我国铁路长大隧道防火设计的分析

占曙光，黄海龙

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，硕士研究生，四川 成都 610031；2.武汉钢铁集团公司运输部，助理工程师，湖北 武汉 430083）

我国地形复杂多样，山区面积占全国总面积的2/3。由于这一地形特点，我国铁路网中分布着大量的长大隧道。宁西线东秦岭双线铁路隧道长12.26km，宜万铁路野三关隧道长13.85km，京广线衡广段大瑶山隧道长14.3km，兰新线兰武段乌鞘岭特长隧道长20.05km，石太客运专线双洞单线山岭隧道太行山隧道左右线分别长27.839km和27.484km，在建的青藏铁路西格二线上的双线双洞新关角隧道和大瑞线保山至瑞丽段的高黎贡山长隧道全长均超过了30km。我国铁路长大隧道的长度不断刷新纪录。由于隧道的特殊性，其发生灾害的可能性比一般的线路要大，而且一旦灾害发生，救援行动很难展开。有关资料表明，在列车隧道灾害中，以列车隧道火灾的发生概率为最高。因此，铁路隧道的灾害主要是以列车火灾为主的灾害。隧道内发生火灾时，隧道内的温度将会急剧增加，最高温度达到 1000 ℃[1]，还会产生大量的 CO、CO2、NO 等有害气体，此外烟气的遮光性也会给列车疏散产生不利影响，高温还可能引起装有可燃物的货车发生燃烧和爆炸。这样的事故一旦发生，其损失是相当惨重的，不但会造成人员伤亡和大量的财产损失，而且还会长时间中断行车，给社会造成很大的间接损失。因此，为防止隧道火灾的发生以及最大限度地减少发生火灾带来的危害，有必要对长大隧道的防火设计进行研究，在既符合隧道安全标准又节省工程费用的前提下，找到较优的长大隧道防灾设计方案，尽可能减少长大隧道火灾的发生率，以及由于发生火灾造成的人身伤亡和财产损失，从而降低隧道火灾对社会造成的不良影响，维护铁路运输安全的良好形象。

1 防火设计的现状

由于铁路长大隧道越来越多，列车的运行速度越来越高，对长大隧道防火设计要求也随之越高。我国许多专家学者都对此进行了大量的研究工作，有的研究停留在理论层面，有的研究成果已经在长大隧道设计中得到了应用，对我国铁路长大隧道防火设计起到了良好的指导作用。但由于问题的复杂性，目前的研究还不够完善，虽然国外已经有了铁路隧道防火设计相关的规定[2]，但是我国还没有针对各种类型隧道火灾的特点形成一定的隧道防火设计规范。

1.1 长大隧道火灾的原因分析 进行问题的研究首先要认清问题的特征及其发生的原因，对铁路长大隧道火灾的研究也不例外。较长的隧道、地形较复杂隧道、平面呈S形以及形成低扩散区的隧道较易发生火灾。铁路长大隧道由于隧道狭长，一旦发生火灾其气流速度大，火势蔓延快，大量烟气难以排出，人员疏散困难，受特殊火灾行为的影响，火焰传播速度易加快，火灾扑救困难，造成的损失更大。隧道火灾发生的原因是多方面的，主要有人、环境和列车方面的[3]。

据不完全统计，近40多年来我国发生了8起比较严重的铁路隧道事故，具体情况如下表1所示。

表1 最近40多年我国发生的铁路隧道火灾事故

由表1可以看出，在我国的8起铁路隧道列车火灾事故中，7起为货物列车火灾（包括油罐车在内），1起为旅客列车火灾。火灾发生前大都发生脱轨、颠覆，有的引起爆炸事故。表中各种火灾原因可统一归纳为线路质量、隧道内电网线路、列车电气设备、人为因素和不明因素（包括不可抗拒自然因素）等5种。在5种火灾原因中，由列车电气设备问题所引发的火灾所占事故比例和造成的伤亡人数最多，不明因素火灾所占比例最小，造成的损失也最少，其它3种原因则居于上述二者之间。从以上的事故统计中也可以看出，在长大隧道里发生火灾的绝大多数是货车，特别是油罐车。

