國(guó)鐵與城市軌道交通共線運(yùn)營(yíng)防災(zāi)救援相關(guān)問(wèn)題探討

宋永超

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

引言

早在1900年以前，德國(guó)卡爾斯魯厄市交通運(yùn)營(yíng)公司通過(guò)采用輕軌、市域鐵路及城際鐵路之間的共線運(yùn)營(yíng)方式來(lái)擴(kuò)張城市交通，取得了良好的效果。從此，共線運(yùn)營(yíng)方式在歐美和日本的城市軌道交通系統(tǒng)中被逐漸推廣應(yīng)用，尤其在日本效果更為顯著[1]。我國(guó)也對(duì)國(guó)鐵參與軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究。陸化普通過(guò)對(duì)典型大城市交通擁擠原因進(jìn)行了分析研究，提出優(yōu)先發(fā)展公共交通是世界各國(guó)解決城市交通的共識(shí)，需要處理好郊區(qū)鐵路進(jìn)入市區(qū)和鐵路、地鐵一體化運(yùn)營(yíng)[2]。羅秀清等通過(guò)分析我國(guó)發(fā)展市郊鐵路的機(jī)遇，以及國(guó)家鐵路參與城市市郊鐵路建設(shè)所具有的優(yōu)勢(shì)，提出國(guó)鐵應(yīng)積極參與城市軌道交通的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)[3]。孫永梅等通過(guò)研究城際鐵路、市域快軌的決策體系，提出在新型城鎮(zhèn)化背景下都市圈的軌道交通建設(shè)中，國(guó)家鐵路、城際鐵路、城市軌道交通需要統(tǒng)籌考慮，才能適應(yīng)城市的發(fā)展[4]。周建軍等通過(guò)對(duì)國(guó)外軌道交通共線運(yùn)營(yíng)方式進(jìn)行分析，提出上海市域軌道交通線路規(guī)劃應(yīng)充分考慮共線運(yùn)營(yíng)的可行性[5]。但到目前為止還沒有真正意義上的國(guó)鐵列車和城市軌道交通列車共線運(yùn)營(yíng)的運(yùn)營(yíng)案例。

國(guó)內(nèi)的鐵路運(yùn)營(yíng)部門也在積極推進(jìn)國(guó)鐵和城市軌道交通的共線運(yùn)營(yíng)工作，并于2018年10月10日發(fā)文，要求市域(郊)鐵路發(fā)展要堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向，統(tǒng)籌社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，在滿足國(guó)鐵列車開行需求的前提下，以地方政府購(gòu)買服務(wù)、鐵路運(yùn)輸企業(yè)提供運(yùn)輸保障為主要模式，為國(guó)鐵和城市軌道交通共線運(yùn)營(yíng)開辟了道路。

1 工程概況

上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線線路全長(zhǎng)68.679 km，其中橋梁長(zhǎng)7.984 km，隧道長(zhǎng)55.879 km，路基長(zhǎng)4.816 km，橋隧比92.987%。全線設(shè)車站9座(其中地面車站3座、地下站6座)，平均站間距離為8.58 km。線路設(shè)置車輛段和綜合維修，1座主變電所及8處中間風(fēng)井(不包含車站脫離風(fēng)井)。

本線區(qū)間有高架區(qū)間、單洞雙線盾構(gòu)區(qū)間、雙洞雙線盾構(gòu)區(qū)間以及明挖區(qū)間等；中間風(fēng)井具有垂直疏散功能。正線單洞雙線(帶中隔墻)盾構(gòu)長(zhǎng)度約40 km，雙洞雙線盾構(gòu)段約25.1 km。

線路采用城際列車和城市軌道交通列車共線運(yùn)營(yíng)。城際列車一般采用CRH動(dòng)車組，運(yùn)行8節(jié)編組，具備開行16節(jié)編組的條件；市域列車采用CRH動(dòng)車組，列車編組初、近期為4節(jié)編組，遠(yuǎn)期8節(jié)。系統(tǒng)最小行車間隔按3 min設(shè)計(jì)，高峰小時(shí)開行4對(duì)城際列車、2對(duì)大站快車后，可開行6對(duì)站站停列車，高峰小時(shí)共可開行12對(duì)列車。設(shè)計(jì)列車最高運(yùn)行速度為160 km/h，當(dāng)列車不?？窟^(guò)站時(shí)，采用80 km/h(靠站臺(tái)邊通過(guò))和160 km/h(不靠站臺(tái)邊通過(guò))過(guò)站。

