困难艰险山区高速铁路隧道应急救援设计研究

樊 敏,李远富

(1.西南交通大学经济管理学院,成都 610031;2.西南交通大学土木工程学院,成都 610031)

困难艰险山区高速铁路隧道应急救援设计研究

樊 敏1,李远富2

(1.西南交通大学经济管理学院,成都 610031;2.西南交通大学土木工程学院,成都 610031)

结合贵广高速铁路实际情况研究山区高速铁路隧道设计时应该考虑的应急救援基础设施设计原则与方法,通过研究国内外铁路应急救援设计的原则、规范以及应急组织管理体系,分析并总结出隧道运营风险管理的基本步骤,着重讨论基于救援的隧道安全监控措施设计,给出应急救援辅助决策系统的总体框架,为今后的高速铁路隧道设计过程中涉及到救援的基础设施设置提供参考。

山区;高速铁路;隧道;应急救援

1 概述

高速铁路交通事故是一种突发性、随机性的事件。由于高速列车行驶速度快,运载量大,一旦发生交通事故,易造成严重的伤亡和大范围的交通堵塞,影响铁路正常的交通秩序。如果我们的救助不能及时有效,必然造成巨大的经济损失和不良的社会效应[1]。现今阶段,已投入运营的高速或快速铁路客运线大多建设在平原、丘陵地带,救援工作比较容易开展。而贵广、成贵等高速铁路的建设,开辟了中西部建设高速铁路的新起点,山区高速铁路的救援工作也面临着新的挑战。

由于西部山区地形地质条件复杂,地质灾害频发,气候多变,高速、快速铁路建设与运营受地形、地质、水文、气候条件的影响较大[2]。一场暴雨、冰冻灾害可能诱发的自然灾害,可能会给高速铁路运营带来巨大的危害,设置合理的救援系统,将安全风险降到最低限度,是在设计中必须考虑的重要因素。因此,在高速铁路设计阶段预先设置救援、防灾系统,已成为修建高速铁路不可或缺的重要内容。

2 国内外应急救援研究现状

目前国内外对事故救援问题已进行了较多研究。例如,杨京帅等指出了交通安全地理信息系统是事故救援体系的基础,并采用最优路径算法等措施使事故救援向智能化、信息化的方向发展。杨晓光等归纳总结了高速公路交通事故紧急救援系统的框架和各要素的关系,探讨了高速公路交通事故预防与管理并举的技术与方法。张学尽等介绍了交通事故救援系统是一个具有一定智能决策指挥功能的综合集成系统平台,其集数据通信、数据库和地理信息系统为一体。刘义刚的提出了基于预案库的快速智能决策支持系统的研究,研究了基于预案库的快速智能决策支持系统的体系结构,通过预案的表示、预案库的组织、检索决策机制、预案生成、预案评价、预案库维护等一般过程建立了预案库[3-5]。

发达国家经过多年探索,形成了较为良好的应急管理体系,包括应急管理法规、管理机构、指挥系统、应急队伍、资源保障和信息透明等,形成了比较完善的应急救援系统,并且逐渐向标准化方向发展,使整个应急管理工作更加科学、规范和高效。

国外的应急组织管理体系大致分为2类:一类是建立综合性强的应急管理机构,实行集权化和专业化管理,代表性的国家是美国、俄罗斯和日本等;另一类是实行分权化和多元化管理,在应急管理中实行多部门的参与和协作,代表性的国家是英国、德国、澳大利亚和新西兰等。

目前的铁路事故救援研究成果显示,我国铁路事故救援的研究工作进展较慢,对于整体的铁路事故救援体系的研究较少,尚未形成信息化、系统化、理论化、科学化的研究体系。一般情况下,事故救援是依靠以往的经验,由相关领导和救援人员在事故现场匆忙决定事故救援方法,缺少规范有效的救援程序和方法;整个救援工作的信息化程度不够。

3 应急救援基础设施设置原则

贵广高速铁路共新建隧道 212座,总延长近460 km,占线路总长的55.19%。我国高速铁路隧道主要技术标准中规定:总长大于20 km的特长隧道或隧道群,要优先采用定点救援方案,且在“定点”附近设置固定消防设施和紧急出口。隧道单侧设贯通整个隧道的救援通道,两侧单洞之间应设横通道连接,横通道的间距设置为500m。

