試驗等需作進(jìn)一步研究。

4.3 關(guān)于分段縱向式通風(fēng)

本次修編在新規(guī)范中所提的分段縱向式通風(fēng)方式,所列舉的合流型斜(豎)井排出式和斜(豎)井送排式為兩種較常用形式,其余不常用形式未做枚舉。

[1]TB10068—2000,鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]中鐵二院.長大隧道通風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)研究報告[R].成都:2008.

[3]TB10621— 2009,高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].

[4]TB10003— 2005,鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[5]鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程[M].北京:中國鐵道出版社,2009.