2 工程特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)本工程與傳統(tǒng)的軌道交通線路、國(guó)鐵(城際鐵路)相比，存在以下的特點(diǎn)。

2.1 站間距大、地下區(qū)間救援困難

傳統(tǒng)的軌道交通線路站間距一般為1 km左右，較長(zhǎng)的也不過(guò)3 km；國(guó)鐵(城際鐵路)一般為地面線路，進(jìn)入城區(qū)有部分地下線路和地下車站，但一般較短；本線平均站間距為8.58 km，最長(zhǎng)地下區(qū)間超過(guò)10 km；由于區(qū)間中間風(fēng)井距離約5 km，消防人員和疏散乘客只能就近通過(guò)中間風(fēng)井疏散樓梯間進(jìn)出隧道，不利于區(qū)間乘客的疏散和消防人員進(jìn)入救援。

2.2 運(yùn)量大，速度快

本線采用CRH動(dòng)車組列車，車輛定員為1 458人/列，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)鐵列車的載客量600人/列。列車采用160 km/h運(yùn)行速度。

2.3 國(guó)鐵和城市軌道交通列車共線運(yùn)營(yíng)，缺少相匹配的防災(zāi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)國(guó)鐵(城際鐵路)、城市軌道交通線路的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)等均有比較完善的規(guī)范體系；而且國(guó)鐵(城際鐵路)的審批、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)均為鐵路部門，而城市軌道交通項(xiàng)目的建設(shè)、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)均屬于地方政府。這兩套規(guī)范體系在較多方面存在不同，尤其是在防災(zāi)救援方面存在較大的差異。本工程是國(guó)內(nèi)第一條城際列車和城市軌道交通列車共線運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)無(wú)匹配的規(guī)范指導(dǎo)本工程的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)。

3 防災(zāi)救援設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究

由于本工程復(fù)雜，且缺少設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)；如何選擇本工程的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)系到本線工程投資以及運(yùn)營(yíng)安全，是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.1 國(guó)鐵和軌道交通車站防災(zāi)救援體系

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，城際鐵路、軌道交通的車站建筑、防排煙、給排水及消防等均需要滿足GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，故在車站防災(zāi)救援方面，城際鐵路和城市軌道交通設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)是一致的。

3.2 國(guó)鐵和城市軌道交通區(qū)間防災(zāi)救援體系

3.2.1 城際鐵路列車的防災(zāi)救援

目前國(guó)鐵列車線路中能與城市軌道交通列車共線運(yùn)營(yíng)的線路一般為城際列車線路，故以城際鐵路的防災(zāi)救援進(jìn)行分析。根據(jù)TB 10020—2017《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以人為本、應(yīng)急有備、方便自救、安全疏散的原則。當(dāng)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮控制列車駛出洞外或?？苦徑囌具M(jìn)行救援。當(dāng)區(qū)間隧道超過(guò)20 km時(shí)，需要設(shè)置消防救援站，著火列車?？烤仍具M(jìn)行疏散和救援。

根據(jù)城際鐵路的特點(diǎn)，長(zhǎng)度20 km以上的特長(zhǎng)隧道很少，動(dòng)車組列車按照最低檔的設(shè)計(jì)速度120 km/h計(jì)算，3 min可以行進(jìn)6 km，5 min可以行進(jìn)10 km，10 min可以行進(jìn)20 km，長(zhǎng)度小于10 km的隧道5 min內(nèi)即可拉出洞外。另外車站旅客通過(guò)嚴(yán)格的進(jìn)站上車檢查，消除大部分的火災(zāi)隱患，列車每節(jié)車廂上配備消防滅火器，可以控制和降低起火隱患；車廂內(nèi)火災(zāi)與動(dòng)車組失去全部動(dòng)力同時(shí)發(fā)生的幾率非常??；因此一旦發(fā)生火災(zāi)，將列車起火點(diǎn)放在明線上、車站內(nèi)或者消防站進(jìn)行防災(zāi)和救援[6]。

