地鐵防淹規(guī)劃設(shè)計思路探討

倪吉棟

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300133）

1 引言

地鐵已成為人們?nèi)粘３鲂谐Ｓ玫默F(xiàn)代交通工具，近年來，極端惡劣天氣時有發(fā)生，城市基礎(chǔ)設(shè)施面臨各項考驗，各地軌道交通常因城市內(nèi)澇被淹而停運，給人們的工作和生活帶來嚴重的影響，因此做好地鐵防淹規(guī)劃設(shè)計工作意義重大。

文獻[1]從運營角度，闡述車站防汛準備和應(yīng)急處置措施；文獻[2]通過實踐總結(jié)歸納出地鐵防淹門設(shè)計安全風(fēng)險評估等級、防淹門設(shè)置原則和工藝技術(shù)要求，以及防淹門與相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)的接口和功能要求；文獻[3]提出液壓升降式防淹門系統(tǒng)方案，從機電設(shè)備的角度闡述該方案的系統(tǒng)構(gòu)成、性能特點和技術(shù)接口；文獻[4-5]提出車站防淹門系統(tǒng)應(yīng)與信號系統(tǒng)建立可靠的通信接口的解決方案。文獻[6]提出基于降雨區(qū)間預(yù)報的防洪預(yù)警方法，針對預(yù)警級別提出相應(yīng)的防洪措施。文獻[7]提出長大區(qū)間防淹門遠程控制方案，解決遠程控制難題。本文主要從前期規(guī)劃階段、土建設(shè)計與實施階段介紹地下站、地下區(qū)間的防淹規(guī)劃及設(shè)計思路，重點分析線站位選擇、市政排澇能力、內(nèi)澇水位計算對防淹設(shè)計的影響。

2 防淹類型與設(shè)計目標

地鐵防淹問題集中體現(xiàn)在地下站、地下區(qū)間，重點設(shè)防部位是車站的出入口、風(fēng)亭以及區(qū)間的U型槽段。防淹類型主要分為因暴雨引起的內(nèi)澇型和因江河湖泊泄洪引起的洪水型2種，其中以內(nèi)澇型最為常見。為盡可能保證在暴雨時地下車站和地下區(qū)間的正常運營，結(jié)合我國已建地鐵工程的實際運營經(jīng)驗，地下車站和地下區(qū)間敞開段防淹設(shè)計按照50年一遇暴雨強度進行取值[8-9]。據(jù)統(tǒng)計分析，內(nèi)澇雨水倒灌進入車站概率最高的部位是出入口，進入?yún)^(qū)間概率最高的部位是U型槽和車站出入口。

3 防淹設(shè)計思路

3.1 合理選擇線站位與規(guī)劃同步實施

在以公共交通為導(dǎo)向的土地開發(fā)模式（Transit Oriented Development，TOD）下，地鐵線路部分站點常位于待開發(fā)區(qū)域，站點周邊市政道路尚未成型、各項市政管網(wǎng)尚未鋪設(shè)到位，車站、區(qū)間的選線依據(jù)僅是遠期規(guī)劃，甚至有部分車站建成后，周邊的市政配套設(shè)施依然沒有，此時若車站處于低洼地段，在極端暴雨天氣下，容易出現(xiàn)雨水積聚、倒灌進車站而影響運營的情況。如圖 1、圖2所示的地鐵出入口均位于地勢低洼處，且四周排水設(shè)施不足，外部積水容易進入車站。因此，合理選擇線站位，在條件允許的情況下，盡可能與規(guī)劃同步實施、特別是與市政給排水管線同步實施到位，對防淹起到至關(guān)重要的作用。

如區(qū)域開發(fā)確實難以與地鐵建設(shè)同步，則地鐵建成后應(yīng)充分考慮出入口、風(fēng)亭周邊的雨水排放，在沒有市政排水管網(wǎng)時，應(yīng)施作排水溝、做好雨水引流。區(qū)域開發(fā)與地鐵建設(shè)分期進行時，車站還應(yīng)做好與規(guī)劃地面標高的銜接協(xié)調(diào)工作，避免周邊建筑及市政工程完成后，將車站出入口、風(fēng)亭置于低洼處或造成防淹平臺高度不足的情況。

