高速铁路安全运行高影响天气条件等级标准研究*

崔新强，周小兰，付　佳，代　娟，刘　静

(湖北省气象服务中心，湖北 武汉 430205)



高速铁路安全运行高影响天气条件等级标准研究*

崔新强，周小兰，付佳，代娟，刘静

(湖北省气象服务中心，湖北 武汉 430205)

摘要:为保障高速铁路在恶劣天气条件下安全运行，在查阅国内外关于高速铁路安全运营管理规范和相关标准的基础上，结合气象研究相关成果，初步确立了影响我国高速铁路安全运行的雷电、大风、降雨、降雪(积雪)、低能见度(雾、霾、沙尘暴、降雨、降雪、吹雪、扬沙等)、最低气温、冻雨、冰雹等8种高影响天气条件等级标准，研究表明，本标准对于高速铁路安全运营管理与气象保障服务具有一定的参考。

关键词:高速铁路；安全运行；气象灾害；天气条件；等级标准

高速铁路由于运行速度快、运输能力大、能源消耗小而在我国得到快速发展。但是,因雷电、大风、暴雨等气象灾害影响高速铁路安全运营的事件时有发生。而且一旦遭遇紧急情况或危险天气，可供应急处置的时间和方式均有限。因此,造成的灾害损失往往十分惨重。随着我国高速铁路开通运营高峰的到来，高速铁路安全运营问题将更加突出。

为了最大限度地减少高铁行车安全事故，铁路部门采取各种措施力保高速铁路安全运营。但究竟如何依据气象要素对高速铁路运行进行管控，没有一部规范和科学的气象标准。

在现有气象研究成果的基础上，查阅相关国家标准和气象行业标准[1-12]，结合国内外铁路部门运营管理规范[13-19]，制定高速铁路运行高影响天气条件等级[20-26]，对于科学防范恶劣天气对高速铁路运行造成的危害，保障高速铁路安全运行具有十分重要的现实意义。

1高速铁路安全运行高影响天气条件等级划分一般规则

本标准研究参照了以往气象条件等级标准编制的一般方法，同时又力求给出具体的防御措施，如正常运行、限速运行(限速到多少)、停止运行等，以增强标准的可操作性。

参考我国铁路部门一直使用的0～3级共计4级的管控方案，它们分别对应列车正常运行或解除警戒、注意警戒、危急警戒、封锁警戒。本研究在危急警戒和封锁警戒之间增加了一个特别危急警戒。确定高速铁路高影响天气条件等级为0～4级共5个等级(表1)。目的是与铁路部门现行的管控方案尽可能统一，便于该标准以后的推广及使用。

表1　高速铁路运行高影响天气条件等级划分一般规则

2高速铁路安全运行高影响天气条件等级划分

2.1雷电

雷电主要影响高速铁路的动力系统，造成断电使列车无法正常运行。相比动力系统，雷电对列车信号系统的影响概率要小很多，这主要因为列车信号系统采用的是另一套供电系统，即绝缘电缆，且架设高度低于裸露的供电网。雷电一般不会对列车信号系统造成损害。鉴于目前雷电还没有分级标准，所以制定雷电对高速铁路运行影响的天气条件等级(表2)。

2.2大风

大风是对高速铁路运行影响最为严重的天气之一，也是铁路部门重点防范的气象灾害。大风可造成列车动力系统和信号系统故障，严重时可造成列车倾覆。日本新干线规定：25 m/s≤平均风速<30 m/s，列车限速160 km/h;30 m/s≤平均风速<35 m/s，列车限速70 km/h;平均风速≥35 m/s，列车停止运行。

《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)[16]第343条规定如下：“在环境风速不大于15 m/s时，可以正常速度运行；环境风速不大于20 m/s时，运行速度不大于300 km/h；环境风速不大于25 m/s时，运行速度不大于200 km/h；环境风速不大于30 m/s时，运行速度不大于120 km/h；环境风速大于30 m/s时，严禁动车组列车进入风区”。瞬时风速与平均风速关系依据“兰新铁路第二双线防风技术及工程设计”[25]研究和试验成果。据此，制定大风对高速铁路运行影响的天气条件等级(表3)。平均风速取2 min平均值。

