我國鐵路長大隧道防火設(shè)計的分析

占曙光，黃海龍

（1.西南交通大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院，碩士研究生，四川 成都 610031；2.武漢鋼鐵集團公司運輸部，助理工程師，湖北 武漢 430083）

我國地形復(fù)雜多樣，山區(qū)面積占全國總面積的2/3。由于這一地形特點，我國鐵路網(wǎng)中分布著大量的長大隧道。寧西線東秦嶺雙線鐵路隧道長12.26km，宜萬鐵路野三關(guān)隧道長13.85km，京廣線衡廣段大瑤山隧道長14.3km，蘭新線蘭武段烏鞘嶺特長隧道長20.05km，石太客運專線雙洞單線山嶺隧道太行山隧道左右線分別長27.839km和27.484km，在建的青藏鐵路西格二線上的雙線雙洞新關(guān)角隧道和大瑞線保山至瑞麗段的高黎貢山長隧道全長均超過了30km。我國鐵路長大隧道的長度不斷刷新紀錄。由于隧道的特殊性，其發(fā)生災(zāi)害的可能性比一般的線路要大，而且一旦災(zāi)害發(fā)生，救援行動很難展開。有關(guān)資料表明，在列車隧道災(zāi)害中，以列車隧道火災(zāi)的發(fā)生概率為最高。因此，鐵路隧道的災(zāi)害主要是以列車火災(zāi)為主的災(zāi)害。隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，隧道內(nèi)的溫度將會急劇增加，最高溫度達到 1000 ℃[1]，還會產(chǎn)生大量的 CO、CO2、NO 等有害氣體，此外煙氣的遮光性也會給列車疏散產(chǎn)生不利影響，高溫還可能引起裝有可燃物的貨車發(fā)生燃燒和爆炸。這樣的事故一旦發(fā)生，其損失是相當(dāng)慘重的，不但會造成人員傷亡和大量的財產(chǎn)損失，而且還會長時間中斷行車，給社會造成很大的間接損失。因此，為防止隧道火災(zāi)的發(fā)生以及最大限度地減少發(fā)生火災(zāi)帶來的危害，有必要對長大隧道的防火設(shè)計進行研究，在既符合隧道安全標準又節(jié)省工程費用的前提下，找到較優(yōu)的長大隧道防災(zāi)設(shè)計方案，盡可能減少長大隧道火災(zāi)的發(fā)生率，以及由于發(fā)生火災(zāi)造成的人身傷亡和財產(chǎn)損失，從而降低隧道火災(zāi)對社會造成的不良影響，維護鐵路運輸安全的良好形象。

1 防火設(shè)計的現(xiàn)狀

由于鐵路長大隧道越來越多，列車的運行速度越來越高，對長大隧道防火設(shè)計要求也隨之越高。我國許多專家學(xué)者都對此進行了大量的研究工作，有的研究停留在理論層面，有的研究成果已經(jīng)在長大隧道設(shè)計中得到了應(yīng)用，對我國鐵路長大隧道防火設(shè)計起到了良好的指導(dǎo)作用。但由于問題的復(fù)雜性，目前的研究還不夠完善，雖然國外已經(jīng)有了鐵路隧道防火設(shè)計相關(guān)的規(guī)定[2]，但是我國還沒有針對各種類型隧道火災(zāi)的特點形成一定的隧道防火設(shè)計規(guī)范。

1.1 長大隧道火災(zāi)的原因分析 進行問題的研究首先要認清問題的特征及其發(fā)生的原因，對鐵路長大隧道火災(zāi)的研究也不例外。較長的隧道、地形較復(fù)雜隧道、平面呈S形以及形成低擴散區(qū)的隧道較易發(fā)生火災(zāi)。鐵路長大隧道由于隧道狹長，一旦發(fā)生火災(zāi)其氣流速度大，火勢蔓延快，大量煙氣難以排出，人員疏散困難，受特殊火災(zāi)行為的影響，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫准涌?，火?zāi)撲救困難，造成的損失更大。隧道火災(zāi)發(fā)生的原因是多方面的，主要有人、環(huán)境和列車方面的[3]。