3.2 客觀評估市政排澇能力

在車站被淹案例中，絕大部分是由城市內(nèi)澇、市政排澇能力不足而引起。按照GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求，出入口應(yīng)高出室外地面300～450 mm，在此情況下是否會出現(xiàn)雨水倒灌取決于2個方面：一是暴雨強度，二是站點周邊的市政排澇能力。根據(jù)GB/T 50805-2012《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》中對Ⅰ等城市防洪工程內(nèi)澇水位按大于等于20年一遇暴雨重現(xiàn)期計算[10]，地鐵作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，將設(shè)防標準提高至50年一遇暴雨重現(xiàn)期進行設(shè)計取值，則防內(nèi)澇能力相比一般市政工程高，因此，站點周邊的市政排澇能力是決定站點是否出現(xiàn)被雨水倒灌的關(guān)鍵因素。目前較為可行的辦法是對地鐵沿線站點做內(nèi)澇評估報告，客觀分析站點周邊的排澇能力、最大積水深度，以此作為出入口地面和風(fēng)亭口部設(shè)計標高取值的依據(jù)。

3.3 同標準計算內(nèi)澇水位

目前市政排澇能力或積水深度大多按20年一遇暴雨重現(xiàn)期計算，與地鐵的標準相差甚遠。如有可能，市政排澇能力采用50年一遇暴雨重現(xiàn)期進行設(shè)計、實施，則可大幅降低因內(nèi)澇引起地鐵停運的概率。在建成區(qū)或老城區(qū)，此目標可能因市政管網(wǎng)升級改造而較難實現(xiàn)；在待開發(fā)區(qū)域，此目標有條件實現(xiàn)，但需增加部分市政設(shè)施的投資。無論此目標實現(xiàn)與否，均應(yīng)采用地鐵標準計算在既有市政排水能力下的最大積水深度，以此校核出入口地面防淹平臺和風(fēng)亭口部設(shè)計標高的合理性與可行性。

3.4 防淹措施分類與對比分析

防淹措施分為主動防淹和被動防淹。主動防淹以設(shè)置防淹平臺、提高防淹標高為主要措施，例如提高出入口地面平臺標高、提高風(fēng)亭開口部位標高、提高U型槽段的標高等，適當提高主動型防淹措施的標準對土建投資影響不大，但防淹效果明顯，能有效保障地鐵安全運營；被動防淹以設(shè)置防淹門、防淹擋板作為主要措施，通常在過江、過河段區(qū)間設(shè)置防淹門，在出入口防淹平臺上設(shè)置防淹擋板等，被動防淹措施也可以防止汛期或內(nèi)澇時雨水倒灌，但會影響到地鐵運營。因此在過江、過河段，若區(qū)間內(nèi)設(shè)置防淹門，則該區(qū)間兩端的車站一般都設(shè)置配線，以保證防淹門關(guān)閉時能夠分段運營。

有時車站位于江心洲或湖中島，水域的百年洪水位遠遠高于站位處市政道路，為滿足乘客進出站便捷和防淹的要求，在出入口通道內(nèi)設(shè)置平開的防淹門來防止洪水的侵襲。但后期的裝修過程中，大量的裝飾墻面、廣告牌等遮擋了防淹門，導(dǎo)致防淹門不能正常啟閉，在關(guān)鍵時刻沒有起到相應(yīng)的防淹功能。因此，在出入口通道內(nèi)設(shè)置平開防淹門時，務(wù)必保證裝飾裝修工程不能影響防淹門的正常啟閉。隨著技術(shù)裝備的不斷進步，地鐵出入口垂直式防淹門和水動力全自動防洪閘系統(tǒng)[11-12]，因具有占用通道長度短、對裝修影響小的優(yōu)勢，在地鐵工程中也開始應(yīng)用，這些均是被動防淹措施中較為理想的選擇。

4 特殊案例

位于河道附近（江心洲、湖中島的情況除外）的車站或U型槽段標高是按內(nèi)澇標高取值還是按河道百年洪水位取值一直是各方爭論的焦點，特別是有些地上河（黃河），如按河道百年洪水位設(shè)計車站或U型槽段標高，則高出現(xiàn)狀地面很多，基本無法實現(xiàn)。對此特例問題，筆者認為應(yīng)區(qū)別對待。

（1）河道兩側(cè)有防洪堤。經(jīng)水利部門評估后，認為河道百年洪水位對兩側(cè)地塊內(nèi)澇水位無影響時，應(yīng)按內(nèi)澇水位設(shè)防。

（2）河道兩側(cè)無防洪堤。應(yīng)重點評估河道百年洪水位對兩側(cè)地塊內(nèi)澇水位的影響，按評估后的修正內(nèi)澇水位進行設(shè)計，而不能直接采用河道百年洪水位標高作為設(shè)計輸入，河道的百年洪水位主要作為橋梁跨河段的設(shè)計輸入依據(jù)，不能與U型槽段的防淹混為一談。

