冰雪災(zāi)害對高速鐵路列車運輸組織的影響及其對策

謝正媛 夏棟 申碧濤

摘 要 近年來，氣候異常，風(fēng)雪頻繁。文章通過了解降雪的特點，結(jié)合我國高速鐵路的實際情況，分析冰雪災(zāi)害對高速鐵路組織管理工作帶來的損害，從而制定大規(guī)模持續(xù)冰雪條件下，南部地區(qū)高速鐵路行車組織對策。

關(guān)鍵詞 冰雪災(zāi)害 運輸組織 防治對策

中圖分類號：U29文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

The Impact and Countermeasure of Snow and Ice Disasters

on High-speed Train Transport Organization

XIE Zhengyuan, XIA Dong, SHEN Bitao

(Wuhan Railway Vocational College of Technology, Wuhan, Hubei 430063)

Abstract During recent years, climatic anomaly, the strong snow is frequent. Through investigating the characteristics of snow disaster，combining with actual situation of high speed railway in our country, and analyzing hazard of high speed railway managerial work which was made by snow disaster, it made the countermeasures of Train Operation Organizationin the condition of snow disaster.

Key words snow and ice disaster; transport organization; countermeasures

1 冰雪災(zāi)害的分類及其特征

1.1 自然積雪

在風(fēng)力較小或者無風(fēng)的情況下，雨雪自然堆積在線路上形成比較平整的松散積雪。這些積雪增加了鋼軌與輪對之間的潤滑作用，使列車前進(jìn)的阻力更大；或者迫使車站的列車重新啟動困難。當(dāng)列車運行在長大坡斷上則因為阻力上行困難；同時，飄浮的雨雪阻礙司機(jī)視線，有造成列車停車、晚點的可能。若降雪量持續(xù)增加，進(jìn)而引起次生災(zāi)害，致使多種災(zāi)害疊加，進(jìn)一步增加鐵路運輸組織工作負(fù)擔(dān)。

1.2 風(fēng)吹雪

一般在特殊的坡度地形下，積雪或者飄雪在一定的風(fēng)力作用下，氣流攜帶雪粒共同運動，形成風(fēng)吹雪。一般，風(fēng)力大小、積雪深度、降雪量的大小決定了風(fēng)吹雪的規(guī)模和強度。它對鐵路運輸?shù)挠绊憰r間短、范圍小。在風(fēng)向適宜時，大量的風(fēng)吹雪沉積下來，掩埋線路，阻擋行車。2007年3月，我國華北、東北地區(qū)普降大雪、暴雪。同時伴隨七八級大風(fēng)，導(dǎo)致京秦、秦沈、哈大、大秦等多條鐵路干線積雪，最深積雪達(dá)2米。

1.3 雪崩

雪崩經(jīng)常發(fā)生在降雪量較大的山區(qū)鐵路，山坡上的積雪在重力作用下，具有下滑趨勢，當(dāng)積雪厚度達(dá)到極限厚度，雪體下滑力大于抗滑力，積雪大量墜落形成雪崩。雪崩會產(chǎn)生巨大的沖擊力，幾萬立方米甚至幾百萬立方米的雪量，毀壞線路設(shè)施，掩埋線路，使行車長時間中斷。1966年12月，天山山區(qū)的鞏乃斯溝發(fā)生278處雪崩，積雪最大高度達(dá)33m，一共44*104m3。中斷行車長達(dá)6個月之久。

2 冰雪災(zāi)害情況下高速鐵路運輸不暢的原因分析

2.1 雪害對線路軌道的危害影響分析

列車在運行過程中，車輪鋼軌直接產(chǎn)生摩擦力，以推動列車的運行，而冰雪覆蓋軌道，使鋼軌打滑，減少摩擦力，造成牽引機(jī)車的動輪空轉(zhuǎn)，致使列車運行緩慢，在坡道行走時，甚至前進(jìn)困難，發(fā)生途停事故。同時，因為積雪對軌道的掩埋，使前行中的機(jī)車司機(jī)無法確認(rèn)前方線路的安全狀況。若道床內(nèi)有積雪，并達(dá)到一定厚度，會引起軌道電路短路，影響信號的顯示，危及行車安全；道床積雪還給天窗時期的線路養(yǎng)護(hù)維修帶來不利，影響線路設(shè)備檢查。

2.2 雪害對道岔的危害影響分析

如果道岔的可動部位或道床板上存在積雪或覆冰，道岔的尖軌很難達(dá)到理想的密貼，極易造成“四開”岔，動車組運行速度更高，對道岔沖擊力更大，如果發(fā)生擠岔或出軌，后果不堪設(shè)想；道岔的可動部分若結(jié)冰凍死，道岔的定反位轉(zhuǎn)換難以扳動。相比普速鐵路，高速鐵路所采用的道岔號碼更大，可動尖軌部分的長度更長，重量更大，需要更多的轉(zhuǎn)轍機(jī)來驅(qū)動，這樣致使道岔結(jié)冰凍死的幾率更大。另外，高速鐵路上的道岔絕大部分為提速道岔，在道岔岔芯部分的芯軌是可動的，定反位的鎖閉狀態(tài)下要做到和基本軌的密貼，比起普速鐵路上的普通道岔，增加了一個冰雪凍結(jié)的故障點，因此冰雪災(zāi)害對高速鐵路道岔結(jié)構(gòu)危害更大。