隧道救援系统的设置主要考虑运营时的风险,但同时要兼顾施工过程。在施工的同时就要考虑日后救援所面临的问题,如何针对涌水突泥、空气净化与氧气补给、降温排水、降低辐射影响、探明有害气体等方面进行研究改善,以在施工突发事件发生时提供有效的救援是一个方面;另外,在运营中,设置引导标语、通风设施、避险洞等也是有效措施。值得提出的是,在隧道里引入信号,保证与外界的联络,并做好信号设施,建立引导方式信息化系统等能否在救援系统的研究中加以考虑,另外,修建隧道后的横洞、斜洞等能否加以利用,进一步为救援系统服务。

国际铁路联盟考虑了对安全的影响、成本(投资、维护、操作、操作推断)等因素把隧道安全基础设施进行了归类,当然有的安全措施尚未归类,这并不意味着它对于安全没有作用。有的安全基础设施减轻风险的效果虽然不错,但成本效率很低。目前,这些措施仍然被视为指导方针而非严格的规定。基础设施分类见表1,按照既有隧道和新建隧道分别将基础设施归类见表2。

表1 基础设施类型

表2 基础设施归类

我国《高速铁路设计规范》中涉及到隧道应急救援的具体规定主要包括运营通风和疏散。长度大于20 km的隧道宜设置运营通风,紧急救援站应设置防灾通风,避难所和有紧急出口的隧道应设置应急通风;防灾通风应在火灾情况下能控制烟雾扩散方向,与人员疏散相反方向的风速不应小于2.0m/s;防灾通风应与运营通风结合考虑。长度为20 km及以上的隧道应设置紧急救援站,紧急救援站之间的距离不应大于20 km;长度10～20 km的隧道应设置避难所;长度10～3 km的隧道可结合辅助坑道情况设置紧急出口。

4 隧道运营风险管理

虽然风险产生的作用经常为负面影响,但在控制这些影响因素的同时人们也总结出了很多实用的经验。下列元素应该形成一个风险管理过程的一部分:

(1)对项目的评估和控制风险提供一个可以有效地识别、分析、评估的框架;

(2)尽量保证参与风险控制的人的学科知识完善;

(3)保持可控的预算和计划;

(4)确保可以投保;

(5)为融资或资金代理提供必要的审计。

风险管理的步骤如图1所示,图1表明,风险管理并不是一个线性过程,很多方面需要加以考虑。有几个关键的步骤需要进行处理:确定风险、风险评估以及处理风险。一定要意识到风险包括政治、财政、法律、管理、合同、技术和操作,也就是说风险不仅仅是实际建造过程中的问题。在评估风险和努力识别风险的时候,关键要确定:潜在风险、潜在的后果、发生的可能性、数据和信息来源、利害冲突、不确定性等。更进一步的关键问题是风险监控,并在所有阶段的项目费用中估计可能产生的费用。最终,很重要的一点就是在任何可能发生的风险发生时做出快速反应[6-10]。

图1 项目全过程风险管理流程

当山区隧道发生意外事故时,将造成有别于开放性路面的各种不利于救援的危险情况,各种基于救援的风险如下:

(1)通讯受阻,司机在隧道与外界取得联系困难,内部通信有时只是单向传输;

(2)事故状况不明,初期虽然可通过系统监测事故变化,但部分监测设备可能在事故中遭受损坏;

(3)疏散及避难困难,隧道内横断面及道路矮窄狭小,横通道发挥功效较小;

(4)救援车辆进入困难,山区道路条件极其有限,距离医院较远,救护车等救援机构达到困难。

5 基于救援的隧道安全监控措施设计

(1)施工过程中的监测

施工过程中应该成立专门的量测监控部门,对围岩进行监控量测,以确保施工安全和防止地表下沉;当二衬出现裂纹后,对裂纹发展情况(宽度、深度、长度、偏移、断面)进行观测。