位于江心洲、湖中島或蓄滯洪區(qū)[13]的車站在汛期無法實現(xiàn)室外市政管網(wǎng)的排水引流，防淹壓力遠高于市區(qū)一般車站。此時若條件允許，采用高架敷設(shè)方案可有效降低風(fēng)險，如武漢市軌道交通21號線在武湖蓄滯洪區(qū)均采用了高架方案[14]；若需采用地下敷設(shè)方案時，車站及區(qū)間必須采取有效的防淹措施，如已建成的長沙地鐵2號線橘子洲站出入口及風(fēng)亭均采用了高筑平臺的主動防淹方案，所筑高平臺高于橘子洲現(xiàn)狀地面約3.23 m，經(jīng)受住了2017年7月湘江流域罕見洪澇災(zāi)害的考驗[15-16]；已建成的石家莊地鐵1號線二期工程東莊站[17]、在建的南京地鐵4號線二期江心洲站[18]均采用了在出入口設(shè)置防淹門的被動防淹措施。

5 貫徹防排結(jié)合的設(shè)計思想

隨著極端天氣出現(xiàn)概率的逐年上升，有必要適當提高地鐵自身的防淹能力。目前，出入口高出室外地面300～450 mm、風(fēng)亭開口高出室外地面1 m以上的設(shè)計標準能滿足大多數(shù)車站的防淹要求。但對處于待開發(fā)區(qū)域地勢較低處的車站，因市政排澇能力存在很大不確定性、外在不可控因素較多，則應(yīng)適當提高出入口地面和風(fēng)亭開口設(shè)計標高（一般比預(yù)測數(shù)值高100～150 mm），特別是出入口處的幾個臺階不容忽視，上海地鐵2號線曾因未設(shè)置出入口室外臺階或臺階高度不足而造成幾個區(qū)間被淹，導(dǎo)致?lián)p失慘重。

在提高“防”的能力的同時，貫徹“防排結(jié)合”的設(shè)計思想，適當加大出入口和風(fēng)井下雨水泵的流量和揚程，提高“排”的能力，是增強自身防淹能力的另一措施。對于一般地下車站，當室外雨水積聚高于出入口的防淹平臺時，應(yīng)在平臺上加設(shè)防淹擋板，出入口集水坑內(nèi)的潛水排污泵揚程應(yīng)滿足此時將防淹擋板滲漏水及時排出室外的條件，確保雨水不進入車站。而風(fēng)亭不具備安裝防淹擋板的條件，一旦雨水積聚面高于風(fēng)亭開口部位，將會瞬間涌入車站，僅依靠風(fēng)亭下方的潛水排污泵無法及時排出，因此，對于風(fēng)亭而言，防淹措施應(yīng)以提高開口處的設(shè)計標高為主。

經(jīng)調(diào)研，一般地下車站出入口、風(fēng)亭下的潛水排污泵功率較小，適當提高揚程對設(shè)備造價影響較?。怀鋈肟?、風(fēng)亭的防淹標高每提高150 mm，車站按2組風(fēng)亭、4個出入口測算，約增加土建投資4萬元，但對提高車站防淹功能、保證極端惡劣天氣下的運營卻有不可估量的作用。

6 結(jié)論

（1）50年一遇暴雨重現(xiàn)期是地鐵防淹設(shè)計輸入基礎(chǔ)，站點周邊市政排澇能力是防淹的根本。

（2）地鐵沿線的防洪評估報告是排澇能力、最大積水深度的客觀體現(xiàn)，參建單位各方應(yīng)給予充分重視。出入口防淹平臺高度大于最大積水深度時，可保證站內(nèi)設(shè)備設(shè)施免受洪水侵襲；如現(xiàn)場不具備高筑防淹平臺的條件，則可在出入口上部加設(shè)防淹擋板或垂直式防淹門，以保證擋水效果。

（3）站點或U型槽附近防淹標高適當提高，對土建造價影響較小，但可大幅提高防淹能力，保障地鐵正常運營。近期鄭州地鐵5號線被淹的原因之一就是雨水沖垮出入場線的擋水墻進入正線區(qū)間。

（4）對特殊站點或特殊區(qū)段應(yīng)具體問題具體分析，切不可盲目更改設(shè)計標準、更不可采用錯誤的設(shè)計輸入。