据对其他主要国家70年代后的隧道火灾事故进行统计知，英国发生1起，日本、美国各发生2起，结合表1可以看出，我国铁路隧道火灾事故远比国外发生频率高。而且我国铁路长大隧道火灾的发生，很多都是由于防火设计存在问题所导致。如线路设置质量要求不高致使列车脱轨、列车耐火性不强而燃烧、隧道接触网不够先进而产生电火花和缺乏隧道状况的实时监视系统等。这也反映出了我国在铁路隧道防火设计方面与国外还有一定的差距，仍有很长的路要走。

1.2 长大隧道火灾的特性及防火设计分析 结合我国已经发生的8起铁路隧道火灾事故，以及我国专家学者们的研究成果可以看出，我国铁路长大隧道火灾具有以下几个基本特性[4，5，6，7]：

l）长大隧道为狭长型空间，列车一旦在隧道内发生火灾，其火势比非隧道区段发展迅猛，温度急剧升高。

2）列车发生火灾停在长大隧道内产生大量烟气难以排出，洞内可见度差，人员疏散困难，并且救援设备和消防人员难以接近着火点。

3）长大隧道内固定消防和通风设备配置难度大，再加上隧道内环境差，维护成本高，很难保证火灾发生时能完好工作。

4）长大隧道发生火灾后，恢复整治时间长，造成长时间中断行车，而且对隧道结构的影响更为严重。

5）铁路长大隧道一般在山区，通信联络相对困难，等待救援灭火时间长。发生火灾的一般都是货车，极易引发爆炸事故。

长大隧道的消防工作与防火设计是隧道火灾的研究重点，不少的专家学者从事了这一方面的研究。吴竞宇在对一系列较严重的铁路隧道火灾种类、成因、特性等方面进行分析的基础上，结合我国现状和世界先进的隧道防火措施，对我国铁路隧道防火进行了探讨。他认为我国在铁路隧道防火设计和消防设施配置标准上仍存在不少空缺，对隧道火灾的理论研究和设备投入上还远远不足，没有形成规模，部分旅客列车的制作材料不符合消防标准，没有建立完善的多部门配合的应急消防措施。他还建议在今后的研究和实践中要从以上几个方面努力，以提高隧道的防火性能[8]。为了提高隧道的抗火灾能力，国外学者对隧道内采用阻燃石膏和短纤维的阻燃树脂进行了研究，以减少隧道火灾的发生[9，10]。茅为中、张念则进一步从列车和隧道2个方面完善防火措施，除了改善列车结构，加强安检措施外，还提出在隧道内设置横通道、“定点”（救援站）和一些系统设备的措施。此外，还从人员安全疏散的观点出发，建立人员疏散模型，采用数值模拟的方法，对铁路隧道中设置“定点”的形式、长度，横通道的间距、数量，以及不同火灾场景下“定点”中人员安全疏散时间等问题进行了研究，给出了一般特长铁路隧道“定点”设置方案，为进一步优化设计施工，促进完善铁路长大隧道的火灾防灾救援规划管理提供了依据[11，12，13]。管鸿浩以武广铁路客运专线为工程背景，分析了铁路特长隧道内遭遇火灾情况下的防灾疏散设计，包括疏散能力、通道设计、通风排烟等，为客运专线的防灾设计提供参考[14]。

2 防火设计研究中存在的问题

长大铁路隧道防灾设计是我国铁路隧道安全研究的重点，也是保证铁路运输安全，提高铁路运输市场竞争力的基础。我国铁路长大隧道火灾事故时有发生，这说明在长大隧道防火设计方面研究工作还不够完善，存在一些问题。

