铁路长大隧道防灾疏散救援原则及关键技术

马伟斌，罗勋，王志伟

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京100081；2.川藏铁路有限公司，四川 成都610045）

0 引言

隧道是百年工程，长大隧道内防灾疏散救援土建结构、设施设备的可用性、耐久性、稳定性、安全性以及疏散的时效性和救援的应急性存在跨越时间维度大、作用周期长的特点。改革开放40年来，我国平原地区铁路长大隧道防灾疏散救援工程建设取得了长足进步［1］，随着川藏铁路雅安—林芝段先期开工隧道建设，高原地区铁路长大隧道防灾疏散救援原则及关键技术亟需总结完善。高原铁路沿线气候高寒、干燥、大温差、强紫外线，自然灾害风险高，地震频发，易出现高位泥石流、坡面崩塌等，对施工期隧道防灾疏散救援的挑战极大。按规范要求，5 km以上隧道涉及运营期防灾疏散救援工程。由于特长隧道及隧道群分布密集，运营期列车一旦在洞内发生火灾，受限空间内烟气难以及时排出洞外，极易造成人员恐慌和伤亡，高海拔地区人迹罕至，救援组织能力弱，对人员逃生和消防扑救十分不利。沿线环境条件恶劣，高海拔空气稀薄、低温、低氧、低气压使人员逃生速度受到极大限制，疏散能力显著降低，且隧道内火灾烟气蔓延距离更远，下沉速度更快，对人员逃生的危害更大。

鉴于以上背景，结合前期科研积累，面向铁路长大隧道工程，在论述防灾疏散救援技术体系及总体原则的基础上，分施工期与运维期阐述关键技术，并提出亟需进一步解决的问题，为科研、设计、施工提供技术参考。

1 防灾疏散救援技术体系

铁路长大隧道防灾疏散救援工程涉及基础科研、土建结构设计、设施设备选型、软件远程监控、人员应急疏散、事故应急救援，关系隧道施工期和运营期的建设和运营保障。

施工期铁路长大隧道防灾疏散救援主要针对洞内、洞外灾害，包括地震、突涌水、塌方、滑坡、泥石流、高位岩崩、危岩落石等开展，分应急管理、应急救援、救援基地建设、救援队伍建设、救援装备配置、应急指挥信息化平台、外部保障支撑等方面（见图1）。

运营期铁路长大隧道防灾疏散救援工程基于主、被动防灾与因地制宜的理念，立足预防、监视、减灾、抑灾、避灾与逃灾等目的，遵循“一隧一议、统筹设计、分项实施、专门管控”的建设思路，形成包括土建结构设施、机电设备设施、监控系统、疏散模式和管理系统在内软硬件结合的技术体系（见图2）。

图2 运营期铁路长大隧道防灾疏散救援技术体系

2 灾害类型及救援总体原则

2.1 灾害类型

铁路长大隧道施工期灾害类型可按发生位置分为洞内、洞外灾害。洞内灾害类型主要为地震、突涌水、塌方等，洞外灾害类型主要为地震、滑坡、泥石流、高位岩崩、危岩落石等［2］。

根据调研资料［3］，铁路长大隧道运营期灾害类型主要为列车火灾、列车碰撞或脱轨等非火灾灾害，以及地震等自然灾害引发的高位泥石流、洞口处坡面崩塌等灾害。列车火灾成因大多为机车车辆关键部位出现故障、缺陷，以及列车洞内碰撞等。根据文献［4-7］，铁路长大隧道运营期主要灾害类型为火灾。

2.2 救援总体原则

针对施工期铁路长大隧道灾害类型，坚持“以人为本、预防为主、控制灾害、及时救援”总原则，尽可能在勘察选线期间绕避主要不良地质，规避主要灾害，防止灾害事故发生，对极少数难以预料的灾害事故，制定完善的疏散救援预案，尽可能减小灾害造成的影响。

针对运营期铁路长大隧道灾害类型，应贯彻“不同海拔高度隧道防灾疏散救援分级设计、灾害情况下旅客疏散和外部救援路径分段规划，隧道内事故列车和洞口自然灾害分类管控”设计理念，遵循“以人为本、便于疏散、安全待避、限时救援”原则，健全防灾系统，预防灾害发生，建立完善的疏散设施及救援系统，提供人员安全、有效的疏散途径及避难场所，在限定的合理时间内将人员救援至相邻铁路车站或地方应急中心等安全地带，将灾害造成的影响降至最低程度。

