鐵路隧道火災事故及其規(guī)模研究綜述

趙東平，王 峰，余顏麗，李 奎

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司科學研究院，四川成都 610031；

2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室土木工程學院，四川成都 610031；3.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連 116024）

鐵路隧道火災事故及其規(guī)模研究綜述

趙東平1，王 峰2，3，余顏麗1，李 奎1

（1.中鐵二院工程集團有限責任公司科學研究院，四川成都 610031；

2.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室土木工程學院，四川成都 610031；3.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連 116024）

鐵路隧道火災規(guī)模是隧道火災防治的關鍵問題。通過對國內外鐵路隧道火災事故及列車火災規(guī)模大小的統(tǒng)計，分析了鐵路隧道火災事故發(fā)生的原因和產(chǎn)生的后果，提出了減少鐵路隧道火災事故的相關建議?？偨Y了影響鐵路隧道內列車火災規(guī)模大小的因素，建議列車材質采用難燃材料、設計合理的防災通風速度、盡可能減少列車門窗的開啟數(shù)量等措施來降低隧道內列車火災規(guī)模。在此基礎上，結合我國鐵路客車的特點及國外相關研究結果，建議在鐵路隧道和隧道群火災后果評估中，可采用15 MW的穩(wěn)定熱源作為參考。

鐵路隧道；火災事故；火災規(guī)模

0 引言

眾所周知，特長鐵路隧道及隧道群內由于其結構特點，一旦列車在隧道內發(fā)生火災，特長鐵路隧道及隧道群內的防災救援系統(tǒng)將是保障人員安全疏散和救援的基礎。茅為中等［1］針對特長鐵路隧道的火災防災救援和人員安全疏散問題進行了研究和討論；趙紅莉等［2］采用模型試驗研究了鐵路水下盾構隧道不同風速、火災規(guī)模等因素對火災煙氣溫度場分布規(guī)律的影響；趙海東［3］以烏鞘嶺隧道為例，對特長鐵路隧道運營及定點防災救援模式進行了探討和研究；李忠友等［4］對隧道火災的2個主要影響因素（火災熱釋放率和臨界風速）進行了介紹。從大部分對鐵路隧道火災的研究成果可以看出，目前主要的研究對象集中在以下2個方面：1）火災煙氣分布規(guī)律的研究；2）特長鐵路隧道防災救援模式的研究。與之形成鮮明對比的是，一些國內外鐵路隧道火災災害事故及影響鐵路隧道火災災害嚴重后果的一些相關基礎性的因素和數(shù)據(jù)的研究還很缺乏，如導致鐵路隧道火災災害的因素、列車火災規(guī)模大小的確定等等。

本文采用調研和統(tǒng)計的方法對鐵路隧道火災災害及規(guī)模大小進行分析，這些因素和基礎數(shù)據(jù)的研究必須花費巨大的人力、物力和財力，有的研究還需要聯(lián)合多部門，協(xié)調各種因素；因此，其研究存在一定的客觀性。對近幾十年來國內外已發(fā)生的鐵路隧道火災災害進行歸納和研究，對國內外鐵路隧道火災災害規(guī)模的研究進行系統(tǒng)地分析，旨在為特長鐵路隧道及隧道群防災救援系統(tǒng)的設計提供一些基礎數(shù)據(jù)，為進一步了解鐵路隧道火災災害事故提供參考。

1 國內外鐵路隧道火災事故分析

1.1 國內外鐵路隧道火災事故案例

鐵路隧道，尤其是特長鐵路隧道及隧道群通常為一狹長的地下網(wǎng)絡空間。當隧道內列車一旦發(fā)生火災，依據(jù)事故導向安全的原則，著火列車將盡可能快地駛出隧道，以保證人員在寬敞的地帶逃生和疏散，并盡可能地減少人員傷亡和財產(chǎn)損失；當在特長鐵路隧道和隧道群內發(fā)生火災且列車無法駛出隧道時，著火列車將盡可能停靠在沿線的緊急救援站進行人員逃生和疏散。目前，這一原則已在國內外鐵路隧道及隧道群防災救援系統(tǒng)工程中普遍采用。

盡管國內外在鐵路隧道及隧道群內已采用這樣的事故導向安全原則，但特長鐵路隧道或隧道群內火災事故帶來的潛在危害和實際后果仍讓人難以承受。近1個世紀以來，國內外鐵路隧道曾發(fā)生了一系列的火災事故（見表1），造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失［5-9］。

