高速铁路事故预防措施的研究

    [摘  要]  结合我国高速铁路广深线(广州一深圳)及秦沈线(秦皇岛一沈阳)的工程设计过程，分析了可能引发铁路事故发生的几方面的主要原因：速度控制问题、轨道故障、自然灾害等，并对这些事故因素提出了预防措施。这些措施的实施对减少铁路事故的发生有着重要作用。
    [关键词]  高速铁路  轨道故障  自然灾害  预防措施

1  概  述
    高速铁路是现代铁路的发展方向，国外的高速铁路已有多年的发展历史，而我国现正处在高速铁路的研究和发展初期。由于高速铁路速度快，一旦发现障碍物突然出现在列车面前，很难采取应变措施，有效地防止事故的发生，因此，在设计、施工和运营管理过程中，将事故的预防系统加以充分的考虑和足够的重视是十分重要的。广深(广州一深圳)铁路是我国首次设计并投入运营的准高速铁路；秦沈(秦皇岛一沈阳)铁路是我国首次按高速铁路技术标准设计的高速：铁路客运专线。在这两条线的工程设计过程中已经考虑了防止事故发生的一些措施，比如设计全立交道、在铁路两侧设置铁栅栏等措施。但对高速铁路的事故预防系统，还没有提出系统的研究措施。由于高速铁路可能出现的事故因素是多方面的，笔者就以速度控制系统、轨道故障预防系统、自然灾害事故预防系统等方面的事故因素提出一些对策和预防措施。
2  速度控制系统
    列车的运行速度是旅客和铁路职工普遍关心的事，列车速度的提高可以明显地缩短旅程时间，我国铁路系统已经在既有线上经过了几次大的提速改造。但是，“安全第一”、“行车安全”是前提，因此，速度的提高或设计的高速或准高速铁路都要以安全第一及旅客舒适度为最高原则，否则就容易造成交通事故。例如：“北京一齐齐哈尔”特快列车(T72次)在会安站的翻车事故，主要原因是由于列车速度过高，在进入岔道时引起的翻车事故。所以随着列车速度的提高，速度与安全之间的关系就更加突出。有必要研究一套列车速度控制系统的措施以达到列车在运行中的不同区段内、不同的条件下，速度控制在规定速度内。
　  笔者认为，列车速度控制系统的实现方法主要是：规定设计速度、通知司机设计速度及遵守设计速度和减速原则。
2，1。设计速度的确定
  　每一条铁路设计线路或提速后的运营线路，都有列车运行的最大设计速度。例如：秦沈客运专线的最大设计速度是200km／h，在没有特殊速度限制的情况下，可以达到最大设计速度，但在以下情况必须减速：
 　 (1)接近前面列车时；
 　 (2)进站时；
 　 (3)轨道曲线半径小时；
 　 (4)轨道保养差或轨道状况不佳时。
 　 时速200km的“蓝箭”动车组已与2001年1月8日在广深线正式投入运营，标志着高速铁路建设在我国已经拉开了序幕。现以车速200km／h运行为条件，进行列车速度控制系统的分析，以此时速度运行时，列车的刹车距离，在水平面上约3 km，在下坡段时约为4km。如果要让列车停车，那么停车信号必须在5 kmg56 km前显示，还必须考虑到司机认出信号与开始刹车之间的时间差，从而决定不同的刹车距离。如果5 km至6km之外的信号，列车以慢速驶入该区域时，就会停在远离停靠点的地方。因此，将这区域分成两部分——第一个车速为150km／h的3 km和余下阶段内的停车信号。
 　 选择150km／h的速度是因为速度从200km／h降到150km／h和从150 km／h到停车时的刹车距离基本是相同的。显示停车信号的3km内，其运行步骤如下：
    首先显示30 km／h以下的信号；然后将车速降到30km／h以下；再在停靠前100m左右的地方显示停止信号。
    这3 km称为滑行区域，采用轨道电路，也就是说，将轨道每3 km为一区间用作轨道电路的导体。当列车进入该滑行区域时，铁轨被车轮和车轴短路，从而显示列车来了，并且在下一个3km内显示30km／h的信号，在前一个3km内显示150km／h。
2．2  指示规定速度的方法
    在传统线路设计中，司机根据路边的三色路标了解规定速度：蓝色行，黄色警告，红色停。列车接近红灯时，驾驶台上会响警报，提醒司机刹车，如果司机没有如此，列车将启动自动停车系统。