3 施工期防灾疏散救援关键技术

3.1 灾害事故预防原则

（1）线位选择。应绕避不良地质，对确实无法绕避的应有完善的处理措施及应急预案。

（2）营（场）地选择。应开展详细的地灾评估工作，避开滑坡、泥石流、高位岩崩等不良地质，尽可能选择开阔地带，保证施工营（场）地安全。

（3）施工管理。施工期间，对洞内的各类灾害，如塌方、突涌水等，应根据隧道地质情况，采用综合超前地质预报手段，加强超前地质预报工作；加强施工管理，保证施工安全。

（4）临时道路。应提高设计标准，加强施工期间维护，保证在紧急情况下道路畅通，方便救援。

（5）救援条件。对远离城镇、交通极差的施工营地，可结合运营期疏散救援需要，设置停机坪，预留空中救援条件。

3.2 灾害事故疏散救援原则

（1）疏散救援坚持以抢救遇险人员生命为中心，同时严防次生灾害，确保施救人员安全。

（2）疏散救援体系建设坚持预防为主、应急有备、以人为本、科学救援，遵循“统一指挥、分级负责、快速反应、专业救援”的原则。

（3）建立应急处置与专业救援相结合、洞内被困人员自救互救与洞外救援相结合、铁路救援与地方救援相结合的疏散救援体系，加强同国家应急救援中心联动。

（4）制定疏散救援预案，建立专业救援队伍，配备专业救援人员，配置专业救援设备，储备疏散救援物质。

（5）对相关人员进行疏散救援教育、知识技能培训和演练。

3.3 灾害事故疏散救援预案

在坚持预防为主的前提下，应规避绝大部分施工灾害，针对常见灾害事故，制定如下疏散救援预案。

（1）塌方灾害事故。设置逃生管道，应做到及时为被困人员通风供氧、提供必需的生存食品；尽快打通救援通道，使被困人员尽快脱离危险环境。救援时应根据塌方情况、地形地貌、水文地质、救援条件等不同特点，选择采用大口径水平钻孔法、小导坑法、顶管法、竖井法、疏通中心水沟（管）等方法。塌方灾害事故疏散救援流程见图3。

（2）水灾事故。应事前落实预设洞内逃生设施，灾害事故发生后尽快组织进洞搜救，迅速将遇险人员运出。具有突涌水灾害事故风险的遂道，设计单位应设计逃生爬梯、逃生绳、逃生台架等具体的应急逃生、疏散、自救措施，并加强对现场的技术交底、指导和配合工作。突涌水灾害事故疏散救援流程见图4。

（3）洞外山地灾害事故。选线时尽量避免滑坡、泥石流、高位岩崩、危岩落石等不良地质，无法避开时应选择从影响较小的地段通过，同时应加强山地灾害事故监测，发现异常时，及时通知人员撤离疏散到安全地点。洞外山地灾害事故疏散救援流程见图5。

4 运营期防灾疏散救援关键技术

4.1 灾害事故预防措施

（1）强化人员和设备管理，减小火灾事故发生概率。加强列车日常检查和旅客管理，杜绝车内吸烟及携带易燃易爆品上车，定期对设备进行维护，最大限度减小列车火灾发生的可能性。

图3 塌方灾害事故疏散救援流程

图4 突涌水灾害事故疏散救援流程

图5 洞外山地灾害事故疏散救援流程

（2）提高列车防火性能和火灾探测能力，配备火灾报警系统。车体内的棉麻制品、高分子材料、塑料、玻璃钢等材料都可燃烧，应配置火灾报警系统和灭火设施，同时提高列车失火状态下运行能力，最大程度保证列车着火后能够驶出隧道或驶至紧急救援站停车疏散人员。

（3）在线路上设置轴温探测装置、火灾报警装置等系统。对列车状态进行实时监控，当列车温度超高或其他状态异常时，阻止列车进入隧道，同时对其他列车发出警告，防止次生灾害。