2.1 防火设计的前期研究不够深入 铁路长大隧道的防火设计是以准确地把握铁路隧道火灾的特性为前提的，只有很好地把握铁路长大隧道发生火灾的原因，充分分析其发生火灾时危害生命的主要燃烧产物以及高温的变化规律，才能有针对性地做好长大铁路隧道防火设计。

虽然我国已经有不少的人进行了这方面的研究，但是由于隧道火灾原因的复杂性及不确定性，以及隧道的坡度、长度、弯曲度等不同，其发生火灾时的烟气、温度等的变化规律也不一样。所以，在铁路长大隧道设计之前，要结合该隧道的具体情况，如所处地段的地质、地貌、通风状况等，对其防火设计进行有针对性的分析。

目前，国内对长大铁路隧道火灾特性的分析大部分采用模拟的方法，这种方法虽然能加强人们对隧道火灾的认识，但是模拟和实际情况之间还是有不少的差距，这是因为在模拟的过程中忽略了很多因素，同时很多相关参数的取值都不够准确。由于我国目前还缺乏铁路隧道防火设计的相关规范，很多参数的取值还是借鉴公路或者地铁隧道中的数据，其数据的可用性还值得进一步商榷。为了较好地解决这些问题，我国急需要进行相应的研究，同时结合我国所发生的几起隧道火灾事故，对相关的数据取值进行不断修正。

2.2 防火设计不规范 针对铁路长大隧道防火设计问题，文献[9～14]都进行了研究，给出了不少隧道防火设计的措施。为了减少隧道火灾以及其危害性，在设计时，双线一般都设计成双洞形式，而且平行的二隧道之间要保持一定的距离，每隔一定的距离设置联络通道。长大隧道内还应设置横通道、“定点”等，以方便在发生火灾时进行援救。此外，还应在隧道内安装通风设施和排烟设施。

虽然我国铁路长大隧道防火设计方面已经取得了一些研究成果，但是缺乏系统性规范性。到底多长的隧道应该设置定点救援站，设置几个才合适，横通道之间的距离是多少，横通道的尺寸多大，是采用横向通风还是纵向通风，这些问题目前都没有明确的规定对其进行规范。这也说明我国在长大铁路隧道防火设计方面主要还是凭借经验，随机性比较大。因此，为了减少铁路长大隧道火灾的发生及其带来的危害，需要制定一套较为完整的隧道防火设计规范，以指导设计部门的设计工作以及施工单位的施工。

2.3 防火设计标准不高 我国长大隧道火灾，大部分是由于列车电气设备问题以及线路质量问题，造成货物列车颠覆、起火或爆炸，而我国在这些方面的研究还是比较少。货物列车特别是装有易燃易爆货物的列车，其发生火灾的可能性更大，这些列车在隧道内一旦出现电弧产生的火花以及摩擦产生的火花就可能引发火灾，而接触网与受电弓之间一旦接触不好就可能产生电火花。因此，为了减少由于列车电气设备问题造成的火灾，有必要在隧道内采用高性能的接触网，同时改进列车的电气化设备，及时更新列车的受电弓。

线路质量问题也是引起铁路长大隧道火灾的一大原因，线路质量不好，列车在运行中就很容易发生脱轨。为了尽量避免这一原因造成的火灾事故，在隧道内进行铺轨时，应该适当提高钢轨的标准，并加大隧道钢轨的日常养护维修力度，及时更换新的钢轨。

在进行长大隧道的防火设计时，还应注意完善其配套设施。隧道内不但要有良好的通风及各种消防设施，而且还可以采用一些先进的设备对隧道内线路的状况进行实时监控。宝成线109号隧道火灾事故就是由于地震使线路被堵，列车撞击脱轨而引起的。如果有先进的设备对隧道的线路状况进行监视并及时把信息反馈给司机，那么这一事故有可能会避免。

