铁路隧道火灾事故及其规模研究综述

赵东平，王 峰，余颜丽，李 奎

（1.中铁二院工程集团有限责任公司科学研究院，四川成都 610031；

2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室土木工程学院，四川成都 610031；3.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024）

铁路隧道火灾事故及其规模研究综述

赵东平1，王 峰2，3，余颜丽1，李 奎1

（1.中铁二院工程集团有限责任公司科学研究院，四川成都 610031；

2.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室土木工程学院，四川成都 610031；3.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024）

铁路隧道火灾规模是隧道火灾防治的关键问题。通过对国内外铁路隧道火灾事故及列车火灾规模大小的统计，分析了铁路隧道火灾事故发生的原因和产生的后果，提出了减少铁路隧道火灾事故的相关建议。总结了影响铁路隧道内列车火灾规模大小的因素，建议列车材质采用难燃材料、设计合理的防灾通风速度、尽可能减少列车门窗的开启数量等措施来降低隧道内列车火灾规模。在此基础上，结合我国铁路客车的特点及国外相关研究结果，建议在铁路隧道和隧道群火灾后果评估中，可采用15 MW的稳定热源作为参考。

铁路隧道；火灾事故；火灾规模

0 引言

众所周知，特长铁路隧道及隧道群内由于其结构特点，一旦列车在隧道内发生火灾，特长铁路隧道及隧道群内的防灾救援系统将是保障人员安全疏散和救援的基础。茅为中等［1］针对特长铁路隧道的火灾防灾救援和人员安全疏散问题进行了研究和讨论；赵红莉等［2］采用模型试验研究了铁路水下盾构隧道不同风速、火灾规模等因素对火灾烟气温度场分布规律的影响；赵海东［3］以乌鞘岭隧道为例，对特长铁路隧道运营及定点防灾救援模式进行了探讨和研究；李忠友等［4］对隧道火灾的2个主要影响因素（火灾热释放率和临界风速）进行了介绍。从大部分对铁路隧道火灾的研究成果可以看出，目前主要的研究对象集中在以下2个方面：1）火灾烟气分布规律的研究；2）特长铁路隧道防灾救援模式的研究。与之形成鲜明对比的是，一些国内外铁路隧道火灾灾害事故及影响铁路隧道火灾灾害严重后果的一些相关基础性的因素和数据的研究还很缺乏，如导致铁路隧道火灾灾害的因素、列车火灾规模大小的确定等等。

本文采用调研和统计的方法对铁路隧道火灾灾害及规模大小进行分析，这些因素和基础数据的研究必须花费巨大的人力、物力和财力，有的研究还需要联合多部门，协调各种因素；因此，其研究存在一定的客观性。对近几十年来国内外已发生的铁路隧道火灾灾害进行归纳和研究，对国内外铁路隧道火灾灾害规模的研究进行系统地分析，旨在为特长铁路隧道及隧道群防灾救援系统的设计提供一些基础数据，为进一步了解铁路隧道火灾灾害事故提供参考。

1 国内外铁路隧道火灾事故分析

1.1 国内外铁路隧道火灾事故案例

铁路隧道，尤其是特长铁路隧道及隧道群通常为一狭长的地下网络空间。当隧道内列车一旦发生火灾，依据事故导向安全的原则，着火列车将尽可能快地驶出隧道，以保证人员在宽敞的地带逃生和疏散，并尽可能地减少人员伤亡和财产损失；当在特长铁路隧道和隧道群内发生火灾且列车无法驶出隧道时，着火列车将尽可能停靠在沿线的紧急救援站进行人员逃生和疏散。目前，这一原则已在国内外铁路隧道及隧道群防灾救援系统工程中普遍采用。

尽管国内外在铁路隧道及隧道群内已采用这样的事故导向安全原则，但特长铁路隧道或隧道群内火灾事故带来的潜在危害和实际后果仍让人难以承受。近1个世纪以来，国内外铁路隧道曾发生了一系列的火灾事故（见表1），造成了巨大的人员伤亡和财产损失［5-9］。

表1 国内外铁路隧道火灾事故［5-9］Table 1 Fire accidents in railway tunnels around the world［5-9］