（4）加强轨道、列车、隧道内设备、隧道结构的检修养护。减少列车脱轨、擦挂、碰撞等事故发生。

（5）针对大风、暴雨、大雪、地震及异物侵入等灾害或事故，健全铁路防灾安全监控系统，保证运营安全。

（6）对洞口危岩落石、高位岩崩等山地灾害，采用清方、加固、接长明洞、设置防护网等综合措施，消除运营期间的安全隐患。

4.2 火灾事故救援站定点停车疏散救援方案

列车在隧道内发生火灾时，尽量驶出隧道并将失火车厢完全停靠于露天地段，开展人员疏散及消防扑救；当列车不能驶出隧道时，列车应停靠在紧急救援站进行疏散待避和救援。长大隧道分为合修与分修2种类型［8］，结合铁路长大隧道工程特点，紧急救援站定点停车分为“单洞双线隧道+平导”定点停车、“双洞单线隧道”定点停车2种情况，具体如下。

4.2.1 “单洞双线隧道+平导”定点停车疏散救援方案

（1）疏散方案。以左线列车起火为例，失火列车停靠在紧急救援站，人员通过救援站疏散站台、疏散联络通道向相邻侧的平导逃生疏散（见图6）。

图6 “单洞双线隧道+平导”定点停车疏散方案

主要安全保障措施：救援站一侧设置贯通平导，另一侧增设局部平导，并在贯通平导或疏散联络通道内设置机械防灾通风和防护门等，通过平导对火灾隧道送风加压，防止火灾烟气蔓延至疏散联络通道内。此外，利用横洞或斜井作为救援站排烟道，在救援站地段顶部设置排烟道与横洞或斜井相接，以实现救援站半横向排烟。

（2）待避方案。当全部旅客逃生至平导后，需关闭救援站疏散联络通道防护门，人员在平导或平导内待避，等待外部救援。人员待避期间，需继续采取通风措施，以提供人员呼吸所需要的新鲜风。

主要安全保障措施：由于单洞双线隧道救援站仅一侧设置贯通平导，在隧底设置1处联络通道，实现两侧平导互联互通。

（3）救援方案。由于单洞双线隧道设置平导，可采用公路救援方案，救援汽车需由地方道路通过平导两端洞口进入救援站人员待避区内，将人员运送至地方应急避难场所或车站等安全地点（见图7）。

4.2.2 “双洞单线隧道”定点停车疏散救援方案

可将紧急救援站结合横洞或斜井井位设置，充分利用分修的双线隧道互为疏散救援。具体方案如下：

（1）疏散方案。着火列车停靠在紧急救援站，开启安全隧道内风机向火灾隧道通风，新鲜风从安全隧道、救援站疏散联络通道流入火灾隧道，人员通过疏散站台面迎新鲜风向疏散联络通道逃生（见图8）。

主要安全保障措施：需在救援站地段拱部设置排烟道，与横洞或斜井排烟道相接，以实现救援站半横向排烟。

（2）待避方案。当全部旅客进入救援站疏散联络通道或安全隧道后，关闭救援站疏散联络通道防护门，将疏散联络通道或安全隧道作为人员的待避空间，并继续向安全隧道、疏散联络通道供送新鲜风，为待避人员提供足够的新鲜空气。

（3）救援方案。采用铁路救援，救援列车通过安全隧道进入救援站，将人员疏散到附近车站（见图9）。

4.3 非火灾事故随机停车疏散及救援方案

图7 “单洞双线隧道+平导”定点停车救援方案（公路救援）

图8 “双洞单线隧道”定点停车疏散方案

图9 “双洞单线隧道”定点停车救援方案

非火灾事故的故障列车或自然灾害（地震、高位泥石流、崩塌）工况，在保证人员安全前提条件下，可采用随机停车为主的疏散方案，具备条件时也可停靠在疏散条件更好的救援站开展人员疏散。随机停车疏散分为“单洞双线隧道+平导”随机停车、“双洞单线隧道”随机停车2种情况。