表1 國內外鐵路隧道火災事故［5-9］Table 1 Fire accidents in railway tunnels around the world［5-9］

1.2 鐵路隧道火災事故成因分析

從已發(fā)生的鐵路隧道火災災害事故中可以看出，無論鐵路隧道的長短，隧道內都有可能發(fā)生火災災害事故。例如，我國發(fā)生的幾次鐵路隧道火災事故，雖隧道長度不長，但由于列車爆炸或列車顛覆導致了火災的發(fā)生。分析火災原因和火災后果可以得知，這些事故都是由于列車無法駛出隧道而導致了非常嚴重的后果。目前，國內外在制定鐵路隧道及隧道群內防災救援系統(tǒng)時，均采用了事故導向安全原則，列車應盡可能快地駛出隧道?；谶@個原則，相比一些長度較短的鐵路隧道，在特長鐵路隧道內發(fā)生火災時，人員疏散和可能產(chǎn)生的后果將更為嚴重。因此，特長鐵路隧道火災災害事故引起了各方面的高度重視。幾次發(fā)生在特長鐵路隧道內的火災災害事故，如大瑤山隧道（14.3 km）、英法海底隧道（50 km）、意大利Saleeo隧道（9 km）等，都引起了人們的高度關注。其中，被公認為是最安全的英法海底隧道在1996年發(fā)生的火災事故中，仍然造成了人員30傷，10節(jié)車廂損毀，隧道襯砌遭到嚴重破壞［10］?？梢钥闯?，特長隧道一旦發(fā)生火災，產(chǎn)生的危害和后果是十分慘重的，不僅會造成大量的人員傷亡，而且對列車和隧道襯砌結構都將產(chǎn)生嚴重破壞。因此，特長鐵路隧道防災救援系統(tǒng)的設計顯得尤為突出和重要。

參考表1，鐵路隧道內列車火災的原因可以歸納為以下3點：1）鐵路隧道和列車內電氣設備故障而引發(fā)的火災災害；2）列車運行顛覆、爆炸引發(fā)的火災災害；3）人為縱火引發(fā)的火災災害。

這些論述是從既肯定作者才華卓爾不群，又指陳其作品有所失當?shù)恼磧煞矫嫒胧?，力圖在還原和尊重客觀事實的基礎上提出理論。一方面承認和肯定了王實甫“才情富麗”、“辭家之雄”，《西廂記》也自有高妙之處；另一方面也批評王氏創(chuàng)作囿于“情”字，使《西廂記》在五本二十一折的長度下顯得蔓蕪，同時《西廂記》一些字句錘煉不足，缺失蘊藉，甚至部分字句“全不成語”。這些有理有據(jù)的論述，體現(xiàn)出何良俊對元曲的認識完全趨于理性，不盲目尊奉元曲代表作家、作品，而是盡量客觀看待作家才華與具體作品間的得失問題。

因此，在鐵路隧道運營過程中，應高度重視鐵路隧道內線路的安全，定期對鐵路隧道內和列車上的電氣設備進行維修和養(yǎng)護，同時，應高度重視和提防人為縱火和恐怖主義。當列車在特長隧道和隧道群內運行時，列車內部應加強巡視和檢查。

2 國內外鐵路隧道火災規(guī)模研究

2.1 鐵路隧道火災規(guī)模分析

鐵路隧道火災規(guī)模是導致鐵路隧道火災后果的最主要原因之一，同時，也是鐵路隧道防災系統(tǒng)設計的基礎。

為減小鐵路隧道內火災的規(guī)模，一些國際鐵路機構和組織開展了一些可行措施的研究，并制定了相關規(guī)范。例如：歐洲鐵路標準（European Standard）討論和制定在鐵路列車材料上使用一些難燃材料，從而限制鐵路列車火災的發(fā)生率和火災規(guī)模的大?。?1］；美國有軌列車和乘客軌道系統(tǒng)標準（NFPA 130 Standard）針對每種列車物體給出了一些參考信息，但對火災的熱釋放率和時間的演進缺乏相關指導意見［12］。國內外已發(fā)生的一些鐵路隧道火災事故很難認定火災規(guī)模的大小，因此，各國科研人員和研究機構也開始采用一些模型試驗和現(xiàn)場測試手段，開展對鐵路隧道火災規(guī)模大小的研究。表2列出了各國對鐵路隧道列車火災規(guī)模大小的試驗研究結果［6，13］。

表2 國內外鐵路隧道火災規(guī)模調研結果［6，13］Table 2 Studies on scale of fire accidents in railway tunnels around the world［6，13］