3 需进一步研究的问题

结合以往的研究成果，针对以上研究中存在的薄弱环节，关于长大隧道的防火设计还有许多值得进一步研究和完善的地方，具体可以概括为以下几个方面。

3.1 加强对隧道火灾的原因及特性分析 研究铁路长大隧道的防火设计，找准铁路隧道火灾原因是前提，由于发生火灾的原因往往是比较复杂的，很难一概而论。因此，可以针对既有铁路和新建的客货混跑铁路，普通货车和特殊货车等分开讨论隧道火灾的原因以及各自火灾的特征，做到研究有针对性。

在分析火灾发生的原因时，不但要注意其中的一个原因，如线路质量问题，列车电气化问题等，还应充分认识到这些原因之间的联系，找到发生火灾的根源，为今后的防火设计提供依据。

在研究长大隧道发生火灾时危害人生命安全的CO、CO2、SO2等有害气体以及高温高浓度的烟雾时，还应针对隧道的特征、火灾的特性，使模拟更贴近实际情况。同时根据实际隧道火灾中得到的相关数据，不断修正模拟中的各项参数，使参数的取值更为合理。

3.2 如何规范隧道的防火设计工作 我国在长大铁路隧道防火设计和消防设施配置时，在更多情况下是借鉴前人的经验，没有统一的标准，这种随机设计的科学性值得怀疑。怎样才能既经济又科学地进行铁路隧道防火设计，合理配置消防设施和加强铁路隧道行车的安全性，使各种长大铁路隧道的防火设计及相关设施的配置有章可循，这是我国在长大隧道防火设计方面需要做的工作。

在铁路长大隧道的防火设计方面，要加强科研和实验工作，在借鉴国外相关规范的基础上，针对我国铁路隧道以及机车车辆的特征，制定出各种等级的铁路隧道防火设计标准，并结合实际情况不断地进行完善。

3.3 如何完善铁路长大隧道的配套设施 从我国发生的数起铁路隧道火灾事故可以看出，很多是由于配套设施以及机车、车辆、线路状况不良造成的。因此，在加强铁路长大隧道防火设计的同时，还要对适用于长大铁路隧道的机车、车辆、线路标准进行研究。

对铁路机车、车辆，特别是装有易燃易爆物的货车要加强养护维修工作，保证电气设备、受电弓等状态良好。为了防止列车受到外界影响而脱轨，在长大隧道内铺轨时应适当提高钢轨标准。要为进入长大隧道的机车、车辆状况以及隧道线路状况制定一个严格的标准。

配备完善的隧道消防设施，对于长大铁路隧道应考虑引进国内外先进的消防车。在隧道内安装线路监控装置，实时监视隧道内部的状况。

4 结束语

随着社会的进步和经济的发展，人们的安全意识越来越强，长大铁路隧道的防火设计得到了建设、运营和设计单位的高度重视。由于我国铁路长大隧道货物列车火灾事故时有发生，因此在进一步分析铁路隧道火灾原因以及特性的基础上，规范铁路长大隧道的防火设计，完善隧道内消防设施的配置，加强对线路、车辆的养护维修，对减少铁路长大隧道的火灾来说非常重要。

为了加强货物列车在长大铁路隧道内行车的安全性，我国要充分发挥相关人员的智慧，加大铁路隧道防火的科研力度，针对各种隧道和列车的具体特征，分析其发生隧道火灾的原因。通过模拟实验再结合隧道火灾的实际经验，针对不同等级和特征的隧道，制定出相应的防火设计规范，为长大隧道的施工提供依据。加强铁路隧道防火设施的研发，为各类铁路隧道经济合理地配备各种消防设施，以减少隧道火灾造成的危害。此外，还应提高机车、车辆的耐火性能，加强对货物列车的养护维修工作，改善长大隧道内的线路的状况，以尽量减少货物列车在隧道内发生火灾的可能性，保证货物列车在长大隧道内的行车安全。

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