1.2 铁路隧道火灾事故成因分析

从已发生的铁路隧道火灾灾害事故中可以看出，无论铁路隧道的长短，隧道内都有可能发生火灾灾害事故。例如，我国发生的几次铁路隧道火灾事故，虽隧道长度不长，但由于列车爆炸或列车颠覆导致了火灾的发生。分析火灾原因和火灾后果可以得知，这些事故都是由于列车无法驶出隧道而导致了非常严重的后果。目前，国内外在制定铁路隧道及隧道群内防灾救援系统时，均采用了事故导向安全原则，列车应尽可能快地驶出隧道。基于这个原则，相比一些长度较短的铁路隧道，在特长铁路隧道内发生火灾时，人员疏散和可能产生的后果将更为严重。因此，特长铁路隧道火灾灾害事故引起了各方面的高度重视。几次发生在特长铁路隧道内的火灾灾害事故，如大瑶山隧道（14.3 km）、英法海底隧道（50 km）、意大利Saleeo隧道（9 km）等，都引起了人们的高度关注。其中，被公认为是最安全的英法海底隧道在1996年发生的火灾事故中，仍然造成了人员30伤，10节车厢损毁，隧道衬砌遭到严重破坏［10］。可以看出，特长隧道一旦发生火灾，产生的危害和后果是十分惨重的，不仅会造成大量的人员伤亡，而且对列车和隧道衬砌结构都将产生严重破坏。因此，特长铁路隧道防灾救援系统的设计显得尤为突出和重要。

参考表1，铁路隧道内列车火灾的原因可以归纳为以下3点：1）铁路隧道和列车内电气设备故障而引发的火灾灾害；2）列车运行颠覆、爆炸引发的火灾灾害；3）人为纵火引发的火灾灾害。

这些论述是从既肯定作者才华卓尔不群，又指陈其作品有所失当的正反两方面入手，力图在还原和尊重客观事实的基础上提出理论。一方面承认和肯定了王实甫“才情富丽”、“辞家之雄”，《西厢记》也自有高妙之处；另一方面也批评王氏创作囿于“情”字，使《西厢记》在五本二十一折的长度下显得蔓芜，同时《西厢记》一些字句锤炼不足，缺失蕴藉，甚至部分字句“全不成语”。这些有理有据的论述，体现出何良俊对元曲的认识完全趋于理性，不盲目尊奉元曲代表作家、作品，而是尽量客观看待作家才华与具体作品间的得失问题。

因此，在铁路隧道运营过程中，应高度重视铁路隧道内线路的安全，定期对铁路隧道内和列车上的电气设备进行维修和养护，同时，应高度重视和提防人为纵火和恐怖主义。当列车在特长隧道和隧道群内运行时，列车内部应加强巡视和检查。

2 国内外铁路隧道火灾规模研究

2.1 铁路隧道火灾规模分析

铁路隧道火灾规模是导致铁路隧道火灾后果的最主要原因之一，同时，也是铁路隧道防灾系统设计的基础。

为减小铁路隧道内火灾的规模，一些国际铁路机构和组织开展了一些可行措施的研究，并制定了相关规范。例如：欧洲铁路标准（European Standard）讨论和制定在铁路列车材料上使用一些难燃材料，从而限制铁路列车火灾的发生率和火灾规模的大小［11］；美国有轨列车和乘客轨道系统标准（NFPA 130 Standard）针对每种列车物体给出了一些参考信息，但对火灾的热释放率和时间的演进缺乏相关指导意见［12］。国内外已发生的一些铁路隧道火灾事故很难认定火灾规模的大小，因此，各国科研人员和研究机构也开始采用一些模型试验和现场测试手段，开展对铁路隧道火灾规模大小的研究。表2列出了各国对铁路隧道列车火灾规模大小的试验研究结果［6，13］。

表2 国内外铁路隧道火灾规模调研结果［6，13］Table 2 Studies on scale of fire accidents in railway tunnels around the world［6，13］