綜上所述，城際鐵路的區(qū)間防災(zāi)救援原則為：著火列車行駛到救援站、室外或就近車站進(jìn)行救援和疏散，不考慮列車著火停留在區(qū)間隧道進(jìn)行救援和疏散[7]。

3.2.2 城市軌道交通列車的防災(zāi)救援

城市軌道交通列車著火優(yōu)先考慮將著火列車開行到前方車站進(jìn)行救援和疏散，如失去動(dòng)力，則要求列車在區(qū)間隧道進(jìn)行疏散和救援。

著火列車在區(qū)間進(jìn)行疏散和救援時(shí)，乘客可以通過(guò)道床和疏散平臺(tái)疏散至相鄰隧道。但本線采用的列車為動(dòng)車組，車頭、車尾無(wú)法設(shè)置疏散門下至軌行區(qū)，故只能采用疏散平臺(tái)進(jìn)行疏散，并且需要設(shè)置高疏散平臺(tái)。

區(qū)間列車火災(zāi)位置確定后，需要開啟排煙系統(tǒng)，并結(jié)合智能疏散指示，引導(dǎo)乘客進(jìn)行疏散，以確保大多數(shù)乘客迎著新風(fēng)疏散至相鄰隧道。

綜上所述，城市軌道交通的區(qū)間防災(zāi)救援原則為：著火列車在不失去動(dòng)力的情況下優(yōu)先考慮行駛到就近的車站進(jìn)行救援和疏散，當(dāng)失去動(dòng)力時(shí)，需要考慮列車停留在區(qū)間隧道進(jìn)行救援和疏散[8]。

3.2.3 兩種防災(zāi)救援體系的差異

國(guó)鐵、城市軌道交通兩種區(qū)間防災(zāi)救援體系在以下方面存在較大的差異。

(1)是否設(shè)置中隔墻，將兩條隧道分隔開

國(guó)鐵列車考慮列車著火后行駛到室外、救援站和車站進(jìn)行疏散和救援，乘客可以直接疏散到安全區(qū)域；而軌道交通的列車在區(qū)間著火停車疏散時(shí)，乘客不能在著火的區(qū)間長(zhǎng)距離疏散，而是需要通過(guò)中隔墻的防火門疏散到相鄰隧道(安全區(qū))；中隔墻設(shè)置與否直接關(guān)系到區(qū)間的防災(zāi)救援方案、隧道的洞徑以及工程的投資。

(2)是否設(shè)置高疏散平臺(tái)

為了解決列車車廂與道床面的1.25 m高差，國(guó)鐵和城市軌道交通采用了不同的方案。國(guó)鐵列車由于配置乘務(wù)員，列車車廂自帶救援爬梯，如圖1所示；區(qū)間設(shè)置低疏散平臺(tái)，如圖2所示；城市軌道交通的列車需要考慮列車火災(zāi)失去動(dòng)力在區(qū)間進(jìn)行疏散，需要區(qū)間縱向設(shè)置高疏散平臺(tái)，如圖3所示。

圖1 國(guó)鐵列車自帶爬梯

圖2 低疏散平臺(tái)

圖3 高疏散平臺(tái)

(3)列車是否需在就近車站?？渴枭⒑途仍?/p>

根據(jù)國(guó)鐵疏散救援要求，當(dāng)距離不超過(guò)20 km時(shí)，列車可以開到洞外、救援站、車站進(jìn)行疏散和救援；而軌道交通要求火災(zāi)列車首先考慮行駛到就近的車站進(jìn)行救援和疏散。本線列車采用8輛和16輛編組列車混跑，線路上只有1座車站有效站臺(tái)長(zhǎng)度能滿足?？?6輛編組列車要求，其他車站站臺(tái)有效長(zhǎng)度只能滿足?？?輛編組列車要求。根據(jù)城市軌道交通防災(zāi)救援要求，需要每個(gè)車站站臺(tái)均能停靠16輛編組的列車疏散和救援。

