高速铁路隧道工程新技术.pdf

书书书 第五篇!高速铁路隧道工程施工 新技术应用与关键质量控制 第一章!高速铁路隧道工程新技术 高速铁路的隧道设计是由限界! 构造尺寸! 使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道 诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的“研究表明# 以上两方面要求中# 后者起控制 作用“ 第一节!高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应综述 当列车进入隧道时# 原来占据着空间的空气被排开“空气的粘性以及气流对隧道壁 面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时# 顺畅地沿列车两 侧和上部流动# 列车前方的空气受压缩# 随之产生特定的压力变化过程# 引起相应的空气 动力学效应并随着行车速度的提高而加剧“ 一! 空气动力学效应对高速铁路运营的影响 ! 由于瞬变压力造成乘员舒适度降低# 并对车辆产生危害$ “! 微压波引起爆破噪声并危及洞口建筑物$ #! 行车阻力加大$ $! 空气动力学噪声$ %! 列车风加剧“ 二! 高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素 高速铁路进入隧道产生的空气动力学效应是由多种因素所确定的“ % !“#$ % ! 机车车辆方面“ 行车速度# 车头和车尾形状# 列车横断面# 列车长度# 列车外表面形状和粗糙度# 车辆 的密封性等$ “! 隧道方面“ 隧道净空断面面积# 双线单洞还是单线双洞# 隧道壁面的粗糙度# 洞口及辅助结构物 形式# 竖井! 斜井和横洞# 道床类型等$ #! 其它方面“ 列车在隧道中的交会等$ 第二节!列车进入隧道引起的瞬变压力 列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加“ !列车移动时从挤压! 排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化% “列车车头进入隧道产生的压缩波以及车尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口之 间来回反射产生的压力变化 ( (%$ ( 计算结果表明# 车辆的密封对车内压力波动的影响可以归结为! 缓解“ 和! 滞后“ 两种 效应 i隧道# 荷兰的n ; q s ; t隧道# 西班牙的m u i i + 隧道及英国伦敦 地铁维多利亚车站隧道等!近年来我国也发生过几起严重的隧道火灾事故!这些隧道内 的灾害不仅直接造成生命财产的巨大损失“ 还造成了停运# 恢复整治和善后处理等更大的 间接损失! 二! 铁路山岭隧道内火灾的特点 列车火灾可能在线路的任何地方发生“ 但以隧道内火灾最难处理“ 主要表现为以下几 方面 !# 着火列车停在隧道内时“ 乘客避难和救援困难! 铁路隧道为长条形“ 空间狭小“ 火灾蔓延速度快“ 排烟困难“ 洞内可视性差# 路面不平“ 且救援设备和人员难以接近着火点! “# 固定灭火设备和排烟设备综合配置难度大! # 列车在隧道内行车时“ 车厢内换气量比非隧道区段大数倍“ 因此一旦着火“ 其火势 也比非隧道区段发展迅猛! $# 隧道内火灾发生后“ 灭火# 恢复整治时间长!间接损失远大于洞外火灾! %# 隧道内环境差“ 固定的火灾监控和自动化消防设施维护困难“ 很难保证火灾发生时 能完好工作! ( “!#$ ( 4! 隧道内火灾发生的概率小“ 且具有位置上的不确定性“ 在隧道短且较分散的情况 下“ 在全线隧道上维持有效的全自动化监测和消防设施投入大! 难度高# =! 客运列车火灾规模小于货运列车# 7! 整个安全系统从发现! 通报! 判断确认! 停车到启动消防及救援系统的时间较长# 根据隧道内列车火灾特点“ 综合分析国外高速铁路隧道列车火灾发生条件及防治措 施“ 高速铁路的隧道安全系统的火灾防治问题应与线路! 机车车辆! 运输组织! 供电及通信 信号! 车站安全监测! 列车工作人员素质等几方面共同解决“ 最大限度地防止列车在隧道 内发生火灾和火灾列车进入隧道“ 并建立起完善的火灾防止和火灾处置程序和行之有效 的管理体制# 三! 隧道内列车消防设施 ! 辅助洞室 避车洞主要用于长隧道维修养护人员避车“ 放置维修养护材料及设备“ 灭火设备等# 不论高速铁路采用何种维修养护体制“ 都不能完全避开运营时间内进行一些必要的 维修养护作业“ 而避车洞是永久性建筑物“ 是作业人员和设备的安全待避所“ 可以为作业 人员和行车提供可靠的安全保障# “! 