南京地鐵江心洲站防洪設(shè)計研究

朱凱乾

(中設(shè)設(shè)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(shè)迅猛發(fā)展，地鐵作為發(fā)達城市的大運量公共交通設(shè)施，安全不容忽視，故地鐵設(shè)計應針對所有可能發(fā)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(shè)計、建設(shè)周期較長，車站環(huán)境也經(jīng)常隨著城市規(guī)劃發(fā)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(huán)境。本次結(jié)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(huán)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(guī)劃設(shè)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(nèi)的穿洲公路與洲泰路交叉路口，呈南北向敷設(shè)，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(shè)計方案研究背景

設(shè)計初期根據(jù)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(shè)計需考慮相應的防洪措施來應對站區(qū)內(nèi)可能出現(xiàn)的洪水災害。

3 防洪設(shè)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(guān)閉車站，僅需保證區(qū)間跨站運營即可，按此地鐵出地面設(shè)施均需設(shè)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(shè)置液壓式防淹門，該門具備預防洪水及戰(zhàn)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(shè)、修補影響運營恢復，但由于出入口地面建筑設(shè)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(shè)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(qū)間較長范圍內(nèi)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(shè)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(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)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(shè)計波浪爬高(m)，按附錄C計算確定；e-設(shè)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(shè)計規(guī)范》表2.2.1確定。

(1)R的計算

因為風亭垂直設(shè)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(shù)，見表C.3.1-1；Kv-經(jīng)驗系數(shù)，見表C.3.1-2；Kp-爬高累積頻率換算系數(shù)，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(guī)范中表C.3.1-1，KΔ=1.0。

②Kv的確定

a.計算風速V

根據(jù)《蓄滯洪區(qū)建筑工程技術(shù)規(guī)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(qū)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(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。經(jīng)查，南京地區(qū)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(jù)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(shè)計規(guī)范》(GB 50286-98)表C.3.1-2，

取較大值KV=1.21。

③Kp的確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-98)，波浪平均波高

(式3)

式中：F-風區(qū)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(qū)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(jié)合以上計算，本設(shè)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(tǒng)一布置，結(jié)合地面小品統(tǒng)一設(shè)計，同時在風亭風口加防洪設(shè)施。

圖3 高風亭加防洪方案示意

4 環(huán)境的改變對防洪設(shè)計方案的影響

隨著南京城市發(fā)展需要，江心洲作為南京重點開發(fā)區(qū)域，于2011年5月《關(guān)于長江南京河段梅子洲安全區(qū)建設(shè)工程涉河建設(shè)方案的批復》(長許可(2011)262號)批復要求，江心洲由蓄洪區(qū)改為安全區(qū)，但江心洲的安全區(qū)建設(shè)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(shè)置，對定位較高的江心洲規(guī)劃景觀影響較大，基于發(fā)展需求，因此需要研究既要保證在非安全區(qū)時的防洪功能，且同時優(yōu)化四小件建筑美觀效果及降低工程造價。

5 蓄洪區(qū)轉(zhuǎn)安全區(qū)的防洪設(shè)計方案

5.1 出入口

由于安全區(qū)的建設(shè)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(shè)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(guī)通透的建筑造型與全線其他標準出入口做法統(tǒng)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(shè)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(qū)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(yōu)化為常規(guī)的6 m高風亭，由于運營期站址安全區(qū)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(jié)構(gòu)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(jié) 論

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