    然而，这种方法对于高速铁路是不够的。因为，首先火车以200km／h的速度行驶时，司机几乎不可能辩明路边的信号；其次是因为有很多速度限制，因而有必要开发一套列车自动控制系统，将规定速度标明在驾驶台的仪表板上，比较实际速度和规定速度。由于实际速度和刹车装置相通，所以实际速度减少到规定速度时，刹车也就自动解除。
    运用该系统，控制中心能了解每列车的位置和车次，并可以在运行万一有误的情况下，迅速进行适当的有关处理。每列车都配有无线电话，以便司机与调度员直接联系。
2．3  速度控制系统
    减速控制自动化显示了ATC(列车自动控制)系统速度控制的特征，即当实际速度超越规定速度时，就会，自动减速到规定速度，但加速时仅由司机控制，是惟一由火车提供的信号。而且，ATC自动减速控制的速度变化，通常从200 km／h到30km／h，停车的行动由司机操作。
    为防止司机没有及时减速而超速行驶，在火车完全停靠点前50m处安置一个超速行驶保护装置。该装置传递的停车信号被接收天线所收接，从而导致列车自动紧急制动。
3  轨道故障预防系统
    当轨道上有障碍物出现时，列车必须停车。挡道障碍物是前面的列车，后面的列车会通过ATC自动停车，但障碍物不是火车时，就不能被ATC显示。按惯例司机经常地看前面的地面，一旦发现障碍物，就用紧急刹车停车，而且，地面巡道工用发信号的方式向司机报告障碍。这些方法对高速铁路列车是不够的。因为它们的速度很高，刹车距离长。因此，有必要开发一套系统来查明障碍和使火车立即停车；
3．1  轨道故障的预防
    在传统线路中，轨道障碍多数都发生在铁路与公路交叉处，下列预防措施已经或正在一些高速或准高速设计中或提速改造的线路中运用。
    (1)全立交，所有铁路与公路交叉处设计全立道；
    (2)设防护性栅栏，当公路在轨道下面穿过时，可避免汽车货物损坏大梁；当公路在轨道上穿过时，可避免汽车翻下来；
    (3)将整条线路围以栅栏，防行人人内，并禁止非法侵占轨道。
3．2  轨道障碍发现和列车保护
    除了以上预防措施外，还要采用以下方法来处理线路障碍。
3．2．1  消除故障指示仪
    为了发现闯入轨道的汽车或其他车辆，指示仪器装设在其他任何铁路或公路较近的地方。一旦发生故障，装置自动切断电路，使ATC显示停止信号。
3．2．2  巡道工发现列车危险时的紧急处置
    沿着铁路每250 m都设有列车防护开关，供巡道工使用。紧急情况下推此开关，轨道电路短路，A丁C显示停车信号。
3．2．3  司机对列车的保护
    装设在列车上的紧急地面开关，是由列车司机控制的。通过切断列车运行电源，使附近所有的列车都停止行驶。
3．2．4  其他方法
    在车头的前端安装了一个牢固的防护器，以便列车自己能从轨道上排除障碍，如石头等。
    因此，采用防止汽车或石块落在轨道上的设施和实用方法，同时要保障基斜坡更牢固以防崩塌。
4  自然灾害事故预防系统   
    铁路建设初期的线路走向选择设计是防减铁路自然灾害的根本。在进行线路选线时，必须收集沿线的气象历史资料，进行实地勘察，了解沿线的气候变化状况，尽量避开水害、雪害、风害、雾等较严重的多发地段，线路走向尽量选择与当地主导风向平行或小交角，若遇到自然灾害时，必须及时采用快速的、特殊的方法进行处理。自然灾害主要包括风、雨、雪、地震、塌方、滑坡等，由于我国幅员辽阔，不同地区要考虑的自然灾害侧重点也不同。
4．1  关于风害的对策
    在我国由于风而引起的列车事故不多，但像东南及沿海地区那样常有台风或季风发生的地区，要研究风与列车运行及事故预防的措施。台风一般在夏末秋初，而季风则在冬末春初大气压降低的时候。多数情况下，台风速度在20 m／s到40m／s，极少情况下可达50m／s。季风速度从15m／s到20m／s不等。预防风害有如下对策：
    (1)要研究列车不会被风吹翻的风速的允许安全极限值。而且列车行驶速度标准也建立在此原理上。
    (2)要建立风速与列车速度之间的关系式，规定当风速到达一定值时，列车只能以多大的速度行使。当风速超过允许安全极限时，列车就要停止运行。
    (3)在强风或狂风可能产生的地方建立风速表，如在河床或山头等地段。风速信息被传递给最近的车站而被自动地记录下来。
    (4)当风速超过一定值时，分别发出谨慎、警告和危险的信号，并在车站和地方控制中心响警报。控制中心工作者接到这些信号后，就指示ACT发信号到有关的区域，并通过无线电报告机车司机。