3.2.4 防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)的選擇

基于兩種防災(zāi)救援體系存在較大的差異，曾國(guó)寶通過(guò)對(duì)城市鐵路隧道、山嶺隧道和地鐵隧道的工程特點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出有必要對(duì)城市鐵路隧道的防災(zāi)疏散和消防設(shè)備布置進(jìn)行深層次的研究[9]。為了確定本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，開展了“盾構(gòu)隧道斷面方案專題研究”、“消防疏散方案專題研究”，通過(guò)了專家評(píng)審，并征得消防部門同意，進(jìn)一步明確本線的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(1)盾構(gòu)隧道斷面方案專題研究

專題通過(guò)對(duì)工程特點(diǎn)、規(guī)范要求、國(guó)內(nèi)類似工程案例、斷面對(duì)列車火災(zāi)疏散救援的影響、投資等進(jìn)行了分析和比較，提出區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻、采用低平臺(tái)+列車自帶爬梯的疏散方案。該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)。

①區(qū)間隧道疏散距離更短

區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻，將區(qū)間隧道分隔為兩條獨(dú)立的區(qū)間隧道，通過(guò)設(shè)置防火門，人員可以就近疏散到相鄰區(qū)間，縮短人員在著火隧道走行的距離。

②區(qū)間隧道更容易組織防排煙

區(qū)間隧道采用中隔墻將區(qū)間隧道分隔為兩條獨(dú)立的區(qū)間隧道；火災(zāi)時(shí)，可以對(duì)著火災(zāi)隧道組織排煙，煙氣不會(huì)進(jìn)入隔壁隧道，避免影響相鄰線路的行車安全。

③區(qū)間隧道全壽命周期費(fèi)用更省

區(qū)間采用中隔墻后，雖然隧道斷面有所加大，土建費(fèi)用有所增加，但區(qū)間的活塞效應(yīng)加強(qiáng)，列車運(yùn)行產(chǎn)生的活塞風(fēng)能滿足隧道溫度和換氣的要求；不設(shè)置中隔墻，雖然節(jié)省了土建投資，但需要增設(shè)降溫措施、加大配電，增加機(jī)電設(shè)備的投入和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。從100年生命周期費(fèi)用來(lái)看，設(shè)置中隔墻方案較不設(shè)中隔墻方案節(jié)省費(fèi)用約43.8億元。

疏散平臺(tái)的設(shè)置方案對(duì)區(qū)間的隧道斷面有較大影響；設(shè)置高疏散平臺(tái)時(shí)，疏散平臺(tái)會(huì)侵入限界，只能通過(guò)增大隧道直徑滿足限界要求，從而增加土建投資；增大隧道直徑后，列車車廂與疏散平臺(tái)間的縫隙寬度加大，會(huì)造成人員疏散安全隱患。采用低平臺(tái)+列車自帶爬梯的方案，可以有效避免侵限和縫隙大的問(wèn)題，同時(shí)隧道斷面更小，方案更經(jīng)濟(jì)、更合理可行。

(2)消防疏散方案專題研究

專題論述了本線列車在車站、區(qū)間的消防疏散和救援原則，提出區(qū)間列車著火時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮駛?cè)刖徒能囌具M(jìn)行救援和疏散，需要車站考慮8輛、16輛編組列車著火后停車疏散和救援。

專題通過(guò)對(duì)車站進(jìn)行分析，提出了利用車站設(shè)備區(qū)、線路外側(cè)設(shè)置2.5 m寬疏散平臺(tái)的方式解決有效站臺(tái)長(zhǎng)度不滿足16輛編組列車停站疏散的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)設(shè)置直通室外的防煙樓梯間滿足規(guī)范要求的疏散距離問(wèn)題，從而解決了16輛編組列車進(jìn)站疏散和救援，如圖4所示。

圖4 典型車站16輛編組列車站內(nèi)?？渴枭⒕仍疽?/p>

4 模擬分析

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，選取了1座車站和1個(gè)較長(zhǎng)區(qū)間進(jìn)行了模擬分析；考慮到目前僅預(yù)留了16輛編組下線路運(yùn)營(yíng)的條件，且數(shù)量極少，故本次按8輛編組列車在超員20%的情況下，每列車1750人進(jìn)行疏散模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析如下。