从表2中可以看出，国外的相关试验主要集中在对旅客列车着火时的火灾规模大小的研究，而对于货运列车，未见到相关的研究报告，这也反映出各国对铁路隧道客运列车着火及人员疏散安全的高度重视。对于货运列车，由于货物类型不同，其发生火灾规模的大小也各不相同。本文主要对客运列车着火时的火灾规模进行调研和分析。从铁路隧道客运列车火灾规模大小的分析可知，目前对铁路隧道内列车火灾规模大小的研究结果并无统一的结论。例如：欧盟相关国家对一些铁路隧道火灾的现场测试（EUREKA 499）结果表明，采用铁制的德国城际快速铁路列车发生火灾，隧道内通风速为0.5 m/s时，列车火灾产生的最大火灾规模为19 MW；而同样对于采用铁制的德国城际普通铁路客车发生火灾，隧道内风速为0.5 m/s时，隧道内列车火灾产生的最大规模为13 MW。EUREKA 499报告指出，由半节铝制车厢、半节铁制车厢联合组成的1节车厢发生火灾，隧道内风速为6～8 m/s时，隧道内列车火灾产生的最大规模明显增大，达到43 MW。EUREKA 499报告还对德国地铁铝制列车在隧道内发生火灾进行了测试，隧道内风速为0.5 m/s时，隧道内列车火灾产生的最大规模为35 MW［6］。

英国铁路相关部门对不同类型的旅客列车在隧道内的火灾进行了相关的现场测试，测试结果表明：对于英国旅客列车415，隧道内列车火灾产生的最大规模为16 MW；而当采用旅客列车Sprinter时，隧道内列车火灾产生的最大规模降低至7 MW。

以上是国外相关研究机构和组织对大尺度隧道列车火灾的现场测试，由于大尺度现场测试需要投入巨大的费用，因此，限制了此方法的广泛使用。Ingason［13］开展了缩小尺度的模型试验研究，模型列车采用了1∶10的缩小比例尺度，分别采用硬纸板和胶合板建造。此模型试验主要考虑了列车门窗打开程度对火灾规模的影响，同时，对火灾的演进过程进行了进一步的观察和分析。

从Ingason的试验结果可以看出：当列车门窗全部开启时，采用硬纸板和胶合板制成的模型列车发生火灾时的最大热释放率达到143 kW和148 kW，换算成原型尺度试验火灾，热释放率达到45 MW和47 MW；如果列车车窗全部关闭，仅有1扇门开启，最大火灾热释放率不超过11 kW（3.5 MW）；如果仅有4扇窗和1扇门开启，最大热释放率达到60 kW（19 MW）和70 kW（22 MW）。John等［14］在研究中也得到了类似的结论。

2.2 影响铁路隧道火灾规模因素分析

目前，国内外对铁路隧道火灾规模还没有统一的标准，其原因在于影响铁路隧道内列车火灾规模的因素较多，且各个因素单独及综合地影响着列车火灾的规模。总结归纳为以下3点：1）列车材质对火灾规模的影响；2）铁路隧道通风速度对火灾规模的影响；3）铁路隧道内列车门窗开启对火灾规模的影响。

当列车采用铁制材质时，隧道内列车火灾规模的峰值在7～20 MW；当列车采用铝制材质时，隧道内列车火灾规模的峰值明显增大，达到30 MW以上。当隧道内通风速度较大时（6～8 m/s），隧道内列车火灾规模的峰值达到40 MW；通风速度较小时（0.5 m/s），隧道内列车火灾规模的峰值在10～20 MW。结论表明，隧道内通风速度越大，列车火灾规模也越大，因此，铁路隧道内防灾通风系统及通风速度的确定至关重要。进一步分析门窗开启对列车火灾的影响，可以看出：当列车门窗全开启时，隧道内火灾规模的峰值超过40 MW；当列车门窗全部关闭时，隧道内火灾规模的峰值仅为3.5 MW；较少部分门窗开启（4扇窗和1扇门开启）时，隧道内火灾规模的峰值达到19 MW。