2.3 雪害對信號系統(tǒng)設(shè)備的危害影響分析

室外低溫和融化的積水，在一定程度上會影響列控地面設(shè)備的可用性及可靠性。CTCS-3級列控系統(tǒng)，冰雪天氣會影響GSM-R基站天線相關(guān)的場強分布，影響無線信號覆蓋范圍及GSM-R網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等，影響無線閉塞中心的閉塞控制。鋼軌上的積雪、覆冰、積水，會影響軌道電路的道床電阻等技術(shù)參數(shù)，甚至可能造成分路不良。

2.4 雪害對通信系統(tǒng)設(shè)備的危害影響分析

低溫會使通信室外電纜包層材料質(zhì)地變脆，影響電纜的絕緣及電磁屏蔽防護(hù)。當(dāng)積雪過大時，由于積雪的重量，可能會壓斷通信電纜，從而造成通信線路斷線，冰雪天氣也會影響無線通信場強覆蓋，以上現(xiàn)象綜合起來可能會導(dǎo)致調(diào)度無法正常指揮列車運行。此外，正常的通信維護(hù)和修理工作在冰雪災(zāi)害下也會有一定的困難和危險。

2.5 雪害對動車組的危害影響分析

在冰雪條件下，由于動車組的車體構(gòu)造，會有部分積雪和積水附著在車體的一些特定位置，由于室外的低溫，極易凝結(jié)為冰塊，在列車的高速行駛條件下，強大的氣流壓力可能會使冰塊破裂，嚴(yán)重時甚至冰塊碎掉，并濺到各處?？赡苡性覊南嚓P(guān)設(shè)備、車輛安全隱患，甚至可能出現(xiàn)人員傷亡。另外，車輛個別部位的結(jié)冰在重聯(lián)，解編作業(yè)時影響作業(yè)。積雪也會堵塞高速行駛在積雪區(qū)段的列車的通風(fēng)孔，風(fēng)雪通過縫隙進(jìn)入機(jī)車牽引電機(jī)，造成電機(jī)絕緣不良。

2.6 雪害對牽引供電系統(tǒng)的危害影響分析

冰雪天氣可能會導(dǎo)致接觸網(wǎng)結(jié)冰，當(dāng)接觸網(wǎng)的冰層過厚，增大了接觸網(wǎng)的自重，接觸網(wǎng)承力索將不能承擔(dān)起重量，可能最終導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷裂，從而影響對電力動車組的電力牽引。高速列車的受電弓劃過有覆冰的接觸網(wǎng)，受電弓的磨損會顯著增加；并且受電弓可能會將接觸網(wǎng)上的覆冰刮落，砸在高速行駛的車體上，會有安全隱患。并且接觸網(wǎng)覆冰嚴(yán)重影響電力動車組的弓網(wǎng)關(guān)系，對受電弓的受流造成很大影響，受電情況變化劇烈，可能導(dǎo)致牽引系統(tǒng)無法正常運行。

我國南部地區(qū)缺乏冰雪災(zāi)害運營鐵路的經(jīng)驗，尤其是高速鐵路，主要分布在華中華南，但相關(guān)運營經(jīng)驗和應(yīng)急預(yù)案更少，技術(shù)儲備年份少。近幾年隨著環(huán)境惡化，極端天氣發(fā)生的概率逐年增高，在南方可能會有更多的冰雪或凍雨災(zāi)害。為解決這一矛盾，在一定程度上規(guī)避或減小冰雪災(zāi)害對高速鐵路的運營影響，需要對其進(jìn)行相關(guān)的對策分析。

3 冰雪災(zāi)害下的高速鐵路建設(shè)運營對策分析

高速鐵路應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)的具體情況，靈活而合理的制定出一系列的對冰雪災(zāi)害應(yīng)對防范機(jī)制，力求做到能事先規(guī)避，決不事后補救，先保證基本通行，基本安全，再提升效率的原則。應(yīng)當(dāng)貫穿到建設(shè)，設(shè)計，運營，維護(hù)等多個層次和領(lǐng)域當(dāng)中。具體對策分析如下：

（1）在鐵路的選線及設(shè)計階段，就要充分考慮到這一因素，線路盡可能規(guī)避容易積雪的區(qū)域，盡量使路基高于周圍兩側(cè)地平，新建高速鐵路盡量采用高架橋梁方式。若實在要經(jīng)過易積雪的區(qū)域，有條件的情況下，應(yīng)當(dāng)在路基兩側(cè)設(shè)計防雪溝。

