中低速磁浮鐵路運營風險及事故災害應急救援分析

魏慶朝 初智杰 潘姿華

(1.北京交通大學土木建筑工程學院， 100044， 北京；2.中國建筑一局(集團)有限公司， 100161， 北京∥第一作者， 教授)

中低速磁浮鐵路作為一種新型交通運輸方式，在牽引、軌道、線路、車輛等方面都有別于其他交通工具，有著獨特的工作原理和運行方式[1]。而這種特殊性，導致磁浮列車在高架橋上突發(fā)事故或突遇災害時，列車救援和乘客疏散工作開展起來較為困難。目前，我國已有長沙磁浮快線和北京磁浮S1線兩條中低速磁浮鐵路開通運營，而清遠磁浮旅游專線也于2020年投入使用。本文將基于已開通運營的兩條線路，對中低速磁浮鐵路救援設施、設備和事故災害應急救援方案進行對比分析和研究。

1 中低速磁浮鐵路運營風險分析

1.1 運營風險因素分析

中低速磁浮列車由牽引、懸浮、供電、照明、通信等多個系統(tǒng)組成，任何一個系統(tǒng)發(fā)生故障都有可能導致列車正常運行受到影響。磁浮線路和軌道的平順性也是安全運營的重要保障。另外，極端天氣也給列車的正常運行帶來了一定的威脅。表1對中低速磁浮鐵路運營風險進行了分析，給出了存在的風險及其可能帶來的后果。

1.2 線路敷設方式及對救援的影響

中低速磁浮鐵路的線路敷設方式可分為高架、低置和隧道三種。CJJ/T 262—2017《中低速磁浮交通設計規(guī)范》規(guī)定，中低速磁浮交通正線宜采用架空、全封閉的敷設方式[5]，即高架線路。特殊區(qū)段可采用低置或隧道敷設。不同的敷設方式對事故救

表1 中低速磁浮鐵路運營風險分析

援有著重大的影響。

1.2.1 低置線路

低置線路結構，是由支承軌道結構的承軌梁與用來支承承軌梁的路基兩部分組成。承軌梁一般采用“凸”型鋼筋混凝土結構，分為下部底板和上部梁體兩部分。下部底板埋置于路基上，上部梁體支承軌道結構。承軌梁下的路基應按土工結構物設計，確保其滿足強度、穩(wěn)定性和耐久性的要求，并符合環(huán)境保護、水土保持等相關規(guī)定。路基又可分為路堤和路塹兩種形式。圖1和圖2分別是典型的低置結構雙線路堤、路塹結構橫斷面圖。

圖1 低置結構雙線路堤橫斷面

對于地質復雜、工后沉降難以控制，或地下水位較高、路基易產生凍害等存在不穩(wěn)定因素的地段，不宜采用低置線路結構[5]。

1.2.2 高架線路

高架線路是中低速磁浮最常用的線路敷設方式。采用高架線路既保持了專用道的形式，同時占地較少，與公路呈立體交叉，對城市交通的干擾也較少，可以充分利用磁浮交通的小半徑、大坡度的特點避讓既有建筑及橋梁[6]。

圖2 低置結構雙線路塹橫斷面

區(qū)間一般地段宜采用等跨簡支梁式橋跨結構，上部結構應優(yōu)先采用預應力混凝土結構，亦可采用鋼結構和鋼-混凝土組合結構。在需要跨越城市干線、鐵路、大江大河等大型平面障礙時，優(yōu)先采用常規(guī)跨度，考慮中間設墩布置。當常規(guī)跨度不能跨越時，考慮連續(xù)梁、拱橋等方案。當跨越道路交叉角度較小時，可考慮采用框架墩。

1.2.3 隧道線路

中低速磁浮鐵路在特殊地段，經技術經濟比較后，可采用隧道線路。隧道線路需要注意抗震、防水、防火設計，同時要考慮空氣動力學效應對列車進洞和出洞造成的影響。北京磁浮S1線設有287 m長的隧道線路。日本東部丘陵線設有1.4 km長的隧道線路[7]。

1.2.4 敷設方式對救援的影響

線路敷設方式決定了線路的空間位置，對事故和災害的救援有著直接的影響。

低置線路車廂地板距離地面高度相對高架線路較小，但即使是完全低置線路，從車廂地板降至地面也有1.8 m左右，緊急情況下乘客仍需沿線路縱向疏散。同時，這種敷設方式會占用城市地面空間，一定程度上對公路交通產生干擾，同時易受水災、路基病害的影響，因此使用較為有限，大多作為車輛檢修和車站承載結構[8]。

高架線路雖然有利于保持線路的平順性，但由于高架橋一般高度較高，在實際運營過程中突發(fā)事故或災害后，乘客的疏散和列車救援只能沿著線路縱向進行，無法向兩側開展，這給乘客疏散和列車救援帶來了很大難度。另外，高架線路可能跨越城市繁忙交通干線或河道等復雜自然人文、地質條件，不易于救援設施的施展。