從表2中可以看出，國外的相關試驗主要集中在對旅客列車著火時的火災規(guī)模大小的研究，而對于貨運列車，未見到相關的研究報告，這也反映出各國對鐵路隧道客運列車著火及人員疏散安全的高度重視。對于貨運列車，由于貨物類型不同，其發(fā)生火災規(guī)模的大小也各不相同。本文主要對客運列車著火時的火災規(guī)模進行調研和分析。從鐵路隧道客運列車火災規(guī)模大小的分析可知，目前對鐵路隧道內列車火災規(guī)模大小的研究結果并無統(tǒng)一的結論。例如：歐盟相關國家對一些鐵路隧道火災的現(xiàn)場測試（EUREKA 499）結果表明，采用鐵制的德國城際快速鐵路列車發(fā)生火災，隧道內通風速為0.5 m/s時，列車火災產(chǎn)生的最大火災規(guī)模為19 MW；而同樣對于采用鐵制的德國城際普通鐵路客車發(fā)生火災，隧道內風速為0.5 m/s時，隧道內列車火災產(chǎn)生的最大規(guī)模為13 MW。EUREKA 499報告指出，由半節(jié)鋁制車廂、半節(jié)鐵制車廂聯(lián)合組成的1節(jié)車廂發(fā)生火災，隧道內風速為6～8 m/s時，隧道內列車火災產(chǎn)生的最大規(guī)模明顯增大，達到43 MW。EUREKA 499報告還對德國地鐵鋁制列車在隧道內發(fā)生火災進行了測試，隧道內風速為0.5 m/s時，隧道內列車火災產(chǎn)生的最大規(guī)模為35 MW［6］。

英國鐵路相關部門對不同類型的旅客列車在隧道內的火災進行了相關的現(xiàn)場測試，測試結果表明：對于英國旅客列車415，隧道內列車火災產(chǎn)生的最大規(guī)模為16 MW；而當采用旅客列車Sprinter時，隧道內列車火災產(chǎn)生的最大規(guī)模降低至7 MW。

以上是國外相關研究機構和組織對大尺度隧道列車火災的現(xiàn)場測試，由于大尺度現(xiàn)場測試需要投入巨大的費用，因此，限制了此方法的廣泛使用。Ingason［13］開展了縮小尺度的模型試驗研究，模型列車采用了1∶10的縮小比例尺度，分別采用硬紙板和膠合板建造。此模型試驗主要考慮了列車門窗打開程度對火災規(guī)模的影響，同時，對火災的演進過程進行了進一步的觀察和分析。

從Ingason的試驗結果可以看出：當列車門窗全部開啟時，采用硬紙板和膠合板制成的模型列車發(fā)生火災時的最大熱釋放率達到143 kW和148 kW，換算成原型尺度試驗火災，熱釋放率達到45 MW和47 MW；如果列車車窗全部關閉，僅有1扇門開啟，最大火災熱釋放率不超過11 kW（3.5 MW）；如果僅有4扇窗和1扇門開啟，最大熱釋放率達到60 kW（19 MW）和70 kW（22 MW）。John等［14］在研究中也得到了類似的結論。

2.2 影響鐵路隧道火災規(guī)模因素分析

目前，國內外對鐵路隧道火災規(guī)模還沒有統(tǒng)一的標準，其原因在于影響鐵路隧道內列車火災規(guī)模的因素較多，且各個因素單獨及綜合地影響著列車火災的規(guī)模?？偨Y歸納為以下3點：1）列車材質對火災規(guī)模的影響；2）鐵路隧道通風速度對火災規(guī)模的影響；3）鐵路隧道內列車門窗開啟對火災規(guī)模的影響。

當列車采用鐵制材質時，隧道內列車火災規(guī)模的峰值在7～20 MW；當列車采用鋁制材質時，隧道內列車火災規(guī)模的峰值明顯增大，達到30 MW以上。當隧道內通風速度較大時（6～8 m/s），隧道內列車火災規(guī)模的峰值達到40 MW；通風速度較小時（0.5 m/s），隧道內列車火災規(guī)模的峰值在10～20 MW。結論表明，隧道內通風速度越大，列車火災規(guī)模也越大，因此，鐵路隧道內防災通風系統(tǒng)及通風速度的確定至關重要。進一步分析門窗開啟對列車火災的影響，可以看出：當列車門窗全開啟時，隧道內火災規(guī)模的峰值超過40 MW；當列車門窗全部關閉時，隧道內火災規(guī)模的峰值僅為3.5 MW；較少部分門窗開啟（4扇窗和1扇門開啟）時，隧道內火災規(guī)模的峰值達到19 MW。