4．2  对付暴雨和水害的措施
    在铁路自然灾害中，水害是最具破坏性的，由于下雨和洪水引发的铁路事故在我国时有发生，洪水主要发生在夏季，不同的地区均有可能发生，而且造成的危害也较大。暴雨对铁路的破坏主要表现为：
    (1)暴雨引发山洪和河水泛滥，直接冲毁路轨、桥梁、通讯电力设施、涵洞和防护工程，淹没路轨，其影响范围和程度取决于暴雨的范围、强度和持续时间。例如：1991年汛期，共有65条干线、支线发生水害，断道356次，中断行车13000多小时，造成经济损失12．76亿元，是我国历史上罕见的铁路灾害年；
    (2)暴雨引起泥石流、滑坡、塌方等灾害，冲毁中轨、桥梁、涵洞、通讯、电力设施，掩埋路轨，造成铁路运行中断，列车颠覆等重大事故。例如：1981年7月，成昆铁路发生了我国铁路史上最严重的泥石流灾害。因此，必须采取预防措施，减少自然灾害引起铁路事故的发生。
    (1)在铁路设计时，将水面上的桥，设计在历史最大水位基础的适当高度，作为抵抗大雨和洪水的方法。
    (2)在堤状路基地段，一定高度范围内要用混凝土墙进行保护。
    (3)桥下的水面警戒线要根据上游雨量的情况来确定。
    根据这些信息进行必要的轨道巡逻和列车限制运行，如控制运行速度或暂停运行等。
4．3  对付雪灾的办法
    由于积雪、雪崩、降雪等雪害而引起的铁路事故的地段，主要集中在我国东北、华北、西北等地区。目前正在设计的青藏铁路，尤其要注意下雪、积雪及冰土等灾害的影响，需要采取一定措施。
    (1)清除轨道上的积雪以及使防害开关动作的雪融化；
    (2)列车底板上的设备也要严密地封闭和更好地绝缘；
    (3)要将融雪装置装在下雪区域，用来化雪以及防止堆积。在下雪的季节，根据巡逻人员和司机的雪量报告启用融雪装置。
    (4)车速也要根据雪量和粘附在车身上的雪进行调整。
4．4  地震灾害  
    在我国，因地震引起的铁路事故不常见，但在地震带，系统的防震是不可缺少的。在地震发生时，列车必须停止运行并在确认安全时方准恢复。工程上常采取如下的防震措施：
    (1)在约20km的相邻两车站内装有两种地震仪，一种是用于中等强度，另一种是用于剧烈地震；
    (2)当任一种地震仪有反应，与其连接的车站电路开关就会中断列车运行的电源；
    (3)切断电源，紧急刹车使其自动停止运行；
    (4)两个地震仪任何反应都要自动地向控制中心发出指令，使其作出相应反应；
    (5)仅仅是中等强度的地震仪反应时，控制中心的发送器通过遥控装置接通分供电站电路开关。
4．5  预防塌方和滑坡
    由于塌方或滑坡而引起的铁路事故在我国时有发生，主要发生地点集中在山区，尤其是我国的西南山区等地方。有必要建立一套塌方和滑坡事故预防系统，可以采取的措施如下：
    (1)在设计时，要尽量让线路避开塌方和滑坡地段。
    (2)对塌方地段建立一些防护措施，如挡土墙等。
    (3)对滑坡及重大塌方地段建立自动观测记录系统，并将观测的记录结果及时传送到车站的调度室内，以便调度员做出决定。
6  结  论
    笔者对高速铁路事故发生的主要原因，特别是速度控制问题、轨道故障及自然灾害等进行了系统的分析，并提出了一些预防措施。高速铁路事故预防措施的研究对我国高速铁路建设及全国铁路普遍提速后
的事故预防均有一定的现实意义和实用价值。
    这些措施的实施将有效地减少铁路事故的发生，同时，对我国的高速铁路的设计也有重要的参考价值。随着对高速铁路研究的进一步深入，高速铁路事故预防系统将得到完善，在我国铁路事业的安全生产中将发挥更大的作用。

 参考文献
  1  铁路工程设计技术手册《线路》．北京：中国铁道出版社，1994．
  2  人民铁道．铁道部政治部主办．北京：人民铁道报出版社，2001．4．25．
  3  Y．OGURA，theShewkansen　High-Speed　Rail　Netword　Of　Japan，1977．
  4  于俊伟、刘益兰．气候与铁路交通．广西气象，1999．6．
  (作者系中科院地理科学与资源研究所、北方交通大学土建学院 摘自：《中国安全科学学报》2002.1)