我國鐵路長大隧道防火設計的分析

占曙光，黃海龍

（1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，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）

我國地形復雜多樣，山區面積占全國總面積的2/3。由于這一地形特點，我國鐵路網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，其發生災害的可能性比一般的線路要大，而且一旦災害發生，救援行動很難展開。有關資料表明，在列車隧道災害中，以列車隧道火災的發生概率為最高。因此，鐵路隧道的災害主要是以列車火災為主的災害。隧道內發生火災時，隧道內的溫度將會急劇增加，最高溫度達到 1000 ℃[1]，還會產生大量的 CO、CO2、NO 等有害氣體，此外煙氣的遮光性也會給列車疏散產生不利影響，高溫還可能引起裝有可燃物的貨車發生燃燒和爆炸。這樣的事故一旦發生，其損失是相當慘重的，不但會造成人員傷亡和大量的財產損失，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，為防止隧道火災的發生以及最大限度地減少發生火災帶來的危害，有必要對長大隧道的防火設計進行研究，在既符合隧道安全標準又節省工程費用的前提下，找到較優的長大隧道防災設計方案，盡可能減少長大隧道火災的發生率，以及由于發生火災造成的人身傷亡和財產損失，從而降低隧道火災對社會造成的不良影響，維護鐵路運輸安全的良好形象。

1 防火設計的現狀

由于鐵路長大隧道越來越多，列車的運行速度越來越高，對長大隧道防火設計要求也隨之越高。我國許多專家學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，有的研究成果已經在長大隧道設計中得到了應用，對我國鐵路長大隧道防火設計起到了良好的指導作用。但由于問題的復雜性，目前的研究還不夠完善，雖然國外已經有了鐵路隧道防火設計相關的規定[2]，但是我國還沒有針對各種類型隧道火災的特點形成一定的隧道防火設計規范。

1.1 長大隧道火災的原因分析 進行問題的研究首先要認清問題的特征及其發生的原因，對鐵路長大隧道火災的研究也不例外。較長的隧道、地形較復雜隧道、平面呈S形以及形成低擴散區的隧道較易發生火災。鐵路長大隧道由于隧道狹長，一旦發生火災其氣流速度大，火勢蔓延快，大量煙氣難以排出，人員疏散困難，受特殊火災行為的影響，火焰傳播速度易加快，火災撲救困難，造成的損失更大。隧道火災發生的原因是多方面的，主要有人、環境和列車方面的[3]。

據不完全統計，近40多年來我國發生了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多年我國發生的鐵路隧道火災事故

由表1可以看出，在我國的8起鐵路隧道列車火災事故中，7起為貨物列車火災（包括油罐車在內），1起為旅客列車火災。火災發生前大都發生脫軌、顛覆，有的引起爆炸事故。表中各種火災原因可統一歸納為線路質量、隧道內電網線路、列車電氣設備、人為因素和不明因素（包括不可抗拒自然因素）等5種。在5種火災原因中，由列車電氣設備問題所引發的火災所占事故比例和造成的傷亡人數最多，不明因素火災所占比例最小，造成的損失也最少，其它3種原因則居于上述二者之間。從以上的事故統計中也可以看出，在長大隧道里發生火災的絕大多數是貨車，特別是油罐車。

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

1.2 長大隧道火災的特性及防火設計分析 結合我國已經發生的8起鐵路隧道火災事故，以及我國專家學者們的研究成果可以看出，我國鐵路長大隧道火災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，列車一旦在隧道內發生火災，其火勢比非隧道區段發展迅猛，溫度急劇升高。

2）列車發生火災停在長大隧道內產生大量煙氣難以排出，洞內可見度差，人員疏散困難，并且救援設備和消防人員難以接近著火點。

3）長大隧道內固定消防和通風設備配置難度大，再加上隧道內環境差，維護成本高，很難保證火災發生時能完好工作。

4）長大隧道發生火災后，恢復整治時間長，造成長時間中斷行車，而且對隧道結構的影響更為嚴重。

5）鐵路長大隧道一般在山區，通信聯絡相對困難，等待救援滅火時間長。發生火災的一般都是貨車，極易引發爆炸事故。

長大隧道的消防工作與防火設計是隧道火災的研究重點，不少的專家學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種類、成因、特性等方面進行分析的基礎上，結合我國現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計和消防設施配置標準上仍存在不少空缺，對隧道火災的理論研究和設備投入上還遠遠不足，沒有形成規模，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能力，國外學者對隧道內采用阻燃石膏和短纖維的阻燃樹脂進行了研究，以減少隧道火災的發生[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，除了改善列車結構，加強安檢措施外，還提出在隧道內設置橫通道、“定點”（救援站）和一些系統設備的措施。此外，還從人員安全疏散的觀點出發，建立人員疏散模型，采用數值模擬的方法，對鐵路隧道中設置“定點”的形式、長度，橫通道的間距、數量，以及不同火災場景下“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”設置方案，為進一步優化設計施工，促進完善鐵路長大隧道的火災防災救援規劃管理提供了依據[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遭遇火災情況下的防災疏散設計，包括疏散能力、通道設計、通風排煙等，為客運專線的防災設計提供參考[14]。