據(jù)不完全統(tǒng)計，近40多年來我國發(fā)生了8起比較嚴重的鐵路隧道事故，具體情況如下表1所示。

表1 最近40多年我國發(fā)生的鐵路隧道火災(zāi)事故

由表1可以看出，在我國的8起鐵路隧道列車火災(zāi)事故中，7起為貨物列車火災(zāi)（包括油罐車在內(nèi)），1起為旅客列車火災(zāi)?；馂?zāi)發(fā)生前大都發(fā)生脫軌、顛覆，有的引起爆炸事故。表中各種火災(zāi)原因可統(tǒng)一歸納為線路質(zhì)量、隧道內(nèi)電網(wǎng)線路、列車電氣設(shè)備、人為因素和不明因素（包括不可抗拒自然因素）等5種。在5種火災(zāi)原因中，由列車電氣設(shè)備問題所引發(fā)的火災(zāi)所占事故比例和造成的傷亡人數(shù)最多，不明因素火災(zāi)所占比例最小，造成的損失也最少，其它3種原因則居于上述二者之間。從以上的事故統(tǒng)計中也可以看出，在長大隧道里發(fā)生火災(zāi)的絕大多數(shù)是貨車，特別是油罐車。

據(jù)對其他主要國家70年代后的隧道火災(zāi)事故進行統(tǒng)計知，英國發(fā)生1起，日本、美國各發(fā)生2起，結(jié)合表1可以看出，我國鐵路隧道火災(zāi)事故遠比國外發(fā)生頻率高。而且我國鐵路長大隧道火災(zāi)的發(fā)生，很多都是由于防火設(shè)計存在問題所導(dǎo)致。如線路設(shè)置質(zhì)量要求不高致使列車脫軌、列車耐火性不強而燃燒、隧道接觸網(wǎng)不夠先進而產(chǎn)生電火花和缺乏隧道狀況的實時監(jiān)視系統(tǒng)等。這也反映出了我國在鐵路隧道防火設(shè)計方面與國外還有一定的差距，仍有很長的路要走。

1.2 長大隧道火災(zāi)的特性及防火設(shè)計分析 結(jié)合我國已經(jīng)發(fā)生的8起鐵路隧道火災(zāi)事故，以及我國專家學(xué)者們的研究成果可以看出，我國鐵路長大隧道火災(zāi)具有以下幾個基本特性[4，5，6，7]：

l）長大隧道為狹長型空間，列車一旦在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，其火勢比非隧道區(qū)段發(fā)展迅猛，溫度急劇升高。

2）列車發(fā)生火災(zāi)停在長大隧道內(nèi)產(chǎn)生大量煙氣難以排出，洞內(nèi)可見度差，人員疏散困難，并且救援設(shè)備和消防人員難以接近著火點。

3）長大隧道內(nèi)固定消防和通風(fēng)設(shè)備配置難度大，再加上隧道內(nèi)環(huán)境差，維護成本高，很難保證火災(zāi)發(fā)生時能完好工作。

4）長大隧道發(fā)生火災(zāi)后，恢復(fù)整治時間長，造成長時間中斷行車，而且對隧道結(jié)構(gòu)的影響更為嚴重。

5）鐵路長大隧道一般在山區(qū)，通信聯(lián)絡(luò)相對困難，等待救援滅火時間長。發(fā)生火災(zāi)的一般都是貨車，極易引發(fā)爆炸事故。

