困難艱險山區(qū)高速鐵路隧道應(yīng)急救援設(shè)計(jì)研究

樊 敏,李遠(yuǎn)富

(1.西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都 610031;2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

困難艱險山區(qū)高速鐵路隧道應(yīng)急救援設(shè)計(jì)研究

樊 敏1,李遠(yuǎn)富2

(1.西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都 610031;2.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

結(jié)合貴廣高速鐵路實(shí)際情況研究山區(qū)高速鐵路隧道設(shè)計(jì)時應(yīng)該考慮的應(yīng)急救援基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)原則與方法,通過研究國內(nèi)外鐵路應(yīng)急救援設(shè)計(jì)的原則、規(guī)范以及應(yīng)急組織管理體系,分析并總結(jié)出隧道運(yùn)營風(fēng)險管理的基本步驟,著重討論基于救援的隧道安全監(jiān)控措施設(shè)計(jì),給出應(yīng)急救援輔助決策系統(tǒng)的總體框架,為今后的高速鐵路隧道設(shè)計(jì)過程中涉及到救援的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置提供參考。

山區(qū);高速鐵路;隧道;應(yīng)急救援

1 概述

高速鐵路交通事故是一種突發(fā)性、隨機(jī)性的事件。由于高速列車行駛速度快,運(yùn)載量大,一旦發(fā)生交通事故,易造成嚴(yán)重的傷亡和大范圍的交通堵塞,影響鐵路正常的交通秩序。如果我們的救助不能及時有效,必然造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會效應(yīng)[1]?，F(xiàn)今階段,已投入運(yùn)營的高速或快速鐵路客運(yùn)線大多建設(shè)在平原、丘陵地帶,救援工作比較容易開展。而貴廣、成貴等高速鐵路的建設(shè),開辟了中西部建設(shè)高速鐵路的新起點(diǎn),山區(qū)高速鐵路的救援工作也面臨著新的挑戰(zhàn)。

由于西部山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),氣候多變,高速、快速鐵路建設(shè)與運(yùn)營受地形、地質(zhì)、水文、氣候條件的影響較大[2]。一場暴雨、冰凍災(zāi)害可能誘發(fā)的自然災(zāi)害,可能會給高速鐵路運(yùn)營帶來巨大的危害,設(shè)置合理的救援系統(tǒng),將安全風(fēng)險降到最低限度,是在設(shè)計(jì)中必須考慮的重要因素。因此,在高速鐵路設(shè)計(jì)階段預(yù)先設(shè)置救援、防災(zāi)系統(tǒng),已成為修建高速鐵路不可或缺的重要內(nèi)容。

2 國內(nèi)外應(yīng)急救援研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外對事故救援問題已進(jìn)行了較多研究。例如,楊京帥等指出了交通安全地理信息系統(tǒng)是事故救援體系的基礎(chǔ),并采用最優(yōu)路徑算法等措施使事故救援向智能化、信息化的方向發(fā)展。楊曉光等歸納總結(jié)了高速公路交通事故緊急救援系統(tǒng)的框架和各要素的關(guān)系,探討了高速公路交通事故預(yù)防與管理并舉的技術(shù)與方法。張學(xué)盡等介紹了交通事故救援系統(tǒng)是一個具有一定智能決策指揮功能的綜合集成系統(tǒng)平臺,其集數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)為一體。劉義剛的提出了基于預(yù)案庫的快速智能決策支持系統(tǒng)的研究,研究了基于預(yù)案庫的快速智能決策支持系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),通過預(yù)案的表示、預(yù)案庫的組織、檢索決策機(jī)制、預(yù)案生成、預(yù)案評價、預(yù)案庫維護(hù)等一般過程建立了預(yù)案庫[3-5]。

發(fā)達(dá)國家經(jīng)過多年探索,形成了較為良好的應(yīng)急管理體系,包括應(yīng)急管理法規(guī)、管理機(jī)構(gòu)、指揮系統(tǒng)、應(yīng)急隊(duì)伍、資源保障和信息透明等,形成了比較完善的應(yīng)急救援系統(tǒng),并且逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展,使整個應(yīng)急管理工作更加科學(xué)、規(guī)范和高效。

