談地下工程洪澇災害

張賀 林峰

(河海大學土木與交通工程學院，江蘇南京 210098)

1 我國城市化進程造成地下工程與防洪有關的特性

伴隨城市化的高速發展，人口逐漸增多，人民對地表土地面積的需求也會逐漸增多。隨之而來的是住房、停車、軌道交通等等土地需求之間的土地分配矛盾。地下工程在一定程度上緩解了這一矛盾，一、二線城市大多已經陸續建設地下隧道、地下停車場、地鐵等地下工程，近十年建設的中高層樓房也大多帶有地下室。

但是，我國地下空間開發起步較晚，經驗不夠豐富，在地下建筑建設數量不斷增多的同時其防洪設計上的不足及洪澇災害應對措施的缺乏等問題也逐漸暴露出來。2011年6月19日，重慶三峽廣場地下通道被淹;2011年7月19日，南京玄武湖隧道陷入“汪洋”;2012年7月21日北京降下特大暴雨，導致5條運行地鐵線路的12個站口因漏雨或進水臨時封閉、地鐵6號線金臺路工地發生路面塌陷等事故，不僅對市民生命財產安全造成威脅，也嚴重影響了城市的正常發展。

為了減少地下工程洪澇災害的發生，確保人民生命財產安全，有必要對地下工程洪澇災害的根源進行剖析并且對地下工程洪澇災害的預報防護措施提出改進。

2 地下工程洪澇災害產生的原因

2.1 地下工程的先天因素

地下工程顧名思義其主體工程位于地表以下，處于城市建筑高程的最低處。以上海地鐵一號線為例，車站頂部覆土深度在0.7 m ～5.0 m之間，隧道中心覆土深度為 5.8 m ～16.9 m。而地下工程沒有獨立的排水系統，必須依賴市政排水系統。由于地下工程處于市政排水系統以下，當市政排水系統飽和時污水可能涌入地下工程。而且地下工程是一個半封閉的系統，一旦污水涌入就難以排出。

2.2 強降雨導致的洪水、泥石流等次生災害

強降雨會引發地表徑流水位上升導致洪水、泥石流等自然災害。洪水和泥石流對地下工程的危害可分為兩類。一類是，從入口入侵，例如2012年8月5日凌晨雅西高速2 058 km石棉隧道處洪水夾著泥漿石塊傾瀉而下，并不斷地涌入，在隧道內形成30 cm以上的積水。另一類是引起主體工程滲漏甚至破裂(如圖1所示)。

對于穿過流域的隧道，強降雨可能會引發河流發生極端洪水，洪潮水流共同作用下河床沖淤劇烈，極端洪水條件下河床的沖刷深度如果大于隧道的覆土深度就會對隧道造成危險。而且，強降雨引發的流域水位上升也會引起隧道滲水量增加，嚴重的滲漏會導致隧道破裂甚至引起塌方。

對于穿過山體的隧道，強降雨同樣會引起隧道內的滲漏量增多，產生一系列事故隱患，甚至在正在施工的隧道中引發隧道泥石流。隧道泥石流又稱地下泥石流或者坑道泥石流，它是指隧道在掘進的過程中，遇到斷層破碎帶、飽和松軟圍巖、充填巖溶洞穴、侵入巖接觸破碎帶時引發的泥水混合物突然大規模涌出，是一種具極強破壞力的隧道地質災害［7］。山體內部土石結構復雜，強降雨可能會在山體中形成新的富水層或者使已有含水層的水量增多。含水層通過斷層及巖體變形產生的裂縫與隧道發生水力聯系，水既軟化斷層破碎帶巖體又沖刷帶走了巖體結構面內的泥質粘土質沉積物，使斷層帶形成大范圍強度極低的松動區，松動區巖體構成隧道泥石流的基本物質，條件成熟，水又幫助引發泥石流。

圖1 雅西高速隧道積水

2.3 城市路面積水引發雨水倒灌

城市在建設過程中，由于路面硬化、部分市區內河道被填埋，導致地表對雨水的調蓄能力下降。近乎全部的降水都要依賴于市政排水管網。當降水量超過排水管網的排水能力時，雨水會在地表積累并向地勢低洼處匯聚，產生內澇。由于地下工程位置大多處在市區內，城市內澇發生時如果路面積水深度超過入口處標高時，雨水會向地下工程內倒灌。