長大隧道的消防工作與防火設(shè)計是隧道火災(zāi)的研究重點，不少的專家學(xué)者從事了這一方面的研究。吳競宇在對一系列較嚴重的鐵路隧道火災(zāi)種類、成因、特性等方面進行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)狀和世界先進的隧道防火措施，對我國鐵路隧道防火進行了探討。他認為我國在鐵路隧道防火設(shè)計和消防設(shè)施配置標準上仍存在不少空缺，對隧道火災(zāi)的理論研究和設(shè)備投入上還遠遠不足，沒有形成規(guī)模，部分旅客列車的制作材料不符合消防標準，沒有建立完善的多部門配合的應(yīng)急消防措施。他還建議在今后的研究和實踐中要從以上幾個方面努力，以提高隧道的防火性能[8]。為了提高隧道的抗火災(zāi)能力，國外學(xué)者對隧道內(nèi)采用阻燃石膏和短纖維的阻燃樹脂進行了研究，以減少隧道火災(zāi)的發(fā)生[9，10]。茅為中、張念則進一步從列車和隧道2個方面完善防火措施，除了改善列車結(jié)構(gòu)，加強安檢措施外，還提出在隧道內(nèi)設(shè)置橫通道、“定點”（救援站）和一些系統(tǒng)設(shè)備的措施。此外，還從人員安全疏散的觀點出發(fā)，建立人員疏散模型，采用數(shù)值模擬的方法，對鐵路隧道中設(shè)置“定點”的形式、長度，橫通道的間距、數(shù)量，以及不同火災(zāi)場景下“定點”中人員安全疏散時間等問題進行了研究，給出了一般特長鐵路隧道“定點”設(shè)置方案，為進一步優(yōu)化設(shè)計施工，促進完善鐵路長大隧道的火災(zāi)防災(zāi)救援規(guī)劃管理提供了依據(jù)[11，12，13]。管鴻浩以武廣鐵路客運專線為工程背景，分析了鐵路特長隧道內(nèi)遭遇火災(zāi)情況下的防災(zāi)疏散設(shè)計，包括疏散能力、通道設(shè)計、通風(fēng)排煙等，為客運專線的防災(zāi)設(shè)計提供參考[14]。

2 防火設(shè)計研究中存在的問題

長大鐵路隧道防災(zāi)設(shè)計是我國鐵路隧道安全研究的重點，也是保證鐵路運輸安全，提高鐵路運輸市場競爭力的基礎(chǔ)。我國鐵路長大隧道火災(zāi)事故時有發(fā)生，這說明在長大隧道防火設(shè)計方面研究工作還不夠完善，存在一些問題。

2.1 防火設(shè)計的前期研究不夠深入 鐵路長大隧道的防火設(shè)計是以準確地把握鐵路隧道火災(zāi)的特性為前提的，只有很好地把握鐵路長大隧道發(fā)生火災(zāi)的原因，充分分析其發(fā)生火災(zāi)時危害生命的主要燃燒產(chǎn)物以及高溫的變化規(guī)律，才能有針對性地做好長大鐵路隧道防火設(shè)計。

雖然我國已經(jīng)有不少的人進行了這方面的研究，但是由于隧道火災(zāi)原因的復(fù)雜性及不確定性，以及隧道的坡度、長度、彎曲度等不同，其發(fā)生火災(zāi)時的煙氣、溫度等的變化規(guī)律也不一樣。所以，在鐵路長大隧道設(shè)計之前，要結(jié)合該隧道的具體情況，如所處地段的地質(zhì)、地貌、通風(fēng)狀況等，對其防火設(shè)計進行有針對性的分析。

目前，國內(nèi)對長大鐵路隧道火災(zāi)特性的分析大部分采用模擬的方法，這種方法雖然能加強人們對隧道火災(zāi)的認識，但是模擬和實際情況之間還是有不少的差距，這是因為在模擬的過程中忽略了很多因素，同時很多相關(guān)參數(shù)的取值都不夠準確。由于我國目前還缺乏鐵路隧道防火設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，很多參數(shù)的取值還是借鑒公路或者地鐵隧道中的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的可用性還值得進一步商榷。為了較好地解決這些問題，我國急需要進行相應(yīng)的研究，同時結(jié)合我國所發(fā)生的幾起隧道火災(zāi)事故，對相關(guān)的數(shù)據(jù)取值進行不斷修正。

2.2 防火設(shè)計不規(guī)范 針對鐵路長大隧道防火設(shè)計問題，文獻[9～14]都進行了研究，給出了不少隧道防火設(shè)計的措施。為了減少隧道火災(zāi)以及其危害性，在設(shè)計時，雙線一般都設(shè)計成雙洞形式，而且平行的二隧道之間要保持一定的距離，每隔一定的距離設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道。長大隧道內(nèi)還應(yīng)設(shè)置橫通道、“定點”等，以方便在發(fā)生火災(zāi)時進行援救。此外，還應(yīng)在隧道內(nèi)安裝通風(fēng)設(shè)施和排煙設(shè)施。