國外的應(yīng)急組織管理體系大致分為2類:一類是建立綜合性強(qiáng)的應(yīng)急管理機(jī)構(gòu),實(shí)行集權(quán)化和專業(yè)化管理,代表性的國家是美國、俄羅斯和日本等;另一類是實(shí)行分權(quán)化和多元化管理,在應(yīng)急管理中實(shí)行多部門的參與和協(xié)作,代表性的國家是英國、德國、澳大利亞和新西蘭等。

目前的鐵路事故救援研究成果顯示,我國鐵路事故救援的研究工作進(jìn)展較慢,對于整體的鐵路事故救援體系的研究較少,尚未形成信息化、系統(tǒng)化、理論化、科學(xué)化的研究體系。一般情況下,事故救援是依靠以往的經(jīng)驗(yàn),由相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和救援人員在事故現(xiàn)場匆忙決定事故救援方法,缺少規(guī)范有效的救援程序和方法;整個救援工作的信息化程度不夠。

3 應(yīng)急救援基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置原則

貴廣高速鐵路共新建隧道 212座,總延長近460 km,占線路總長的55.19%。我國高速鐵路隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:總長大于20 km的特長隧道或隧道群,要優(yōu)先采用定點(diǎn)救援方案,且在“定點(diǎn)”附近設(shè)置固定消防設(shè)施和緊急出口。隧道單側(cè)設(shè)貫通整個隧道的救援通道,兩側(cè)單洞之間應(yīng)設(shè)橫通道連接,橫通道的間距設(shè)置為500m。

隧道救援系統(tǒng)的設(shè)置主要考慮運(yùn)營時的風(fēng)險,但同時要兼顧施工過程。在施工的同時就要考慮日后救援所面臨的問題,如何針對涌水突泥、空氣凈化與氧氣補(bǔ)給、降溫排水、降低輻射影響、探明有害氣體等方面進(jìn)行研究改善,以在施工突發(fā)事件發(fā)生時提供有效的救援是一個方面;另外,在運(yùn)營中,設(shè)置引導(dǎo)標(biāo)語、通風(fēng)設(shè)施、避險洞等也是有效措施。值得提出的是,在隧道里引入信號,保證與外界的聯(lián)絡(luò),并做好信號設(shè)施,建立引導(dǎo)方式信息化系統(tǒng)等能否在救援系統(tǒng)的研究中加以考慮,另外,修建隧道后的橫洞、斜洞等能否加以利用,進(jìn)一步為救援系統(tǒng)服務(wù)。

國際鐵路聯(lián)盟考慮了對安全的影響、成本(投資、維護(hù)、操作、操作推斷)等因素把隧道安全基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了歸類,當(dāng)然有的安全措施尚未歸類,這并不意味著它對于安全沒有作用。有的安全基礎(chǔ)設(shè)施減輕風(fēng)險的效果雖然不錯,但成本效率很低。目前,這些措施仍然被視為指導(dǎo)方針而非嚴(yán)格的規(guī)定?；A(chǔ)設(shè)施分類見表1,按照既有隧道和新建隧道分別將基礎(chǔ)設(shè)施歸類見表2。

表1 基礎(chǔ)設(shè)施類型

表2 基礎(chǔ)設(shè)施歸類

我國《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中涉及到隧道應(yīng)急救援的具體規(guī)定主要包括運(yùn)營通風(fēng)和疏散。長度大于20 km的隧道宜設(shè)置運(yùn)營通風(fēng),緊急救援站應(yīng)設(shè)置防災(zāi)通風(fēng),避難所和有緊急出口的隧道應(yīng)設(shè)置應(yīng)急通風(fēng);防災(zāi)通風(fēng)應(yīng)在火災(zāi)情況下能控制煙霧擴(kuò)散方向,與人員疏散相反方向的風(fēng)速不應(yīng)小于2.0m/s;防災(zāi)通風(fēng)應(yīng)與運(yùn)營通風(fēng)結(jié)合考慮。長度為20 km及以上的隧道應(yīng)設(shè)置緊急救援站,緊急救援站之間的距離不應(yīng)大于20 km;長度10～20 km的隧道應(yīng)設(shè)置避難所;長度10～3 km的隧道可結(jié)合輔助坑道情況設(shè)置緊急出口。

4 隧道運(yùn)營風(fēng)險管理

雖然風(fēng)險產(chǎn)生的作用經(jīng)常為負(fù)面影響,但在控制這些影響因素的同時人們也總結(jié)出了很多實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)。下列元素應(yīng)該形成一個風(fēng)險管理過程的一部分:

(1)對項(xiàng)目的評估和控制風(fēng)險提供一個可以有效地識別、分析、評估的框架;

(2)盡量保證參與風(fēng)險控制的人的學(xué)科知識完善;

(3)保持可控的預(yù)算和計(jì)劃;

(4)確?？梢酝侗?

