南京地鐵江心洲站防洪設計研究

朱凱乾

(中設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引 言

我國的城市軌道交通建設迅猛發展，地鐵作為發達城市的大運量公共交通設施，安全不容忽視，故地鐵設計應針對所有可能發生的災害進行防范，洪水作為地鐵災害的重點預防對象，因此有效的防洪措施尤為重要。由于地鐵設計、建設周期較長，車站環境也經常隨著城市規劃發生變化，防洪措施也要在不影響安全的前提下盡量適應變化后的車站環境。本次結合南京地鐵10#線江心洲站的工程案例，重點研究車站在各種不同環境下防淹措施。

1 工程概況

南京地鐵10#線一期工程江心洲站于2009年規劃設計、2014年通車運營，該站位于南京長江夾江的江心洲(梅子洲)地塊內的穿洲公路與洲泰路交叉路口，呈南北向敷設，車站總建筑面積12 038 m2，長300 m，標準端寬19.86 m，車站的總平面布置詳見圖1。

圖1 總平面布置

2 防洪設計方案研究背景

設計初期根據長江防洪報告得知，江心洲在南京市水情危急時要破堤行洪，按長江水利委員會長江科學院報告提供的資料，該處的百年防洪水位為11.10 m(吳淞高程)，目前江心洲站站址地面高程為6.200(吳淞高程)，按此洪水位比站址地面約高5 m，為確保地鐵運營安全，車站建筑設計需考慮相應的防洪措施來應對站區內可能出現的洪水災害。

3 防洪設計方案

由于防洪水位高于地鐵地面標高約5 m，汛期時地鐵車站無法使用，故汛期時關閉車站，僅需保證區間跨站運營即可，按此地鐵出地面設施均需設計相應的防洪措施，具體措施如下。

3.1 出入口通道防洪措施

為防止洪水侵入車站，在出入口人防段設置液壓式防淹門，該門具備預防洪水及戰時人防功能，按此可滿足人防及防淹需求。另考慮到汛期洪水來臨時可能會對出入口地面建筑造成破壞，因此出入口地面部分建筑采用混凝土實墻砌筑，按此可避免由于洪水對出入口地面建筑的破壞，不必導致出入口二次建設、修補影響運營恢復，但由于出入口地面建筑設置為混凝土實墻出入口顯得較厚重，且采光效果略差，具體設置形式見圖2。

圖2 出入口防洪措施及出入口地面建筑實例示意

3.2 風亭防洪措施

車站活塞風亭由于兼顧隧道通風，且過江區間較長范圍內無風亭通風，為保證隧道正常運營，洪水期間隧道正常通風，因此風亭需設置成高風亭。為保證風亭的風口需要不受洪水影響，因此風亭的風口需要高于洪水位及洪水期間風浪超高影響，保證風亭在洪水期間能正常運營，本站的最高洪水為高出地面5 m，洪水期間風亭超高則根據《堤防工程設計規范》(GB50286-98)中的堤頂超高計算所得，具體計算如下：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y-超高(m)；R-設計波浪爬高(m)，按附錄C計算確定；e-設計風壅增水高度(m)，按附錄C計算確定；A-安全加高(m)，按《堤防工程設計規范》表2.2.1確定。

(1)R的計算

因為風亭垂直設置，壁面坡率m=0，因此，按R=KΔKvKpR0H公式計算

式中：KΔ-斜坡的糙率及滲透性系數，見表C.3.1-1；Kv-經驗系數，見表C.3.1-2；Kp-爬高累積頻率換算系數，見表C.3.1-3；R0-無風情況下，光滑不透水護面、H=1 m時的爬高值(m)，見表C.3.1-4；H-堤前波浪的平均波高(m)。