隧道線路可以減少線路繞避，但卻為救援帶來了更大的困難。相比于高架線路，隧道內乘客的疏散和列車救援同樣只能沿著線路縱向進行，而且隧道空間相對狹小、封閉，救援設備難以進入，一旦發(fā)生火災，煙氣不易疏散，極易造成嚴重的人員傷亡和財產損失。

結合規(guī)范和對不同敷設方式的分析，中低速磁浮鐵路應盡可能采用高架敷設的方式，這也為事故救援增加了難度，因此后續(xù)將針對高架區(qū)間的事故救援進行分析。

2 中低速磁浮鐵路救援設施設備分析

盡管中低速磁浮鐵路有多種措施和設施保障列車的正常運行，但在遭遇特殊情況和極端天氣時，還是有可能發(fā)生安全事故。為了保證乘客的生命安全和線路的正常運營，中低速磁浮鐵路需要配備救援設施和設備，以便事故發(fā)生時及時對乘客進行疏散和救援，同時對事故列車進行處置。救援設施設備可分為固定救援疏散設施和車載救援設備兩大類。

2.1 固定救援疏散設施

2.1.1 疏散平臺

根據CJJ/T 262—2017《中低速磁浮交通設計規(guī)范》規(guī)定，中低速磁浮鐵路的高架區(qū)間應設置縱向疏散平臺[5]。

對于雙線線路，疏散平臺一般敷設在兩線之間，以方便任意方向列車疏散使用。疏散平臺集合了檢修、電纜通道以及乘客緊急疏散通道等功能。疏散平臺一般由支撐柱、橫梁、平臺板、欄桿、槽鋼、混凝土基礎組成，如圖3所示。

圖3 疏散平臺橫斷面圖

根據規(guī)范，縱向疏散平臺寬度應不小于1 000 mm[5]。但在實際建設中由于限界限制以及軌道梁寬度的有限性，疏散平臺寬度往往僅滿足最低標準?？紤]到疏散時可能會出現(xiàn)擁擠狀態(tài)，盡管規(guī)范未作要求，但往往在疏散平臺兩側增設防護欄桿。護欄為間斷式，以適應中低速磁浮列車隨機停車的要求；疏散平臺兩側欄桿錯位交替布置，可滿足列車隨機停車時乘客的疏散要求，也可滿足疏散乘客行走時的安全防護要求[9]。

日本的Linimo磁浮線雖然沒有設置疏散平臺，但在雙線地段通過橫向連接兩片箱梁形成寬大的橋面，給乘客沿線路方向疏散提供空間，這與疏散平臺的本質和意義是相同的[10]。

2.1.2 逃生樓梯

當在中低速磁浮鐵路站間距較大時，乘客在逃離至疏散平臺后需要較長時間才能步行至臨近車站。此時可每隔一定距離設置一處逃生樓梯。圖4和圖5是逃生樓梯的縱、橫斷面圖。事故發(fā)生后，乘客可直接步行至逃生樓梯所在位置，在工作人員的組織下有序步行至地面。逃生樓梯的設置，可以使乘客無需步行至相近車站，大大減少了逃生所需時間，可最大限度保證乘客的生命安全。

圖4 逃生樓梯縱斷面圖

圖5 逃生樓梯橫斷面圖

2.2 車載救援設備

車載救援設備包括充氣滑梯、救生氣墊、逃生軟管、伸縮梯等。車載設備可設置在磁浮列車車門附近的設備柜內。當事故發(fā)生時，可由工作人員或乘客通過托架固定疏散氣墊的位置，再使用氣體發(fā)生裝置為疏散氣墊充氣，旅客即可通過疏散氣墊滑落至地面。利用充氣滑梯等設備救援雖然有疏散速度快的優(yōu)點，但由于磁浮列車高架橋高度較高，同時這種疏散方式對線下環(huán)境有較高要求，因此在選擇時需綜合考慮。

3 中低速磁浮鐵路應急救援方案分析

3.1 應急救援原則及方法

中低速磁浮列車的救援可分為列車救援和乘客疏散兩部分。當遇到一般事故時，可先進行列車救援，再進行乘客的疏散。當事故較為嚴重時，需要首先保證乘客的生命安全，以最快速度將乘客疏散，再進行列車救援。

3.2 列車救援

列車救援可分為利用列車自身能力救援和使用其他列車救援兩種方式。

利用列車自身能力救援是指中低速磁浮列車某個系統(tǒng)發(fā)生故障后，依靠故障車的自身剩余能力繼續(xù)行駛至安全的位置，再處理事故并疏散乘客，這是最常見的事故救援方式。