雖然我國鐵路長大隧道防火設(shè)計方面已經(jīng)取得了一些研究成果，但是缺乏系統(tǒng)性規(guī)范性。到底多長的隧道應(yīng)該設(shè)置定點救援站，設(shè)置幾個才合適，橫通道之間的距離是多少，橫通道的尺寸多大，是采用橫向通風(fēng)還是縱向通風(fēng)，這些問題目前都沒有明確的規(guī)定對其進行規(guī)范。這也說明我國在長大鐵路隧道防火設(shè)計方面主要還是憑借經(jīng)驗，隨機性比較大。因此，為了減少鐵路長大隧道火災(zāi)的發(fā)生及其帶來的危害，需要制定一套較為完整的隧道防火設(shè)計規(guī)范，以指導(dǎo)設(shè)計部門的設(shè)計工作以及施工單位的施工。

2.3 防火設(shè)計標準不高 我國長大隧道火災(zāi)，大部分是由于列車電氣設(shè)備問題以及線路質(zhì)量問題，造成貨物列車顛覆、起火或爆炸，而我國在這些方面的研究還是比較少。貨物列車特別是裝有易燃易爆貨物的列車，其發(fā)生火災(zāi)的可能性更大，這些列車在隧道內(nèi)一旦出現(xiàn)電弧產(chǎn)生的火花以及摩擦產(chǎn)生的火花就可能引發(fā)火災(zāi)，而接觸網(wǎng)與受電弓之間一旦接觸不好就可能產(chǎn)生電火花。因此，為了減少由于列車電氣設(shè)備問題造成的火災(zāi)，有必要在隧道內(nèi)采用高性能的接觸網(wǎng)，同時改進列車的電氣化設(shè)備，及時更新列車的受電弓。

線路質(zhì)量問題也是引起鐵路長大隧道火災(zāi)的一大原因，線路質(zhì)量不好，列車在運行中就很容易發(fā)生脫軌。為了盡量避免這一原因造成的火災(zāi)事故，在隧道內(nèi)進行鋪軌時，應(yīng)該適當(dāng)提高鋼軌的標準，并加大隧道鋼軌的日常養(yǎng)護維修力度，及時更換新的鋼軌。

在進行長大隧道的防火設(shè)計時，還應(yīng)注意完善其配套設(shè)施。隧道內(nèi)不但要有良好的通風(fēng)及各種消防設(shè)施，而且還可以采用一些先進的設(shè)備對隧道內(nèi)線路的狀況進行實時監(jiān)控。寶成線109號隧道火災(zāi)事故就是由于地震使線路被堵，列車撞擊脫軌而引起的。如果有先進的設(shè)備對隧道的線路狀況進行監(jiān)視并及時把信息反饋給司機，那么這一事故有可能會避免。

3 需進一步研究的問題

結(jié)合以往的研究成果，針對以上研究中存在的薄弱環(huán)節(jié)，關(guān)于長大隧道的防火設(shè)計還有許多值得進一步研究和完善的地方，具體可以概括為以下幾個方面。

3.1 加強對隧道火災(zāi)的原因及特性分析 研究鐵路長大隧道的防火設(shè)計，找準鐵路隧道火災(zāi)原因是前提，由于發(fā)生火災(zāi)的原因往往是比較復(fù)雜的，很難一概而論。因此，可以針對既有鐵路和新建的客貨混跑鐵路，普通貨車和特殊貨車等分開討論隧道火災(zāi)的原因以及各自火災(zāi)的特征，做到研究有針對性。

在分析火災(zāi)發(fā)生的原因時，不但要注意其中的一個原因，如線路質(zhì)量問題，列車電氣化問題等，還應(yīng)充分認識到這些原因之間的聯(lián)系，找到發(fā)生火災(zāi)的根源，為今后的防火設(shè)計提供依據(jù)。