给排水设施 给水主要用于消火栓用水“ 可照有关消防法设置“ 排水应综合考虑隧道渗漏排水和消 防排水的要求设计#洞口应考虑有能满足消防用水要求的水源或专用蓄水池或水井#并 保持有足够的水量# #! 通讯联络设备 为保证养护维修人员的联络“ 或与最近车站及控制中心等的联络应沿全线分布设置“ 并应充分利用车载无线通讯设备# $! 照明设施 %! 灭火设施 4! 标志牌及报警装置 四! 隧道外消防设施 ! 列车火灾检知设备 对于列车上的火灾检知“ 可以通过列车工作人员及乘客发现并报告#但对车厢外的 火灾却难以发现#高速铁路隧道消防措施应以火灾$ 包括隐患% 列车不进入隧道为首要目 标“ 应在隧道集中区段的相临车站设置主要由红外摄象机! 高速工业电视! 辆数检测器等 构成的固定式单向列车火灾检知设备# 通过红外线摄象机实时检测列车厢体外表温度“ 配合辆数检测等确定温度异常点“ 并 & !#$ & 通过高速工业电视进行目视确认! 所有检测数据传送到通讯检测室“ 进行车次# 部位# 基准温度及发热范围等处理“ 以判 断火灾是否发生! 一旦检测出火灾“ 通过判定处理装置确定火灾列车车次# 车厢号等并传送到指挥中 心“ 并显示在指挥中心的显示屏上!此外“ 高速摄象结果也以静止画面传到指挥中心“ 以 目视进行进一步确认! “# 火灾判定指挥 为了尽早地发现火情“ 必须准确地掌握通常条件下的列车温度“ 并以此为基准尽可能 低地设定火灾判定基准温度! !紧急警报 $ 紧急警报% 与车次及发热异常位置无关“ 当检测出列车表面温度有异常升高时立即 发出警报!列车在通过火灾检测点时“ 当检测装置连续三次扫描都检测出列车前进方向 上连续三个点的数据都超过基准温度“ 即时发出警报! “判定警报 $ 判定警报% 是低于$ 紧急警报% 的基准温度的警报!尽可能在列车表面温度在加热状 态处于较低温度时而且早期地判定出火灾是非常重要的! 为此“ 应确定出列车在常规状态下的发热部位& 如车下电阻器“ 闸瓦等位置 和非发热 部位各自的温度管理限界!经综合分析后在低于紧急警报温度下进行火灾判定! 在一般可能的发热部位内“ 储存其预定的发热点“ 发热范围及最高温度值等“ 将之与 检测出的温度分布进行比较“ 一旦超出此范围“ 即判定为异常并发出警报! 此外“ 检测出通常发热点最高温度以上的发热超过一定面积或者是检测出虽然低于 最高温度的某一温度值超过某一程度的面积值时“ 都应判断为火灾! 对于一般情况下不发热的部位“ 超过其基准温度部分的面积超过基准面积时“ 应判断 为火灾! # 救援列车 在隧道群的相邻车站配备救援列车及专用场地和设备“ 并能保证救援列车经常处于 待动状态! !车场设施 救援列车的编组场以及信号设施( 入库线( 加油站( 动力和照明电源( 车场照明设备( 通讯设施( 其他设施! “救援列车装备 足够的牵引动力& 内燃 ( 起吊设备( 消防设备( 医疗救护设备( 通信及指挥系统( 自身 防护设备( 其他设备! 五! 隧道内列车火灾基本措施 !# 预防措施 ) !#$ ) 机车车辆本身的高热设备器件不接触可燃物! 电气设备可靠! 可燃物尽可能采用耐燃材料或经过耐燃处理! 车辆间连接采用隔燃措施“ 以阻止火灾向相邻车辆蔓延! 隧道用材料难燃化# 如采用难燃电缆$ 埋入式电缆等! 对乘客携带易燃品采用更严格的控制% “$ 灭火及防止火灾扩大措施 !早期发现及时报警 1建立特殊点& 如洗漱室$ 厕所$ 吸烟点$ 无人房间$ 电气设备间等 巡视制度! v1对隐蔽空间设置自动化检测和报警装置“ 并建立判别标准! 5 1加强车站火灾自动化检测% “初期灭火 从火灾发展过程来看“ 初期灭火开始越早效果越好“ 原则上初期灭火应和疏导旅客避 难同时进行% 1初期灭火的物质条件# 包括灭火器材的合理配置“ 照明设施的安全可靠“ 对无法直 接灭火的地点应有与自动检测装置形成联动的灭火系统! v1建立初期灭火程序并加强日常演练% 当判定火势已扩大“ 无法实施初期灭火时“ 应尽快撤离火灾车辆“ 为下一步防止火灾 扩大措施做准备% 表%:!:4:!日本列车上火灾处置程序 火灾程度火焰$ 烟的状态具体举例处置措旋 , !无明火“ 可看到烟% !能确定产生火焰的地点% !火焰仅限于小范围内% !从配 电 盘$ 烟 灰 缸$ 垃 圾 袋$ 部 分 座 席 卧 具 等 处 发 烟% !认为通过清除燃烧物或使 用灭火器可以很容易灭火% - !火势小% !能确定产生火焰的地点% !