例如，當列車供電系統(tǒng)發(fā)生故障，無法從供電軌獲取電源時，列車可以依靠安裝在車上的備用電源供電來保持懸浮一定時間，待慣性滑行至安全位置后再進行故障排查[11]；當列車懸浮系統(tǒng)發(fā)生故障，無法提供需要列車正常行駛所需的懸浮力時，司機會釋放列車的液壓支承輪，其結構如圖6所示。故障車輛依靠自身的動力，使用液壓支承輪低速運行至目的地[12]。

圖6 磁浮列車的液壓支承輪

使用其他列車救援是指當故障列車無法利用自身能力救援時，使用其他救援列車與故障列車連掛，牽引故障列車運行到相鄰車站。

例如，當列車牽引系統(tǒng)失效時，列車失去動力無法繼續(xù)行駛，司機可將列車盡可能停放在平直、距地面較近或下方有公路的線路上，實施“緊急制動”和“停放制動”，同時對乘客進行疏散[13]。乘客疏散完畢后，再由其他磁浮列車，從前方或后方接近故障列車，與故障列車連接、試拉后，將故障車拖行至相鄰車站。如遇特殊情況，需要切斷全線電源時，不能采用依靠電磁力驅動的磁浮列車來拖行故障車，此時可以使用內燃動力的工程車去拖行故障車[13]。

3.3 乘客疏散

乘客疏散方法可分為疏散平臺疏散、車載裝置疏散、地面消防救援三種方式。

疏散平臺疏散是指利用設置在磁浮線路兩線間的疏散平臺進行疏散。在發(fā)生緊急狀況下，司機將列車停穩(wěn)，將疏散平臺邊車門打開，乘客可輕松下到疏散平臺上，沿疏散平臺步行至相鄰車站或逃生樓梯，轉移到安全位置；也可由對向列車來進行接駁，將乘客牽引至相鄰車站進行疏散。

車載裝置疏散是指乘客在工作人員的指引下，使用隨磁浮列車攜帶的充氣滑梯、救生氣墊等裝置，從高架橋上直接疏散至橋下，這種疏散方式對線下環(huán)境要求較高。

地面消防救援是在乘客急需疏散且車門無法打開等特殊情況下，無法使用上述疏散方式，此時需要消防隊員使用專業(yè)救援設備(如云梯車、搶險車、水罐車、泡沫車、超高壓水噴霧切割滅火車和壓縮空氣泡沫水罐車等)開展救援[15]。

4 我國既有線路應急救援設施及救援方案分析

4.1 既有線路概述

4.1.1 北京磁浮S1線

北京磁浮S1線西起石門營站，東至蘋果園站，共設6座中間站。線路全長10.2 km，大部分為高架線路，其余為低置線路，另有隧道1座，長278 m。線路設計速度為100 km/h，其中，石門營至金安橋段已于2017年底開通運營。

4.1.2 長沙磁浮快線

長沙磁浮快線于2016年開通，是中國首條中低速磁浮鐵路。長沙磁浮快線連接長沙火車南站和長沙黃花國際機場，設計速度為100 km/h。線路全長18.5 km，最小曲線半徑為50 m，除小部分區(qū)段為低置區(qū)間外，剩下均為高架敷設。初期設車站3座，未來將在現(xiàn)有線路基礎上向東延長4.3 km，其中高架線路約0.2 km，地下線路約4.1 km，增設T2站、T3站2座車站，預計2020年11月開工建設。

4.2 救援設施對比分析

在救援設施方面，盡管北京磁浮S1線和長沙磁浮快線軌道梁形式不同(北京磁浮S1線為雙線箱梁，長沙磁浮快線為并置單線箱梁)，但兩者均按規(guī)范敷設了疏散平臺，且疏散平臺均位于雙線之間，分別如圖7和圖8所示。

圖7 北京磁浮S1線疏散平臺

圖8 長沙磁浮快線疏散平臺(仰視圖)

疏散平臺寬度為1.0 m，設置間斷扶手欄桿，乘客在車門開啟后，可解開扶手處的鐵鏈逃離至疏散平臺。欄桿造型采用“門”式(也稱倒“U”式)造型，每組寬度約為500 mm，間距約為500 mm。盡管兩線的疏散平臺位置與尺寸都較為相似，但對于疏散平臺上乘客的疏散方式卻有一定區(qū)別。

北京磁浮S1線疏散平臺分段設置，平臺端部設于車站盡頭，并在端部設置較寬開口。事故發(fā)生時，乘客沿疏散平臺步行至相鄰的車站，此時車站內會設置一輛空車，將車門與疏散平臺端部開口相連，如圖9所示。當乘客行至端部時，可通過空車從疏散平臺過渡至站臺，并進行后續(xù)疏散。