2.4 設計標準過低，對災害估計不足

地下工程在我國發展較晚，在相應的規范與標準中難以對地下工程防洪問題有較明確的規定和要求，地下工程洪澇問題的相關規定還被包含在設計規范當中。

現行關于地鐵工程防洪設計的規定僅有GB 50157地鐵設計規范中的“地下車站出入口的地面標高應高出室外地面，并應滿足當地防洪要求。”“對于單建的風亭，如城市環境有特殊要求時，可采用敞口低風井，風井底部應有排水設施，風口最低高度應滿足防淹要求，開口處應有安全裝置。”“露天出入口及敞開通風口排水泵房的雨水排放設計按當地50年一遇暴雨強度計算，集流時間為5 min～10 min。”公路隧道關于防洪設計規定僅有JTGD70公路隧道設計規范中的“為防止洞外水流入隧道內，可在洞口外設置反向排水邊溝或采取截留措施。”地下停車場、地下商場的排雨設計往往是參照GB 50014室外排水設計規范，按照當地5年一遇暴雨強度計算，集流時間為5 min。

但是，隨著氣候的變化，許多大城市例如北京，從圖2可以看出自1960年～2000年暴雨日數和大暴雨日數逐漸提高，而且北京在2011年7月24日和2012年7月21日都降下超過50年一遇的特大暴雨。而現有的地下工程除地鐵外一般都是按照降雨量在3年～5年一遇暴雨設計的排雨標準，不足以應對當今的惡劣天氣。

圖2 1960年～2000年北京6月～8月降雨量、暴雨日數曲線

3 地下工程防洪對策和建議

地下工程防洪對策，就是利用地下工程內的防災設施以及已有的防災疏散路線和應急預案，在保障洪澇災害發生時人員和工程建筑的安全，又不影響地下建筑的日常使用。地下工程在總體規劃時，在條件允許的情況下，應考慮與地面建筑的相互關系。合理設置救災、逃生通道的同時要保證地下工程的正常使用以及地道內排水的暢通。

3.1 城市排水系統的綜合規劃

地下空間與地面空間相互輔助、相互依存共同構成了城市空間。地下工程排雨系統應與地面防災空間配合設置，相互補充，統一規劃。在現有的城市排水管線的基礎上，結合地面防災設施和疏散通道的設置，對地下工程防澇排水進行合理有序的規劃，形成點狀、線狀、網狀的地下防洪空間。地下工程不僅要滿足城市發展的使用需求，同時要構建與地面防災空間相協調的城市立體防災空間。

3.2 洪澇預警分級與動態的搶險方案

在洪水預警機制中，參照其他災害預警，制定洪水災害指標與等級劃分制度。例如，可以將洪水預警等級分為正常狀態，輕度水災，重度水災或特大水災。地下工程根據不同的水災的等級，在不同階段分別以正常使用、限制使用、疏散撤離為手段，及時做到關閉防淹門、中斷運營、疏散內部人員車輛等措施，從而使災害所造成的損失降到最低。此外，由于洪災突發性強、影響面廣、危害性大，應提前對內部人員進行培訓，以防止在事故發生時造成混亂。

3.3 加快防災規范制定，完善防洪標準并加強利用地下空間主動防災意識

現頒布的防洪標準中，未將地下交通設施和商業建筑放在內容列入。一般在設計中都是參照GB 50014室外排水設計規范，而地下空間和地面空間在結構和組成上存在差異，因而地面的防洪、排水規范不一定適用于地下設施。為使得今后地下工程建設對防洪設計有章可循，應結合當地的水文因素和發展需要制定出相應的規范標準。

作為城市空間的子系統，地下空間應是城市防災空間體系的重要組成部分，是地面防災功能的擴展和延伸［3］。因此，在地下工程規劃、設計、建設、施工等各個環節中，應提高防洪意識、注重防洪建設，主動進行洪澇防御。

4 結語

我國地下工程起步較晚，對地下工程防洪防澇的研究不夠深入，相關的規范和標準有待完善。隨著城市化的進程加快，大力發展地下工程是必然趨勢。而在全球氣候變化暴雨、臺風等極端天氣增多的條件下，地下工程的設計者和運營者要加強對防洪的重視。相關的管理部門也要完善地下工程的防洪措施，建立完備的地下工程洪澇預警系統，以預防極端天氣下災害的發生。

［1］嚴志權.地鐵防淹門系統及其旋工接口［J］.城市軌道交通研究，2007，10(10)：105-108.

［2］鄭健吾.地鐵工程的防洪對策與措施研究［J］.城市道橋與防洪，2004(3)：15-17.

［3］張 平，陳志龍，趙旭東.基于防災視角下地下道路開發利用［J］.地下空間與工程學報，2012(6)：98-100.

［4］GB 50157-2003，地鐵設計規范［S］.

［5］JTG-D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［6］GB 50014-2006，室外排水設計規范［S］.

［7］楊新安，姚寶珠，苗同鎖.隧道泥石流形成機理與預防［J］.上海鐵道大學學報，2010，21(10)：57-58.

［8］孫建華，張小玲，衛 捷，等.20世紀90年代華北大暴雨過程特征的分析研究［J］.氣候與環境研究，2005，10(3)：87-89.