2.3降雨

强降雨是对普速铁路运行影响最严重的天气之一。相比之下，高速铁路受降雨影响的程度要小很多。强降雨导致能见度降低，影响视程从而影响高速铁路运行。日本新干线规定，1 h降水量超过25 mm列车开始警戒，1 h降水量达到40～45 mm时列车限速170 km/h运行。

按照我国铁路部门规定， 1 h雨量达到暴雨标准，需开始限速警戒。《铁路技术管理规程》(高速铁路部分) 第347条规定，遇有降雨天气，重点防洪地段1 h降雨量达到45 mm及以上时，列车限速120 km/h；1 h降雨量达到60 mm及以上，列车限速45 km/h。当1 h雨量降至20 mm及以下、且持续30 min以上时，可逐步解除限速。据此，制定降雨对高速铁路运行影响的天气条件等级(表4)。降雨强度采用1 h和1 min降雨量，均取观测实况。

2.4降雪(积雪)

降雪(积雪)除影响驾驶视线外，当道床被大雪完全覆盖时，可能会引起短路，造成列车供电系统和信号系统故障，列车行进中卷起的积雪在列车底部被冻结也可造成列车硬件受损。日本新干线规定：钢轨积雪17～19 cm时限速210 km/h，钢轨积雪19～22 cm时限速160 km/h，钢轨积雪22～30 cm时限速110 km/h，钢轨积雪30 cm以上时列车停止运行。

表2　雷电对高速铁路运行影响的等级划分

表3　大风(平均风速，瞬时风速V)对高速铁路运行影响的等级划分

表4　降雨(1 h降雨量R1,1 min降雨量r1)对高速铁路运行影响的等级划分

表5　降雪(积雪,轨枕板积雪厚度H)对高速铁路运行影响的等级划分(35°N以南地区)

表6　降雪(积雪,轨枕板积雪厚度H)对高速铁路运行影响的等级划分(35°N以北地区)

《铁路技术管理规程》(高速铁路部分) 第350条均规定：中雪或积雪覆盖轨枕板或道砟面时，无砟轨道区段限速250 km/h及以下，有砟轨道区段限速200 km/h；降大雪、暴雪时，无砟轨道区段限速200 km/h及以下，有砟轨道区段限速160 km/h。当无砟轨道区段轨枕板积雪厚度10 cm以上时，限速200 km/h及以下；有砟轨道区段轨枕板积雪厚度5 cm以上时，限速160 km/h及以下。

《长春工务段2012年高速铁路降雪应急处置预案》[17]规定：降中雪以下或积雪覆盖道砟面时，限速200 km/h及以下；大雪、暴雪时，限速160 km/h及以下。当积雪雪厚5 cm以上时，列车限速160 km/h及以下。将35°N线作为南北气候分界线，制定降雪(积雪)对高速铁路运行影响的天气条件等级(表5、表6)。

2.5低能见度(雾、霾、沙尘暴、降雨、降雪、吹雪、扬沙等)

高速铁路属于高架、封闭的系统，其驾驶主要靠自动化系统完成。从理论上来讲，高速铁路可实现“盲驾”。强浓雾主要影响高速铁路的动力系统。尤其是雾霾会造成“雾闪”(或污闪)，带电离子击穿绝缘子，造成列车电力系统跳闸、断电，影响列车运行。“雾闪”一般发生在列车启动出站时，行进中的列车一般不会发生“雾闪”事件。

《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)[16]第355条规定，遇天气恶劣，信号机显示距离不足200 m，改按恶劣天气难以辨认信号的办法行车。《铁路暴风雨雪雾等恶劣天气应急预案(暂行)》[18]规定，当能见度小于50、100、200 m时，分别进入Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级应急状态。据此，制定低能见度(雾、霾、沙尘暴、降雨、降雪、吹雪、扬沙等)对高速铁路运行影响的天气条件等级(表7)。

2.6最低气温

高温对高速路铁影响较小，列车设备可耐高温运行。而低温对高速铁路运行影响则较大。低温会造成道岔被冻住，影响列车运行。哈大高铁可在-40 ℃～40 ℃之间正常运行，2015年之前执行冬季时刻表(当年12月至次年3月)时车速从300 km/h降为200 km/h。我国铁路部门规定，低温导致列车底部结冰限速250 km/h[19]。日本新干线规定，高铁安全正常运行轨温最高为64 ℃，最低为-10 ℃。基于以上参考，制定最低气温对高速铁路运行影响的天气条件等级(表8)。

