城市地鐵工程口部采用水動力全自動防洪閘應對水澇倒灌的應用研究

解 峰,胡圣偉,范良凱,安泰丞

（1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510030;2.南京軍理科技股份有限公司,江蘇 南京 210007）

0 引言

我國的城市化率在改革開放初期為19%，2018年為59%，21世紀中葉將達到75%左右。到2030年我國的人口達到最高峰16億，也就是說到21世紀中葉，我國將有12億人生活在城市里面。城市化率的快速提高使我國城市建設面臨無地可建的窘境，而合理利用地下空間是解決“城市病”的一劑良藥。國際地質學界認為，21世紀是開發利用地下空間的世紀。因此，建立較為完善的城市地下空間規劃管理體系尤為重要。

1 現狀及原因

1.1 地鐵工程內澇現狀

隨著城市的發展，地鐵在交通運輸中越來越重要。地鐵作為我國的公共交通行業中發展較晚的一種，在為人們提供便利的同時，其在面對水災等自然災害的威脅時相應的也暴露出脆弱性問題。近年來極端暴雨頻發，城區內澇積水，北京、廣州、南京、武漢、上海、鄭州等國內和多個國外城市因暴雨發生嚴重內澇后，致使部分地區積水情況嚴重，地鐵車站積水倒灌可能會造成地鐵運營局部中斷，甚至列車停運，造成乘客滯留；短時間內因地鐵倒灌造成地鐵站內人員恐慌進而引發擁擠踩踏等事故；站內積水不能及時排出，對站內各類電氣設備產生極大的影響，進而影響地鐵的安全運行，對人們的生命財產安全構成極大威脅。見圖1所示。

1.2 城市地鐵車站水災原因

究其原因，一方面由于地鐵車站防洪設計規程較為寬泛[1]，沒有一套完整的防洪防澇設計體系和成熟的防汛應急方案[2]。另一方面新建的地鐵車站由于周邊市政排水設施的完善程度不足，發生暴雨時大量積水短時間內無法排走[3]。部分老舊車站的場地標高低于周邊的市政道路[4]，在周邊建筑中，形成相對低點，發生內澇時積水難以排走[5]。

目前國內城市的地鐵車站防雨洪倒灌主要采用在地鐵口部或地下空間出入口堆放防汛專用沙袋、安裝防洪擋水板、設置截流溝、工程內設置集水井等方法[6]，但地鐵車站水災依舊頻頻發生。采用防汛專用沙袋、安裝防洪擋水板存在以下問題[7]：

（1）設置時機難以把握。只能通過值班人員全時段值守，根據天氣判斷是否封堵，無法遠程控制。

（2）相關人員全時段值守，要求值班人員責任心強，時刻關注地下空間出入口水流狀況[8]。

（3）設置時需多人協作進行安裝，費時、費力，在應對半夜突發汛情或者短時間突發大流量水流時，往往由于未能及時采取措施而造成水淹[9]。

（4）易垮塌，且密封度不夠，仍有進水可能。

（5）平時擺放占用空間，影響美觀和人車通行。因此，如何有效解決地鐵車站遭受水淹是地鐵車站面臨的重要問題和嚴峻挑戰[10-11]。見圖2所示。

圖2 地鐵沙袋和擋水板防汛

鑒于此種情況，2021年國務院、住建部分別發文要加強地鐵車站的防淹能力。2021年國務院《關于加強城市內澇治理的實施意見》中“地鐵等地下空間出入口采取防倒灌安全措施”，2021年住建部《關于做好2021年城市排水防澇工作的通知》中“地鐵等地下空間出入口采取防倒灌措施”。因此，針對地鐵車站雨水倒灌問題，急需一種適用于地鐵車站的防洪裝置，用于安裝地鐵車站出入口部，平時不影響行人進出，發生洪澇災害時可自動升起擋水的防洪閘裝置，解決車站被淹難題。

2 水動力全自動防洪閘

2.1 技術原理

水動力全自動防洪閘板由地面固定底框、可繞固定軸轉動擋水板和兩側墻端部止水橡膠軟連接件組成，安裝在地鐵車站的出入口部。平時水動力防洪擋板俯臥在地面上，不影響行人的進出。當遇水流倒灌時，水流沿裝置前端進水口流入擋水板下部空腔內。當水位超過裝置高度，水浮力超過擋水板自重時，擋水板前端開始向上翻轉，并隨著水位增高，擋水板逐步立起，最終達到直立狀態，實現可靠擋水。當水退去或正常情況下，擋水板伏臥在地面底框上。整個過程無需人工干預、無需電力驅動、無需人員值守，滿足地鐵車站對于防汛的需求。見圖3所示。