从配 电 盘$ 烟 灰 缸$ 垃 圾 袋$ 部分座席和行李等处出 现火焰“ 火焰高及腰部% !认为能够由第一到场人员 使用灭火器可以灭火% . !火势大% !能确定产生火焰的地点% !火焰高达窗顶“ 并将引燃 行李架上的行李% !认为能够由第一到场人员 和后续人员多次使用灭火器 可以灭火% / 火势变的非常大% !座席 靠 背$ 内 衬 板$ 行 李 架上的行李等也开始燃烧% !将引燃顶部% 0!火势蔓延到整个车厢% !进入所谓的飞弧跳火状 态% !初期灭火困难 1 !火势大$ 发烟多且危险% !无法靠近% !车厢内浓烟弥漫% !烟可能向其它车厢蔓延% ( %!#$ ( 日本所采用的列车上火灾处置程序及初期灭火界限见表$! %防止火灾扩大措施 在无法进行初期灭火时“ 人员撤退前应将窗# 通风道# 门等车辆开口部位关闭“ 阻断空 气向燃烧车辆内补充“ 防止火# 烟# 毒气等向相邻车辆蔓延“ 确保在相邻车内避难人员的安 全! # 确保乘客安全措施 列车在隧道内发生火灾时“ 确保乘客安全是头等大事 !列车措施 发生火灾的列车不得在隧道内停车“ 应将列车拖离洞外有利于乘客避难的位置!当 火灾列车停在隧道内时“ 应在可能的情况下将其拖出洞外! “通讯联络措施 包括车内广播系统# 车内电话# 列车和车站之间的联络等!用以判别列车措施# 稳定 乘客秩序# 通报火灾情况# 阻止邻近列车靠近“ 接受指令# 待援等! $# 疏导避难 !从火灾发生到列车停止期间 乘客疏导必须和初期灭火同时进行“ 应尽可能向火灾车辆前方车内疏导避难!若不 可能“ 向后方车辆疏导应尽可能远离火灾车辆“ 同时应关闭火灾车辆和车辆的所有通道! “火灾车辆停在隧道内 建立一套乘客在车内避难疏导出洞的程序! %救援 为使救援工作尽快进行“ 必须建立综合救援体制和建立救援程序! 六! 日本隧道火灾措施 日本是多山国家“ 新干线中隧道所占比例高!如山阳新干线全长% $ e公里“ 有隧道 ! $ “座“ 隧道总长“ 4 $公里“ 占全长的$ 7g$ 东海道# 东北# 上越新干线中隧道分别占 ! %g#“ #g# eg!新干线中“ 长大隧道% 大于%公里& 有# !座“ 长隧道群! e处!日本还有 世界上最长的海底铁路隧道:青函隧道! !# 隧道内构造及设施 !新干线隧道不设置人员避车洞“ 但在长度大于! 3 3 3米的隧道中每% 3 3米于隧道左 右交互设置器材洞“ 用于线路养护维修及有关安全设备的存放“ 其尺寸为高f宽f深 “1 % 米f#米f%米! “新干线隧道中“ 设有宽!米以上的作业通道“ 直线段设置在轨面以下e 3厘米“ 曲线 段再加上外轨超高量的!1 ! %倍! %新干线在长! = 3米以上的直线隧道和! # 3#! % 3米以上的曲线隧道设有固定的照 明设备“ 以便于养护作业!在隧道内每隔! %米的两侧墙上装备有照明灯“ 其电源按上# 下 ( #!#$ ( 行线路自成系统! 开关设在隧道两出入口处! 一般为同时点亮! 长大隧道设有分段照明开 关“ &在隧道内装备了漏泄同轴电缆! 乘务人员可通过无线设备随时与中央调度联系“ 在器材洞内还有沿线有线电话机! 在其位置有常明的显示灯箱“ (在长%公里以上的隧道及特殊隧道的每个器材洞内! 放置有“ 3个灭火器# 其中强 化液体! 3个! 粉末! 3个$ “ )在隧道侧壁上以% 3 3米间隔安装有显示到隧道进出口# 或其它出入点$ 距离及其它 有关标识的常明荧光显示牌“ 2供电设备% 为提高供电设备的耐热性能! 隧道内的接触线的辅助承力索& 接触导线 使用了含银线! 同时增设了分相断路器! 缩小因事故造成停车区范围! 最大限度地防止列 车停运“断路器的操作是在中央控制室进行遥控! 并装备在供电事故时可瞬间切断供电 的设备“ 列车防护开关% 为防止发生异常时其他列车驶进隧道! 在每隔“ % 3米的维修用通道 的墙壁上安装了列车防护开关“ “& 青函隧道防灾体系介绍 !火灾 由于日本隧道占线路的比重大! 故而对一般隧道没有将隧道内防火灭火做为重点! 而 是将重点放在机车车辆及车站设施上“ 做为世界上最长的海底隧道! 由于其特殊性和重要性! 拥有大量的最新防灾设施和完 善的防灾体系“在吉冈& 龙飞两个海底车站配置了紧急情况下用的避难& 疏散和处置定点 设施! 在两定点和隧道两个出口配置了$套固定式火灾检测设备“当火灾检测设备检测 到异常温度时! 列车将迅速在最近的定点停车! 乘客可以从站台通过联络通道进入有确保 通风的临时避难所“在所有的避难通道及避难所都配有足够的照明和= %台摄像机! = # 个扩音喇叭! 以使人员能得到指令中心的正确指示和引导“另一方面! 停在地点的着火列 车! 由=