表7　低能见度(L)对高速铁路运行影响的等级划分

表8　最低气温(T)对高速铁路运行影响的等级划分

表9　冻雨(电线积冰直径D)对高速铁路运行影响的等级划分

注：电线积冰直径包含裸线直径26.8 mm。

表10　冰雹(冰雹直径d)对高速铁路运行影响的等级划分

2.7冻雨

冻雨(雨淞)是导致冰冻灾害发生的重要天气现象之一。冻雨特别是长时间低温冰冻对高速铁路影响较大。冻雨会导致轨面摩擦力减小、电力线路和通信线路断裂、倒塔倒杆等，影响列车运行。在地面气象观测中，用电线积冰直径(裸线直径为26.8 mm)来衡量冻雨的严重程度。根据研究，电线积冰厚度在0～10 mm为轻度冰灾区，10～20 mm为中度冰灾区，20～30 mm为重度冰灾区。积冰直径=裸线直径26.8 mm+2倍积冰厚度。另外，南方电网电线积冰厚度设计极限值一般不超过30 mm。铁路部门规定，接触网导线结冰受电弓取流不畅时，限速160 km/h及以下。据此，制定冻雨对高速铁路运行影响的天气条件等级(表9)。

2.8冰雹

冰雹也是影响高速铁路运行的重要天气现象之一。冰雹尤其是直径较大的冰雹对高速铁路影响较大。大的冰雹会砸坏电网或信号设备，影响列车运行。根据国家标准“冰雹等级”[3]研究， 冰雹按直径大小可分为四级，直径小于5 mm的为小冰雹，大于等于5 mm而小于20 mm的为中冰雹，大于等于20 mm而小于50 mm的为大冰雹，大于50 mm的为特大冰雹。参照此标准，制定冰雹对高速铁路运行影响的天气条件等级(表10)。

3应用规则

当有两种高影响天气出现时，应以其中限速最低的等级确定高速铁路运行高影响天气条件等级。

当有三种及以上高影响天气出现时，应在其中限速最低的等级基础上提高一个等级(最高为封锁警戒)确定高速铁路运行高影响天气条件等级。

本标准气象要素值是指铁路部门布设在铁路车站的气象站或气象部门布设的、离铁路车站最近的气象站所观测的值。

4结语

(1) 高速铁路安全运行气象条件与普速铁路具有较大的差异性,如暴雨对普速铁路的影响很大，但对高速铁路的影响非常有限，在实际应用中应区别使用。

(2)本研究确定的高速铁路安全运行高影响天气条件等级标准虽然具有一定的普适性，但我国东西及南北气候差异性较大，各地在应用中应做好本地化订正工作。

(3)不同等级的高速铁路以及同一等级高速铁路的不同路段，天气条件对高速铁路的安全运行的影响不尽不同，在实际应用中应灵活掌握。

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*收稿日期：2016-01-20修回日期：2016-03-13

基金项目：2013年公益性行业(气象)科研专项经费项目(GYHY201306058)

第一作者简介：崔新强(1963-)，男，陕西扶风人，高级工程师，研究方向为公共气象服务. E-mail：zytcxq@126.com

中图分类号：X43；S42；P64；P4

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2016)03-0026-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.005

Research on Level Standards of High-impact Weather over High-speed Railway Safety Operation

CUI Xinqiang, ZHOU Xiaolan, FU Jia, DAI Juan and LIU Jin

(HubeiMeteorologicalServiceCenter,Wuhan430205,China)

Abstract:In order to ensure high-speed railway in safe operation of the bad weather conditions. Based on the survey of specification of high-speed railway safety operation & management and related standards, the papers have built the Level Standards of Weather Conditions Impacting by lightning, wind, precipitation, snowfall, haze, dust storms temperature, wire icing and hail and so forth over High-speed railway after integrating the achievements of meteorological research. Moreover, the application test results show that our works can provide the certain reference to the operational safe management and meteorological service Assurance for High-speed railway.

Key words:high-speed railway; safety operation; standards of weather; level

崔新强，周小兰，付佳，等. 高速铁路安全运行高影响天气条件等级标准研究[J]. 灾害学，2016，31(3)：26-30. [CUI Xinqiang, ZHOU Xiaolan, FU Jia, et al. Research on Level Standards of High-impact Weather over High-speed Railway Safety Operation[J].Journal of Catastrophology，2016，31(3)：26-30.]