圖3 水動力全自動防洪閘

2.2 系統適用性

各地鐵車站的形式不同，如地鐵車站出入口的布置位置、建筑形式、地面標高、設置數量、寬度等；地鐵車站現有防汛設施基本情況，有在地下工程入口處設置的截流溝、工程內設置集水井、人員值守情況等；突發洪災內澇時所遇到斷電風險及其他突發事件，水動力全自動防洪閘應很好適應各方條件。

水動力全自動防洪閘利用水浮力原理自動翻轉，無需電力驅動，實現全時段自動擋水，擋水板翻轉角度隨水位高低自行調整，也可人工拉起，可應對汛期雨洪倒灌、給水管網爆管等各類突發水災狀況。

由于地鐵車站的口部寬度及擋水高度不同，水動力全自動防洪閘采用模塊化組裝設計，標準模塊化寬度為600 mm，適用于地鐵車站不同寬度的口部。板端與兩側墻體采用柔性密閉件連接，避免洪水從板端與側墻倒灌車站內。考慮地鐵車站擋水防水災需求，可選擋水高度為600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm四種規格，以應對不同高度的水災。

鑒于地鐵車站人流量大，系統結構應能經受行人、車輛等反復碾壓，需具有較高的荷載能力、防滑能力、耐腐蝕能力及較長使用壽命。經反復選材、實驗，最終采用航空鋁材作為擋水面板主要構件。其面板結構包括更換防滑層、承重層、浮力層和保護層，系統整體具有較高的抗荷載強度和韌性。

此外，水動力全自動防洪閘增加其完善的系統功能，包括便于擴展的監控系統、警告系統、排水控制等系統。在發生積水之前建立防洪災風險的評價，提高了地鐵車站的防水災風險的預測能力，降低了地鐵車站在運營期發生雨水倒灌的風險。

3 水動力全自動防洪閘的工程應用

目前，廣州地鐵珠海廣場站出入口部和廣州地鐵陳頭崗站出入口成功安裝水動力全自動防洪閘，對車站出入口部情況勘測及歷年汛期降雨情況進行分析，選擇安裝600 mm高度的水動力全自動防洪閘。于安裝后模擬內澇突發進行測試，擋板隨著水位的升高而逐漸升起，成功擋住600 m高的水位，為確保地下空間安全提供全面保證。見圖4所示。

圖4 陳頭崗站出入口

2018年6月8日，安徽省人民防空辦公室在合肥組織召開了“水動力全自動防洪閘推廣應用”專家論證會，論證意見指出：該成果具有顯著的戰備效益、社會效益和經濟效益，對保障人防工程及其他地下空間安全使用具有重要意義；建議該成果推廣應用。截至當前，水動力全自動防洪閘已在國內濟南、上海、武漢、長沙、大連、南寧、寧波、宿遷等二十多個省市的地鐵、地下車庫、地下商場等地下工程出入口安裝使用200余套，攔截洪水倒灌成功率100%。見圖5所示。

圖5 珠海廣場站出入口部

水動力全自動防洪閘板適用于城市地下空間（地下車庫、地鐵車站、地下商場、連接街通道及地下管廊等）以及地面低洼建筑或區域的出入口，可有效避免城市因雨水洪災倒灌導致地下空間被淹，對保障地下空間安全度汛和發揮工程戰備效益也具有重要意義。

4 結語

隨著地上、地下空間建設力度逐年加大，地鐵車站在城市功能中發揮著越來越大的作用，地鐵車站的防汛安全也越來越被各方所重視。水動力全自動防洪閘在防淹度汛上的應用與發展，將有效指導工程實踐，避免地鐵設施遭受雨水倒灌，規避內澇產生的倒灌對地鐵造成的巨額財產損失，使地鐵防護設施減少汛期值守人員，減少物業工作人員的開支，有效改善地鐵行業的防洪落后現象，從而促進地鐵車站領域防洪技術的進步。同時隨著防汛安全逐漸的規范化、標準化、多元化發展，會漸漸形成一套成熟的體系，從而杜絕地鐵遭受水災事故的發生。