2 防火設計研究中存在的問題

長大鐵路隧道防災設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。我國鐵路長大隧道火災事故時有發生，這說明在長大隧道防火設計方面研究工作還不夠完善，存在一些問題。

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

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

目前，國內對長大鐵路隧道火災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，同時很多相關參數的取值都不夠準確。由于我國目前還缺乏鐵路隧道防火設計的相關規范，很多參數的取值還是借鑒公路或者地鐵隧道中的數據，其數據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的研究，同時結合我國所發生的幾起隧道火災事故，對相關的數據取值進行不斷修正。

2.2 防火設計不規范 針對鐵路長大隧道防火設計問題，文獻[9～14]都進行了研究，給出了不少隧道防火設計的措施。為了減少隧道火災以及其危害性，在設計時，雙線一般都設計成雙洞形式，而且平行的二隧道之間要保持一定的距離，每隔一定的距離設置聯絡通道。長大隧道內還應設置橫通道、“定點”等，以方便在發生火災時進行援救。此外，還應在隧道內安裝通風設施和排煙設施。

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

2.3 防火設計標準不高 我國長大隧道火災，大部分是由于列車電氣設備問題以及線路質量問題，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，其發生火災的可能性更大，這些列車在隧道內一旦出現電弧產生的火花以及摩擦產生的火花就可能引發火災，而接觸網與受電弓之間一旦接觸不好就可能產生電火花。因此，為了減少由于列車電氣設備問題造成的火災，有必要在隧道內采用高性能的接觸網，同時改進列車的電氣化設備，及時更新列車的受電弓。

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

在進行長大隧道的防火設計時，還應注意完善其配套設施。隧道內不但要有良好的通風及各種消防設施，而且還可以采用一些先進的設備對隧道內線路的狀況進行實時監控。寶成線109號隧道火災事故就是由于地震使線路被堵，列車撞擊脫軌而引起的。如果有先進的設備對隧道的線路狀況進行監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

結合以往的研究成果，針對以上研究中存在的薄弱環節，關于長大隧道的防火設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 加強對隧道火災的原因及特性分析 研究鐵路長大隧道的防火設計，找準鐵路隧道火災原因是前提，由于發生火災的原因往往是比較復雜的，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的原因以及各自火災的特征，做到研究有針對性。

在分析火災發生的原因時，不但要注意其中的一個原因，如線路質量問題，列車電氣化問題等，還應充分認識到這些原因之間的聯系，找到發生火災的根源，為今后的防火設計提供依據。

在研究長大隧道發生火災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，還應針對隧道的特征、火災的特性，使模擬更貼近實際情況。同時根據實際隧道火災中得到的相關數據，不斷修正模擬中的各項參數，使參數的取值更為合理。

3.2 如何規范隧道的防火設計工作 我國在長大鐵路隧道防火設計和消防設施配置時，在更多情況下是借鑒前人的經驗，沒有統一的標準，這種隨機設計的科學性值得懷疑。怎樣才能既經濟又科學地進行鐵路隧道防火設計，合理配置消防設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計及相關設施的配置有章可循，這是我國在長大隧道防火設計方面需要做的工作。

在鐵路長大隧道的防火設計方面，要加強科研和實驗工作，在借鑒國外相關規范的基礎上，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計標準，并結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施 從我國發生的數起鐵路隧道火災事故可以看出，很多是由于配套設施以及機車、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護維修工作，保證電氣設備、受電弓等狀態良好。為了防止列車受到外界影響而脫軌，在長大隧道內鋪軌時應適當提高鋼軌標準。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施，對于長大鐵路隧道應考慮引進國內外先進的消防車。在隧道內安裝線路監控裝置，實時監視隧道內部的狀況。

4 結束語

隨著社會的進步和經濟的發展，人們的安全意識越來越強，長大鐵路隧道的防火設計得到了建設、運營和設計單位的高度重視。由于我國鐵路長大隧道貨物列車火災事故時有發生，因此在進一步分析鐵路隧道火災原因以及特性的基礎上，規范鐵路長大隧道的防火設計，完善隧道內消防設施的配置，加強對線路、車輛的養護維修，對減少鐵路長大隧道的火災來說非常重要。

為了加強貨物列車在長大鐵路隧道內行車的安全性，我國要充分發揮相關人員的智慧，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，分析其發生隧道火災的原因。通過模擬實驗再結合隧道火災的實際經驗，針對不同等級和特征的隧道，制定出相應的防火設計規范，為長大隧道的施工提供依據。加強鐵路隧道防火設施的研發，為各類鐵路隧道經濟合理地配備各種消防設施，以減少隧道火災造成的危害。此外，還應提高機車、車輛的耐火性能，加強對貨物列車的養護維修工作，改善長大隧道內的線路的狀況，以盡量減少貨物列車在隧道內發生火災的可能性，保證貨物列車在長大隧道內的行車安全。

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