與北京磁浮S1線不同，長沙磁浮快線并非讓乘客步行至車站逃生，而是在沿線設置了逃生樓梯，如圖10所示，乘客沿疏散平臺步行至下橋點后經由逃生樓梯下橋逃生。

圖9 北京磁浮S1線疏散方式——站內空車連接

圖10 長沙磁浮快線疏散方式——逃生樓梯

這種區(qū)別是由于兩線的站間距不同。北京磁浮S1線為市內通勤線路，平均站間距僅為1.7 km；而長沙磁浮快線為市郊線路，平均站間距為9.25 km，是北京磁浮的5倍以上。若僅將疏散平臺終點設為車站，乘客步行所需時間將大大增加，考慮到疏散平臺的有限寬度及逃生過程的不確定性，會對疏散效果帶來極大的影響。長沙磁浮快線逃生樓梯的平均間距僅為1.52 km，乘客可在逃至疏散平臺后選擇最近的逃生樓梯下橋，可大幅減少逃生所需時間，提高了逃生效率。

4.3 救援方案對比分析

由于兩線所采用的磁浮列車運行、通信等設施設備采用同一標準，因此在救援方案的制定上基本相同，下面針對具體類型事故給出救援方案。

4.3.1 供電故障

當供電系統(tǒng)失效后，列車將首先啟動緊急制動并開啟車載懸浮電源，可維持懸浮約2 min。若供電系統(tǒng)在2 min內恢復正常使用，則列車可繼續(xù)受電運行；若供電系統(tǒng)在停電后2 min內未恢復正常，則列車耗盡懸浮電源能量后，將采用落車制動保護，并啟用應急電源。應急電源可維持列車照明、通風、通信等基本功能。待供電恢復后恢復受電、懸浮和正常運行；若供電系統(tǒng)在停電后45 min仍未恢復供電，此時應使用其他磁浮列車或使用救援工程車將故障列車拖入車站。

4.3.2 列車火災

對于磁浮列車火災，根據列車所在位置不同其應急救援方案也有一定區(qū)別。

當磁浮列車于車站起火時，應由值班站長和列車司機迅速組織應急救援，安排乘客由列車車門疏散至站臺，隨后有序疏散至地面。

當磁浮列車于區(qū)間起火時，事故列車司機應迅速報告，由控制中心封閉區(qū)間，列車內工作人員應在第一時間進行滅火和排煙，并組織火源車廂乘客疏散至相鄰車廂。當火情輕微可控時，磁浮列車應快速行駛至臨近車站后組織乘客疏散；當火情重大或發(fā)生爆炸事故時，根據所處區(qū)間長短和實際情況選擇疏散方式。若選擇立即停車疏散，則應迅速將乘客疏散至疏散平臺，遠離事故區(qū)域。隨后根據區(qū)間長短不同，組織乘客通過疏散平臺沿線路疏散至相鄰車站或逃生樓梯逃生[16]。

4.3.3 冰凍災害

一般遇到軌道積雪，可在磁浮列車前端設置掃雪器進行清理。但遇到強降雪導致供電軌被冰層覆蓋，將對磁浮列車正常運行造成影響，此時選擇停運線路是較為穩(wěn)妥的措施，待對供電軌進行除冰、檢修合格后方可重新開通運營。

2018和2019年年初，我國南方兩次遭遇冰雪天氣，湖南省氣象局分別啟動了低溫雨雪冰凍Ⅲ級應急響應和Ⅳ級應急響應。受凍雨天氣影響，為確保運輸安全，長沙磁浮快線分別于2018年1月26—31日、2019年1月2—3日臨時停運[17]。而目前，北京磁浮S1線尚未因冰凍等自然災害而停運。因此對于冰凍災害，其應急處理方案值得進一步研究。

5 結語

中低速磁浮交通的線路敷設方式可分為高架、低置、隧道三種，一般以高架線路為主。不同的敷設方式及線下環(huán)境會對中低速磁浮事故救援有較大影響。中低速磁浮線路的救援設施可分為疏散平臺、逃生樓梯和車載救援設備三種。疏散平臺作為一種高效的救援設施，集合了多種功能，極大地提高了救援的效率和安全，具有設置的必要性。當站間距較大時，需間隔一定距離設置逃生樓梯，便于乘客逃生。磁浮列車具有一定的自救能力。在列車發(fā)生事故后，確定事故原因，優(yōu)先考慮使用列車自身能力救援。當事故比較緊急或磁浮列車無法移動時，可通過疏散平臺先將乘客沿線路方向疏散，再進行故障列車的救援。北京磁浮S1線和長沙磁浮快線均設有疏散平臺，但經由疏散平臺的疏散方式略有不同。對于站間距較長的線路，應參考長沙磁浮快線設置逃生樓梯。對于冰凍災害的應急處理方案應開展進一步研究，以減少因冰凍災害導致磁浮線路停運的情況。