在研究長大隧道發(fā)生火災(zāi)時危害人生命安全的CO、CO2、SO2等有害氣體以及高溫高濃度的煙霧時，還應(yīng)針對隧道的特征、火災(zāi)的特性，使模擬更貼近實際情況。同時根據(jù)實際隧道火災(zāi)中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，不斷修正模擬中的各項參數(shù)，使參數(shù)的取值更為合理。

3.2 如何規(guī)范隧道的防火設(shè)計工作 我國在長大鐵路隧道防火設(shè)計和消防設(shè)施配置時，在更多情況下是借鑒前人的經(jīng)驗，沒有統(tǒng)一的標準，這種隨機設(shè)計的科學(xué)性值得懷疑。怎樣才能既經(jīng)濟又科學(xué)地進行鐵路隧道防火設(shè)計，合理配置消防設(shè)施和加強鐵路隧道行車的安全性，使各種長大鐵路隧道的防火設(shè)計及相關(guān)設(shè)施的配置有章可循，這是我國在長大隧道防火設(shè)計方面需要做的工作。

在鐵路長大隧道的防火設(shè)計方面，要加強科研和實驗工作，在借鑒國外相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，針對我國鐵路隧道以及機車車輛的特征，制定出各種等級的鐵路隧道防火設(shè)計標準，并結(jié)合實際情況不斷地進行完善。

3.3 如何完善鐵路長大隧道的配套設(shè)施 從我國發(fā)生的數(shù)起鐵路隧道火災(zāi)事故可以看出，很多是由于配套設(shè)施以及機車、車輛、線路狀況不良造成的。因此，在加強鐵路長大隧道防火設(shè)計的同時，還要對適用于長大鐵路隧道的機車、車輛、線路標準進行研究。

對鐵路機車、車輛，特別是裝有易燃易爆物的貨車要加強養(yǎng)護維修工作，保證電氣設(shè)備、受電弓等狀態(tài)良好。為了防止列車受到外界影響而脫軌，在長大隧道內(nèi)鋪軌時應(yīng)適當(dāng)提高鋼軌標準。要為進入長大隧道的機車、車輛狀況以及隧道線路狀況制定一個嚴格的標準。

配備完善的隧道消防設(shè)施，對于長大鐵路隧道應(yīng)考慮引進國內(nèi)外先進的消防車。在隧道內(nèi)安裝線路監(jiān)控裝置，實時監(jiān)視隧道內(nèi)部的狀況。

4 結(jié)束語

隨著社會的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，人們的安全意識越來越強，長大鐵路隧道的防火設(shè)計得到了建設(shè)、運營和設(shè)計單位的高度重視。由于我國鐵路長大隧道貨物列車火災(zāi)事故時有發(fā)生，因此在進一步分析鐵路隧道火災(zāi)原因以及特性的基礎(chǔ)上，規(guī)范鐵路長大隧道的防火設(shè)計，完善隧道內(nèi)消防設(shè)施的配置，加強對線路、車輛的養(yǎng)護維修，對減少鐵路長大隧道的火災(zāi)來說非常重要。

為了加強貨物列車在長大鐵路隧道內(nèi)行車的安全性，我國要充分發(fā)揮相關(guān)人員的智慧，加大鐵路隧道防火的科研力度，針對各種隧道和列車的具體特征，分析其發(fā)生隧道火災(zāi)的原因。通過模擬實驗再結(jié)合隧道火災(zāi)的實際經(jīng)驗，針對不同等級和特征的隧道，制定出相應(yīng)的防火設(shè)計規(guī)范，為長大隧道的施工提供依據(jù)。加強鐵路隧道防火設(shè)施的研發(fā)，為各類鐵路隧道經(jīng)濟合理地配備各種消防設(shè)施，以減少隧道火災(zāi)造成的危害。此外，還應(yīng)提高機車、車輛的耐火性能，加強對貨物列車的養(yǎng)護維修工作，改善長大隧道內(nèi)的線路的狀況，以盡量減少貨物列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的可能性，保證貨物列車在長大隧道內(nèi)的行車安全。

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