4.1 車站疏散

根據(jù)仿真結(jié)果，8:26:00開始疏散，8:31:07乘客離開站臺(tái)層，全部到達(dá)站廳層付費(fèi)區(qū)。8:31:48乘客離開站廳層付費(fèi)區(qū)出閘機(jī)，到達(dá)站廳層非付費(fèi)區(qū)。8:35:54乘客離開站廳層非付費(fèi)區(qū)。根據(jù)仿真結(jié)果：站臺(tái)完成疏散需要時(shí)間5.1 min；站廳付費(fèi)區(qū)完成疏散需要時(shí)間5.8 min；全部站廳完成疏散需要時(shí)間9.9 min。

4.2 區(qū)間疏散

假定火災(zāi)發(fā)生在車頭，且靠近車頭的疏散口無(wú)法使用，乘客往車尾方向進(jìn)行疏散。警報(bào)開始20s后，乘客開始疏散。所需疏散的乘客用紅色小圓點(diǎn)表示。擬模擬區(qū)間的模型處理見圖5；區(qū)間列車火災(zāi)人員疏散仿真模擬見圖6。

圖5 區(qū)間列車火災(zāi)仿真模擬位置示意

圖6 區(qū)間列車火災(zāi)人員疏散仿真模擬

通過(guò)對(duì)區(qū)間列車?？课恢貌煌?，乘客從離發(fā)生火災(zāi)最近的疏散口進(jìn)行疏散、從離發(fā)生火災(zāi)最近的第二個(gè)疏散口進(jìn)行疏散、從離火災(zāi)最近的疏散口和第二近的疏散口進(jìn)行疏散等三種情況進(jìn)行模擬，區(qū)間疏散(按預(yù)測(cè)客流計(jì)算)時(shí)間分別為13.8，15.2，14.9 min；區(qū)間疏散(按額定客流計(jì)算)時(shí)間分別為16.5，17.7，17 min。

4.3 模擬分析結(jié)論

根據(jù)GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》第28.2.11條：車站站臺(tái)公共區(qū)的樓梯、自動(dòng)扶梯、出入口通道，應(yīng)滿足當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)在6 min內(nèi)將遠(yuǎn)期或客流控制期超高峰小時(shí)一列進(jìn)站列車所載的乘客及站臺(tái)上的候車人員全部撤離站臺(tái)到達(dá)安全區(qū)的要求。因此，車站疏散行動(dòng)時(shí)間滿足規(guī)范要求。

由于區(qū)間對(duì)于人員疏散時(shí)間沒有具體要求，區(qū)間隧道通過(guò)風(fēng)機(jī)組織的排煙，可以確保大部分乘客迎氣流進(jìn)行疏散，18 min內(nèi)即可將列車內(nèi)的人員疏散至相鄰區(qū)間，確保人員的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)鐵與軌道交通共線運(yùn)營(yíng)防災(zāi)救援涉及到工程的投資、旅客的安全，是工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的重中之重。本工程采用如下的防災(zāi)疏散救援標(biāo)準(zhǔn)是合適的。

(1)列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)且未失去動(dòng)力時(shí)，應(yīng)行駛到就近的車站進(jìn)行疏散和救援；失去動(dòng)力無(wú)法向前行駛時(shí)，應(yīng)就地疏散和救援。

(2)區(qū)間采用低疏散平臺(tái)+自帶爬梯的疏散方式。

(3)區(qū)間隧道設(shè)置中隔墻將兩條隧道分隔開，隔墻設(shè)置防火門相互疏散。

(4)車站需要滿足最大編組列車在站內(nèi)停車疏散和救援的要求。

目前國(guó)鐵和軌道交通共線運(yùn)營(yíng)工程建設(shè)才剛剛起步，在線路運(yùn)營(yíng)、車輛、疏散等方面國(guó)鐵和軌道交通存在較大的差異，建議在本工程的防災(zāi)救援標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行深入的研究，進(jìn)一步完善防災(zāi)救援體系，以指導(dǎo)類似工程的建設(shè)。

(1)對(duì)低疏散平臺(tái)+自帶爬梯區(qū)間疏散方案的疏散能力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，以確保模擬結(jié)果貼近實(shí)際。

(2)由于國(guó)鐵列車種類繁多，需深化列車停站疏散時(shí)站臺(tái)門與列車車門對(duì)齊的方案研究。