(5)為融資或資金代理提供必要的審計(jì)。

風(fēng)險管理的步驟如圖1所示,圖1表明,風(fēng)險管理并不是一個線性過程,很多方面需要加以考慮。有幾個關(guān)鍵的步驟需要進(jìn)行處理:確定風(fēng)險、風(fēng)險評估以及處理風(fēng)險。一定要意識到風(fēng)險包括政治、財(cái)政、法律、管理、合同、技術(shù)和操作,也就是說風(fēng)險不僅僅是實(shí)際建造過程中的問題。在評估風(fēng)險和努力識別風(fēng)險的時候,關(guān)鍵要確定:潛在風(fēng)險、潛在的后果、發(fā)生的可能性、數(shù)據(jù)和信息來源、利害沖突、不確定性等。更進(jìn)一步的關(guān)鍵問題是風(fēng)險監(jiān)控,并在所有階段的項(xiàng)目費(fèi)用中估計(jì)可能產(chǎn)生的費(fèi)用。最終,很重要的一點(diǎn)就是在任何可能發(fā)生的風(fēng)險發(fā)生時做出快速反應(yīng)[6-10]。

圖1 項(xiàng)目全過程風(fēng)險管理流程

當(dāng)山區(qū)隧道發(fā)生意外事故時,將造成有別于開放性路面的各種不利于救援的危險情況,各種基于救援的風(fēng)險如下:

(1)通訊受阻,司機(jī)在隧道與外界取得聯(lián)系困難,內(nèi)部通信有時只是單向傳輸;

(2)事故狀況不明,初期雖然可通過系統(tǒng)監(jiān)測事故變化,但部分監(jiān)測設(shè)備可能在事故中遭受損壞;

(3)疏散及避難困難,隧道內(nèi)橫斷面及道路矮窄狹小,橫通道發(fā)揮功效較小;

(4)救援車輛進(jìn)入困難,山區(qū)道路條件極其有限,距離醫(yī)院較遠(yuǎn),救護(hù)車等救援機(jī)構(gòu)達(dá)到困難。

5 基于救援的隧道安全監(jiān)控措施設(shè)計(jì)

(1)施工過程中的監(jiān)測

施工過程中應(yīng)該成立專門的量測監(jiān)控部門,對圍巖進(jìn)行監(jiān)控量測,以確保施工安全和防止地表下沉;當(dāng)二襯出現(xiàn)裂紋后,對裂紋發(fā)展情況(寬度、深度、長度、偏移、斷面)進(jìn)行觀測。

(2)應(yīng)急通信系統(tǒng)

本線新設(shè)應(yīng)急通信系統(tǒng),在各綜合維修車間新設(shè)應(yīng)急通信現(xiàn)場接入設(shè)備,按局界劃分分別接入成都、南寧、廣鐵集團(tuán)調(diào)度中心應(yīng)急通信中心設(shè)備。

(3)防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)

防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備、現(xiàn)場監(jiān)控單元、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備、調(diào)度所設(shè)備、傳輸及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成?，F(xiàn)場監(jiān)控單元一般設(shè)置于沿線的GSM-R基站或車站防災(zāi)機(jī)房等處。本次設(shè)計(jì)在貴陽綜合維修段、南寧綜合維修段、廣州南站防災(zāi)機(jī)房設(shè)置監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理設(shè)備,在各路局調(diào)度所、各綜合維修車間(工區(qū))、路局工務(wù)處和工務(wù)段設(shè)置防災(zāi)安全監(jiān)控終端[11]。本線防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置雨量監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)、異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)和地震監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)環(huán)境檢測控制系統(tǒng)