4.3.1 “单洞双线隧道+平导”随机停车疏散救援方案

（1）疏散方案。随机停车后，开启平导内的送风风机，人员通过横通道疏散到平导内（见图10）。

（2）待避方案。当全部人员进入平导后，关闭横通道防护门，人员进入平导内待避。继续开启平导内送风风机，为待避人员提供足够的新鲜空气。

（3）救援方案。可采用铁路救援和公路救援。

①铁路救援。救援列车通过正线隧道进入事故列车附近，人员通过横通道从平导进入正线救援列车，运送至附近车站（见图11）。

②公路救援。救援汽车通过平导进入将人员运送至地方应急救援中心或附近车站（见图12）。

图10 “单洞双线隧道+平导”随机停车疏散方案

图11 “单洞双线隧道+平导”随机停车救援方案（铁路救援）

图12 “单洞双线隧道+平导”随机停车救援方案（公路救援）

4.3.2 “双洞单线隧道”随机停车疏散救援方案

当列车出现故障或因自然灾害需随机停车，可充分利用分修的双线隧道互为疏散救援通道。

（1）疏散方案。开启安全隧道内的风机，人员从事故隧道通过横通道进入安全隧道（见图13）。

（2）待避方案。当全部人员进入安全隧道后，关闭横通道门，人员进入安全隧道内待避。保持安全隧道内风机处于开启状态，为待避人员提供足够的新鲜空气。

（3）救援方案。列车随机停靠在双洞单线隧道地段时，人员进入安全隧道内待避，采用铁路救援模式，救援列车通过安全隧道进入，将旅客运送至附近车站（见图14）。

图13 “双洞单线隧道”随机停车疏散方案

图14 “双洞单线隧道”随机停车救援方案

5 存在问题

隧道施工期防灾疏散救援通常纳入施工安全风险管控范畴，新建铁路长大隧道土建工程有严格的质量验收程序［9］，隧道施工过程中基于安全监测数据、地质预报数据、风险管理数据建立各类安全监测系统，目前施工期防灾疏散救援整体技术水平较高。在隧道防灾疏散救援领域，当前研究重点为运营期的技术体系。

上述关键技术侧重疏散救援预防措施与方案，其决定土建结构设计原则和方向，但土建结构设计应结合隧址范围内工程地质特征与环境条件进行专门性致灾因素分析和致灾机制计算，在此基础上，进行机电设备设施配置，并同时考虑与土建结构的匹配程度，而后设立监控系统，辅助设备设施日常监控与灾害条件下的应急救援。由于世界范围内高原铁路长大隧道修建数量有限，工程相关研究尚不充分，体现在以下几个方面：

（1）燃烧特性与致灾机制方面。数值分析多侧重救援站内燃气蔓延规律与致灾机制，对于高原铁路等工程地质复杂、高能地质环境多的线路，应该重视预估运营期隧道发生结构损害影响列车行进的特殊情况，列车随机停车后撞击起火情况下燃烧特性、致灾因素和疏散时间等应有科研储备。

（2）土建结构设计优化方面。应立足高原环境人员运动能力下降对土建结构的特殊要求，研究确定横洞、斜井、竖井、平导、紧急出口设置修正参数。

（3）机电设备设施适用性方面。高原低压低氧的环境需考虑机电设备设施对电晕、灭弧能力、绝缘强度、温升、外形和密封、温度的抵抗能力以及静电对机电设备的影响，规范设备设施对于防腐、抗爆、耐疲劳、耐候性、耐久性的技术要求，计算防灾风机的通风效率、功率，计算水消防泵房的供水能力等。

（4）人员疏散及救援时效方面。应引入受限环境人员疏散动力学方面理论，考虑疏散心理学与博弈行为理论，确立非常规灾害事故情况下人员疏散评估模型，为救援策略优化配置提供支撑。

6 结束语

安全是隧道施工与运营永恒的主题。隧道防灾疏散救援在施工阶段和运营阶段应该同等重视，当前铁路长大隧道数量多、里程长、建设环境艰险、运营环境复杂，建设运维付诸实践的前提是确定总体技术、管理原则，研究救援措施，结合救援模式确定救援预案。从施工和运营2个方面，阐述了防灾疏散救援原则与关键技术，并指出运营期铁路长大隧道防灾疏散救援应在燃烧特性与致灾机制、土建结构设计优化、机电设备设施适用性、人员疏散及救援时效4个方面进一步进行研究。当前，铁路长大隧道建设单位与各铁路运输企业非常重视长大隧道应急救援机制的建设和完善［10］，上述防灾疏散救援原则及关键技术可为相关研究和工程技术人员提供参考。