（2）有條件的情況下，和風(fēng)雪易發(fā)區(qū)域，在線路兩側(cè)可種植一定密度的防雪林帶。并設(shè)置相關(guān)的防風(fēng)雪擋墻，減小風(fēng)雪對線路及列車的影響。

（3）采用多種多樣的迂回、轉(zhuǎn)線的運輸方式、充分利用路網(wǎng)資源。若高速鐵路區(qū)段遭到冰雪災(zāi)害的破壞，不具備開行條件，可嘗試采用高鐵路網(wǎng)、高鐵與普鐵、高速鐵路與城際鐵路、城際鐵路與普速鐵路之間的迂回路徑、聯(lián)絡(luò)線等方式，來實現(xiàn)可行的旅客運輸。典型的范例就是京滬高鐵滬寧段，滬寧城際，京滬鐵路滬寧段在上海虹橋附近以及南京樞紐附近的聯(lián)絡(luò)線。待未來滬通鐵路建成，甚至可以考慮取道南通、泰州等江北路線，迂回地實現(xiàn)向南京運輸?shù)哪康摹?/p>

（4）運營措施方面，大風(fēng)雪天氣中，每天高鐵正式運營之前，利用相關(guān)除雪機(jī)械將高鐵全線進(jìn)行一次全面的除雪作業(yè)，保證線路情況良好。并且可根據(jù)具體情況，在白天增加相應(yīng)的除雪作業(yè)天窗時段。

（5）對于牽引供電及接觸網(wǎng)，主要是在冰雪條件下改善電力動車組受電弓和接觸網(wǎng)的弓網(wǎng)關(guān)系，避免出現(xiàn)不穩(wěn)定的受流?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場實際情況，自適應(yīng)地調(diào)整受電弓得仰角等技術(shù)參數(shù)，或采用升雙弓，在一定程度上可有效地改善電力動車組受流情況。也可在接觸網(wǎng)上設(shè)置傳感器，進(jìn)行相應(yīng)的覆冰報警。報警后刻采用機(jī)械除冰和熱力除冰的方式，機(jī)械除冰可采用人力方式也可采用自動化機(jī)械方式，熱力除冰一般采用斷路法。還可采用綜合檢測車的受電弓給接觸網(wǎng)涂抹防凍甘油的方式，來預(yù)防接觸網(wǎng)積雪結(jié)冰。

（6）通信信號方面，列控系統(tǒng)可降級控制，甚至可采用基本的站間閉塞方式，保證安全。高鐵沿線設(shè)置鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)視積雪路況，當(dāng)出現(xiàn)積雪時立刻采取相關(guān)運營措施，第一時間處理。

（7）采取有效的除冰融雪措施。除冰融雪方式主要有熱融，噴灑解凍劑，或物理除雪法。熱融的主要實現(xiàn)技術(shù)有電熱、紅外線等；而噴灑解凍劑既可采用普通的熱水，也可采用含有一定化學(xué)成分的人工合成解凍劑；物理除雪既可采用人力除雪，也可采用自動化的機(jī)械除雪。除冰融雪的重點是道岔部分，要避免除冰融雪后產(chǎn)生的積水再次冰凍。

（8）在動車組構(gòu)造設(shè)計方面，可在動車組車頭前端下部安裝除雪犁，利用列車前進(jìn)力量排雪；并可將動車組車體下部設(shè)計成抽板形式，相對保證列車零件及系統(tǒng)的封閉性，減小冰雪對其工作環(huán)境的破壞及干擾。部分路段積雪較為嚴(yán)重，可配置自動化的除雪軌道車，通過進(jìn)行必要的除雪作業(yè)來保證運輸暢通。

（9）預(yù)防雪崩，針對雪崩制定一系列的應(yīng)急預(yù)案。在雪崩危險區(qū)域或可能有隱患的區(qū)域，需要設(shè)置專門的雪崩監(jiān)測站，在冰雪天氣下應(yīng)立刻啟用，起到預(yù)警的作用。在雪崩可能發(fā)生的時段，行車組織編排列車開行時刻表應(yīng)盡量避免在這一時段?，F(xiàn)場在發(fā)現(xiàn)有危險趨勢、跡象或已發(fā)生雪崩時，應(yīng)立即封鎖危險區(qū)間。隨后積極地采用爆破、炮擊、清理、轉(zhuǎn)運等有效措施將險情和隱患及時排查及整改。同時應(yīng)當(dāng)注意避免雪崩后的滑坡、泥石流等次生災(zāi)害的發(fā)生。

項目來源：武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題《持續(xù)大規(guī)模雪災(zāi)對高速鐵路列車運輸組織的影響》（課題編號Y2011006），課題主持人：謝正媛

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