(2)应急通信系统

本线新设应急通信系统,在各综合维修车间新设应急通信现场接入设备,按局界划分分别接入成都、南宁、广铁集团调度中心应急通信中心设备。

(3)防灾安全监控系统

防灾安全监控系统由现场监测设备、现场监控单元、监控数据处理设备、调度所设备、传输及网络设备等组成。现场监控单元一般设置于沿线的GSM-R基站或车站防灾机房等处。本次设计在贵阳综合维修段、南宁综合维修段、广州南站防灾机房设置监控数据处理设备,在各路局调度所、各综合维修车间(工区)、路局工务处和工务段设置防灾安全监控终端[11]。本线防灾安全监控系统设置雨量监测系统、风监测系统、异物侵限监控系统和地震监控系统。

(4)环境检测控制系统

环境检测系统应根据检测透过率、CO浓度数据、交通量数据等,控制风机的运行台数、风向和运行时间,实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行;控制隧道的照明系统,调节出入口以及洞内的照明,保证行车的安全。

(5)设备监测系统

在车站站房、贵阳北综合维修段及长大隧道等重要建(构)筑物设置机电设备监控系统,其监控对象包括空调、通风、给排水、电梯、扶梯、低压变配电设备、电气照明等系统。结合本线省界(局界)划分及设站情况,设7处综合维修车间,承担管内工务、牵引供电、通信、信号、水电等设备的经常保养、临时补修及抢修。

(6)综合视频监控系统

本线综合视频监控系统由IP数据网承载,各视频接入节点通过数据网按管辖区域分别汇聚至成都铁路局和南宁铁路局视频区域节点,并对视频区域节点进行扩容改造。系统由视频节点设备、视频采集点前端设备、视频网络和用户终端构成[12]。

6 应急救援决策支持系统

从系统科学的角度来看,山区高速铁路隧道应急救援决策系统是一个复杂系统,其复杂性不仅表现为山区救援的困难、高速铁路救援的技术难点,还体现在应急系统构成要素的多元性,即有多个组织多单位应急主体的参与;同时,应急主体与各个要素之间的关联是动态的。计算机辅助决策应用于应急救援方案制定,要达到的目标是:在采集和分析监控数据基础上,利用救援方面的专家知识进行分析推理,提供一个或几个救援实施方案,为救援人员对方案的选择和判断提供权威建议。图2为应急救援辅助决策总体框架。

图2 应急救援辅助决策总体框架

7 结语

结合贵广高速铁路实际情况,主要研究了困难山区高速铁路隧道在运行过程中可能出现的突发性事件。山区高速铁路的救援工作面临着新的挑战,针对当前现状提出以下几点建议:(1)深入调查研究,根据山区当地的实际情况研究救援设计的可实施性和可操作性,不能仅作为一种摆设;(2)制定相应规范标准,宜以车内设置救援设备,做相应应急演练,告知旅客逃生方法;(3)应充分结合困难艰险山区特点,利用现有公路及施工便道形成快速高效的救援通道;(4)采取分级管理,分级控制,以设计为龙头,培训为基础,落实各环节,降低风险[13]。

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Study on Emergency Rescue Design of High-Speed Railway Tunnel in M ountain Area

FAN Min1,LIYuan-fu2
(1.School of Economics and Management,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

To obtain the design principles and methods on emergency rescue infrastructure of high-speed railway tunnel in mountain area,this article,in combination with the actual situation of Guiyang-Guangzhou High-speed Railway,carries out the researching on domestic and international railway emergency rescue design principles,standards,and emergency response organization and management system,analyzes and summarizes the basic procedures of tunnel operational-risk management,discusses specially the tunnel safety monitoring measure design based on the rescue concept,gives a general framework of decision support system for emergency rescue,and provides reference for high-speed railway tunnel design with the installation of emergency rescue infrastructure in future.

mountain area;high-speed railway;tunnel;emergency rescue

U458

A

1004 -2954(2012)10 -0066 -03

2012-06-28

国家科技支撑计划项目(2008BAG07B05)

樊 敏(1979—),男,工程师,博士研究生,E-mail:fanmine@ 163.com。