①KΔ的確定

從景觀考慮，風亭表面可能會裝修成光滑不透水護面，按規范中表C.3.1-1，KΔ=1.0。

②Kv的確定

a.計算風速V

根據《蓄滯洪區建筑工程技術規范》(GB 50181-93)，當沒有風速實測資料時，計算風速可按下式確定。

式中T1-蓄滯洪區兩次運行間隔時間，當T1大于15時，宜取15；當T1小于5時，宜取5。

w0-基本風壓(KN/m2)，按現行《建筑結構荷載規范》確定。經查，南京地區w0=0.4。

當T1=15時，V=16.4 m/s；當T1=5時，V=20.2 m/s。

b.平均水深d

根據江心洲百年一遇防洪水位，江心洲行洪時，站址處平均水深d=5 m。

查《堤防工程設計規范》(GB 50286-98)表C.3.1-2，

取較大值KV=1.21。

③Kp的確定

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-98)，波浪平均波高

(式3)

式中：F-風區長度(m)。計算得，車站處F=1 000 m。

a.當T1=15，V=16.4 m/s時

=3.56th(0.21)th(0.33)

=3.56×0.21×0.32

=0.24

H/d=0.24/5.0=0.048<0.1

b.當T1=5，V=20.2 m/s時

=5.41th(0.16)th(0.36)=5.41×0.16×0.34=0.29

H/d=0.29/5.0=0.058<0.1

取較大值H=0.29 m。

本項目不允許越浪，所以爬高累積頻率取2%，查表得Kp=2.07。

④R0的確定

查表得R0=1.24。

所以R=KΔKvKpR0H

R=1.0×1.21×2.07×1.24×0.29=0.90 m

(2)e的計算

(3)A的計算

要保證車站在行洪期間區間的正常運營，要求風亭處在一安全高度，參照1級堤防，在不允許越浪的情況下，查表得A=1.0 m。

因此風亭超高Y=R+e+A

Y=0.90+0.01+1.0=1.91

結合以上計算，本設計中風亭風口最低點高出防洪水面取值為2 m。風口高約4 m，整個風亭高約11 m。送排風亦參照此做法(見圖3)，風亭宜統一布置，結合地面小品統一設計，同時在風亭風口加防洪設施。

圖3 高風亭加防洪方案示意

4 環境的改變對防洪設計方案的影響

隨著南京城市發展需要，江心洲作為南京重點開發區域，于2011年5月《關于長江南京河段梅子洲安全區建設工程涉河建設方案的批復》(長許可(2011)262號)批復要求，江心洲由蓄洪區改為安全區，但江心洲的安全區建設工程無法保證在車站通車運營后完成，為確保安全，車站在防洪功能不能完全放棄，如完全按原防洪方案設置，對定位較高的江心洲規劃景觀影響較大，基于發展需求，因此需要研究既要保證在非安全區時的防洪功能，且同時優化四小件建筑美觀效果及降低工程造價。

5 蓄洪區轉安全區的防洪設計方案

5.1 出入口

由于安全區的建設晚于地鐵通車時間，考慮到車站出入口可能在通車運營期遭遇洪水，因此出入口的防火措施仍需要設置，但如果按原出入口防洪方案，出入口地面造型則為厚重、呆板、通透性差的建筑造型，且對未來地塊景觀影響較大，因此建議出入口造型常規通透的建筑造型與全線其他標準出入口做法統一，按此即使得出入口通透感好，同時對周邊景觀影響大大降低(最終出入口建設實景詳見圖4)，另本出入口為考慮防洪，將出入口人防門仍考慮為兼防淹門功能的人防門，滿足防洪需求。

圖4 出入口實景照片

5.2 風亭

考慮到安全區在地鐵運營不久后完成，風亭如按原防洪方案，將風亭永久建成為防洪需要的11 m高，按此風亭造價較高，且勢必對周邊景觀影響較大，本次將風亭優化為常規的6 m高風亭，由于運營期站址安全區未完全建成，存在防洪需求，因此風亭預留加高條件，如遇汛期，可考慮將風亭用預制好的鋼結構加高至防洪需要的11 m高風亭，近期使用的風孔進行封堵(具體方案見圖5)，按此風亭體量大大降低，景觀影響小(最終建成實景照片詳見圖6)。

圖5 風亭防洪方案示意圖

圖6 風亭實景照片

6 結 論

地鐵防災是地鐵設計中的重中之重，在滿足規范要求的防災的同時，地鐵車站方案也需要綜合環境、景觀、建設造價等租多因素設計考慮合理的方案。