因此，为尽可能减小铁路隧道列车火灾规模，达到将火灾灾害后果降至最低的目标，建议采取以下措施：

1）列车材质在考虑降低列车整体质量的前提下，尽可能采用一些难燃材料；

2）特长铁路隧道及隧道群防灾通风系统设计时，应严格控制通风速度，风速的大小应刚好能克服火灾烟气向人员疏散路径扩散和回流，避免风速过大；

3）当铁路隧道内的列车发生火灾时，在保证人员逃生所需要的足够通道和空间的前提下，应尽可能减少列车门窗的开启数量。

目前，国内对铁路隧道列车火灾规模的研究尚不多见，在实践应用中通常直接采用10～20 MW的数据。我国现行的铁路客运列车车体为薄壁筒形结构，客运列车材质普遍采用低合金钢、不锈钢以及铝合金等［15］，且旅客列车普遍采用封闭式，门窗在运行时基本均为关闭状态，列车的密闭性较好。根据以上特点，结合国外对铁路隧道列车火灾规模的研究，铁路隧道火灾规模在最高峰时持续的时间较短，如按火灾规模最高峰值评估火灾后的损失并不科学，势必扩大了火灾规模的大小，降低了火灾规模的影响，导致铁路隧道火灾后损失评估的不准确性。因此，在特长铁路隧道和隧道群火灾灾害计算和火灾灾害后果评估中，建议采用15 MW的稳定热源作为参考。

3 结论与讨论

通过对国内外铁路隧道火灾灾害事故和列车火灾规模大小的统计和分析，总结了各国铁路隧道火灾灾害事故发生的原因和产生的后果，提出了减少铁路隧道火灾灾害事故与降低隧道内列车火灾规模的措施。结合我国铁路客车的标准和特点及国外的相关研究成果，建议当铁路隧道内风速不大且铁路客车采用铁制等难燃材质时，在铁路隧道火灾灾害的计算和火灾灾害后果评估中，可采用15 MW的稳定热源作为参考。

本文的研究结论可为铁路隧道火灾事故分析及评估提供参考和借鉴。值得注意的是，目前国外铁路隧道火灾试验结果表明，列车材质、通风速度和门窗开启数量对火灾规模的影响较大，因此，实际火灾事故评估中还应综合考虑列车材质及结构、通风条件等因素的影响。此外，对于铁路隧道气象条件等因素对火灾规模的影响还有待进一步的研究。

（References）

［1］ 茅为中，张念.铁路隧道火灾预防及救援探讨［J］.隧道建设，2010，30（1）：20-23.（MAO Weizhong，ZHANG Nian.Study on fire-prevention and passenger-rescue of railway tunnels［J］.Tunnel Construction，2010，30（1）：20-23.（in Chinese））

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A Review of Fire Accidents in Railway Tunnels and Study on Their Scale

ZHAO Dongping1，WANG Feng2，3，YU Yanli1，LIKui1
（1.Research Division of Science and Technology Engineering，China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，Sichuan，China；2.Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Ministry of Education，School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，Sichuan，China；3.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China）

The scale of fire accidents in railway tunnels is a key point for tunnel fire prevention.The fire accidents in railway tunnels and the results of studies on the scale of fires around the world have been reviewed and analyzed in this paper.The causes for and the resultof fire accidents in railway tunnels are analyzed，and suggestions aremade to reduce the fire accidents.Factors influencing the scales of fires in railway tunnels are summarized.A series of countermeasures，including employing fire-retardantmaterials for the trains，designing a proper disaster-prevention ventilation speed，and decreasing the number of the opening windows as far as possible，are proposed.Based on these suggestions，a 15 MWsteady fire scale is recommended for the simulation and evaluation of fire accidents in railway tunnels.

railway tunnel；fire accident；fire scale

10.3973/j.issn.1672-741X.2015.03.006

U 458

A

1672-741X（2015）03-0227-05

2014-11-03；

2015-02-02

国家自然科学基金资助项目（51108287）；能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室开放基金资助项目（2013KF01）；中铁二院计划科研资助项目13164185（13-14）

赵东平（1979—），男，黑龙江嫩江人，2008年毕业于西南交通大学，桥梁与隧道工程专业，博士，高级工程师，现从事隧道及地下工程设计及理论研究工作。