環(huán)境檢測系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)檢測透過率、CO濃度數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)等,控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時間,實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的控制運(yùn)行;控制隧道的照明系統(tǒng),調(diào)節(jié)出入口以及洞內(nèi)的照明,保證行車的安全。

(5)設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)

在車站站房、貴陽北綜合維修段及長大隧道等重要建(構(gòu))筑物設(shè)置機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),其監(jiān)控對象包括空調(diào)、通風(fēng)、給排水、電梯、扶梯、低壓變配電設(shè)備、電氣照明等系統(tǒng)。結(jié)合本線省界(局界)劃分及設(shè)站情況,設(shè)7處綜合維修車間,承擔(dān)管內(nèi)工務(wù)、牽引供電、通信、信號、水電等設(shè)備的經(jīng)常保養(yǎng)、臨時補(bǔ)修及搶修。

(6)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由IP數(shù)據(jù)網(wǎng)承載,各視頻接入節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)網(wǎng)按管轄區(qū)域分別匯聚至成都鐵路局和南寧鐵路局視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn),并對視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容改造。系統(tǒng)由視頻節(jié)點(diǎn)設(shè)備、視頻采集點(diǎn)前端設(shè)備、視頻網(wǎng)絡(luò)和用戶終端構(gòu)成[12]。

6 應(yīng)急救援決策支持系統(tǒng)

從系統(tǒng)科學(xué)的角度來看,山區(qū)高速鐵路隧道應(yīng)急救援決策系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng),其復(fù)雜性不僅表現(xiàn)為山區(qū)救援的困難、高速鐵路救援的技術(shù)難點(diǎn),還體現(xiàn)在應(yīng)急系統(tǒng)構(gòu)成要素的多元性,即有多個組織多單位應(yīng)急主體的參與;同時,應(yīng)急主體與各個要素之間的關(guān)聯(lián)是動態(tài)的。計(jì)算機(jī)輔助決策應(yīng)用于應(yīng)急救援方案制定,要達(dá)到的目標(biāo)是:在采集和分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上,利用救援方面的專家知識進(jìn)行分析推理,提供一個或幾個救援實(shí)施方案,為救援人員對方案的選擇和判斷提供權(quán)威建議。圖2為應(yīng)急救援輔助決策總體框架。

圖2 應(yīng)急救援輔助決策總體框架

7 結(jié)語

結(jié)合貴廣高速鐵路實(shí)際情況,主要研究了困難山區(qū)高速鐵路隧道在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的突發(fā)性事件。山區(qū)高速鐵路的救援工作面臨著新的挑戰(zhàn),針對當(dāng)前現(xiàn)狀提出以下幾點(diǎn)建議:(1)深入調(diào)查研究,根據(jù)山區(qū)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況研究救援設(shè)計(jì)的可實(shí)施性和可操作性,不能僅作為一種擺設(shè);(2)制定相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),宜以車內(nèi)設(shè)置救援設(shè)備,做相應(yīng)應(yīng)急演練,告知旅客逃生方法;(3)應(yīng)充分結(jié)合困難艱險山區(qū)特點(diǎn),利用現(xiàn)有公路及施工便道形成快速高效的救援通道;(4)采取分級管理,分級控制,以設(shè)計(jì)為龍頭,培訓(xùn)為基礎(chǔ),落實(shí)各環(huán)節(jié),降低風(fēng)險[13]。

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Study on Emergency Rescue Design of High-Speed Railway Tunnel in M ountain Area

FAN Min1,LIYuan-fu2
(1.School of Economics and Management,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

To obtain the design principles and methods on emergency rescue infrastructure of high-speed railway tunnel in mountain area,this article,in combination with the actual situation of Guiyang-Guangzhou High-speed Railway,carries out the researching on domestic and international railway emergency rescue design principles,standards,and emergency response organization and management system,analyzes and summarizes the basic procedures of tunnel operational-risk management,discusses specially the tunnel safety monitoring measure design based on the rescue concept,gives a general framework of decision support system for emergency rescue,and provides reference for high-speed railway tunnel design with the installation of emergency rescue infrastructure in future.

mountain area;high-speed railway;tunnel;emergency rescue

U458

A

1004 -2954(2012)10 -0066 -03

2012-06-28

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008BAG07B05)

樊 敏(1979—),男,工程師,博士研究生,E-mail:fanmine@ 163.com。