因此，為盡可能減小鐵路隧道列車火災規(guī)模，達到將火災災害后果降至最低的目標，建議采取以下措施：

1）列車材質在考慮降低列車整體質量的前提下，盡可能采用一些難燃材料；

2）特長鐵路隧道及隧道群防災通風系統(tǒng)設計時，應嚴格控制通風速度，風速的大小應剛好能克服火災煙氣向人員疏散路徑擴散和回流，避免風速過大；

3）當鐵路隧道內的列車發(fā)生火災時，在保證人員逃生所需要的足夠通道和空間的前提下，應盡可能減少列車門窗的開啟數(shù)量。

目前，國內對鐵路隧道列車火災規(guī)模的研究尚不多見，在實踐應用中通常直接采用10～20 MW的數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)行的鐵路客運列車車體為薄壁筒形結構，客運列車材質普遍采用低合金鋼、不銹鋼以及鋁合金等［15］，且旅客列車普遍采用封閉式，門窗在運行時基本均為關閉狀態(tài)，列車的密閉性較好。根據(jù)以上特點，結合國外對鐵路隧道列車火災規(guī)模的研究，鐵路隧道火災規(guī)模在最高峰時持續(xù)的時間較短，如按火災規(guī)模最高峰值評估火災后的損失并不科學，勢必擴大了火災規(guī)模的大小，降低了火災規(guī)模的影響，導致鐵路隧道火災后損失評估的不準確性。因此，在特長鐵路隧道和隧道群火災災害計算和火災災害后果評估中，建議采用15 MW的穩(wěn)定熱源作為參考。

3 結論與討論

通過對國內外鐵路隧道火災災害事故和列車火災規(guī)模大小的統(tǒng)計和分析，總結了各國鐵路隧道火災災害事故發(fā)生的原因和產(chǎn)生的后果，提出了減少鐵路隧道火災災害事故與降低隧道內列車火災規(guī)模的措施。結合我國鐵路客車的標準和特點及國外的相關研究成果，建議當鐵路隧道內風速不大且鐵路客車采用鐵制等難燃材質時，在鐵路隧道火災災害的計算和火災災害后果評估中，可采用15 MW的穩(wěn)定熱源作為參考。

本文的研究結論可為鐵路隧道火災事故分析及評估提供參考和借鑒。值得注意的是，目前國外鐵路隧道火災試驗結果表明，列車材質、通風速度和門窗開啟數(shù)量對火災規(guī)模的影響較大，因此，實際火災事故評估中還應綜合考慮列車材質及結構、通風條件等因素的影響。此外，對于鐵路隧道氣象條件等因素對火災規(guī)模的影響還有待進一步的研究。

（References）

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A Review of Fire Accidents in Railway Tunnels and Study on Their Scale

ZHAO Dongping1，WANG Feng2，3，YU Yanli1，LIKui1
（1.Research Division of Science and Technology Engineering，China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，Sichuan，China；2.Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Ministry of Education，School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，Sichuan，China；3.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China）

The scale of fire accidents in railway tunnels is a key point for tunnel fire prevention.The fire accidents in railway tunnels and the results of studies on the scale of fires around the world have been reviewed and analyzed in this paper.The causes for and the resultof fire accidents in railway tunnels are analyzed，and suggestions aremade to reduce the fire accidents.Factors influencing the scales of fires in railway tunnels are summarized.A series of countermeasures，including employing fire-retardantmaterials for the trains，designing a proper disaster-prevention ventilation speed，and decreasing the number of the opening windows as far as possible，are proposed.Based on these suggestions，a 15 MWsteady fire scale is recommended for the simulation and evaluation of fire accidents in railway tunnels.

railway tunnel；fire accident；fire scale

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.03.006

U 458

A

1672-741X（2015）03-0227-05

2014-11-03；

2015-02-02

國家自然科學基金資助項目（51108287）；能源工程安全與災害力學教育部重點實驗室開放基金資助項目（2013KF01）；中鐵二院計劃科研資助項目13164185（13-14）

趙東平（1979—），男，黑龍江嫩江人，2008年畢業(yè)于西南交通大學，橋梁與隧道工程專業(yè)，博士，高級工程師，現(xiàn)從事隧道及地下工程設計及理論研究工作。