地铁工程的防洪对策与措施研究摘 要:本文系上海市城市与交通科学促进会组织的“城市地下交通空间开发与利用”课题的有关防洪部分的内容,包括地铁工程中防洪规范与标准以及防洪对策措施等。关键词:地铁工程;防洪措施;规范与标准;防淹门1地铁与防洪有关的特性 对于城市化高度发展,地面交通拥挤阻塞的城市,辟筑高架交通,虽然在交通问题上得以改善,但从占用城市有效地域面积来看,仍然存在不少矛盾。相比之下,地下轨道交通要比地面交通需考虑的各种影响因子要少,发展地铁是一种充分利用城市地下空间来开发城市交通的有效途径。 以上海地铁1#、2#线为例,其地铁线路经过地带大部分为淤泥质软弱地层(例如灰色淤泥质粘土、灰色砂质粘土、灰色粉质粘土等),地下水位较高。同时上海城区的道路较狭窄,地面的建筑密度又大,建筑物的桩基较深,还有铺设年代较久的错综复杂的地下管线。对于上述情况,建设地铁较适用于盾构法,两条地铁线路均采用“高站位、低区间”的纵断面形式(见表1)。
从表1可见,地铁埋置深度较大,处在城市各建筑层面的最低部位。 对于城市地面来说,通常洪水位要高于城市一般地面。上海的地面标高普遍较低,一般为3.0～4.0ｍ左右(吴淞零点,下同),地铁在人民公园(含人民广场)与石门一路段地势较低,地面标高仅为2.5～2.8ｍ,浦东地势较高,在4.0～5.0ｍ左右。以黄浦江黄浦公园站潮水位频率分析,十年一遇和百年一遇的高潮位分别为4.91ｍ和5.40ｍ,而千年一遇高潮位达5.86ｍ,考虑到海平面上升及地面沉降等因素,其潮位值还要增高至6.0ｍ以上。就以平均潮位约2.20ｍ来看,上海地区的河水位一般要在地铁隧道的15～20ｍ之上,遇洪水位时此值还要增加3～4ｍ。从以上分析,万一遭遇水淹将会危及“高站位,低区间”的整个地铁系统。虽然上海市区目前防洪对黄浦江而言,已经构筑达到能抵御千年一遇潮位的防汛挡潮体系,但在1981年及1997年均出现历史最高潮位。每年汛期,台风活跃,暴雨频繁,由于热带气旋引起上海地区出现有影响的高潮位。这样对于地铁,尤其是地铁2#线穿越黄浦江段的威胁就很大。 上海随着经济建设的发展,防汛任务愈来愈繁重,目前防汛抗灾形势依然严峻,防汛工程有待进一步提高,而地铁受台风暴雨、洪灾的影响不可轻视。2地铁与防洪有关的规范与标准 地铁在我国的交通运输业中属于发展较迟的一门新开发的交通事业,因此在相应的规范与标准中难以对地铁有较明确的规定和要求。以下就收集了解到的有关法规、规范或标准中,查找有关防洪(潮)与地铁有关的要求。2.1防洪标准 中华人民共和国国家标准《防洪标准》ＧＢ50201-94。文中第1.0.2条,“本标准适用于城市、乡村、工矿企业、交通运输设施、水利水电工程……等防洪对象,……防御潮水的规划、设计、施工和运行管理工作。” 查对《防洪标准》中第5部分,交通运输设施部分,包含对铁路、公路、航运、民用机场……,但就文中的5.1铁路部分,均指地面铁路,没有列入地铁的防洪标准。参照《防洪标准》中对铁路等级的划分是按年运输能力来考虑。而客货运的折算关系为每对旅客列车上下行各按每年70×104ｔ计。对于Ⅲ等地方铁路其年运输能力小于750×104ｔ。地铁的客运量大,车次上下行频繁,相比之下,属纯客运的地铁应该比一般性地方铁路的等级要高。因此我们分析认为地铁与铁路的Ⅰ、Ⅱ级相类同,对应的防洪标准,见“标准”表5.1.1应该在50～100年防御标准,甚至还应该以300年洪(潮)水重现期来校核。 此外,由《防洪标准》中交通运输设施的5.5管联系工程部分,条文5.5.1跨越水域的输水、输油、输气等管道工程,我们不妨将地铁作为跨越水域的输送人员的管道。参照大中型管道工程的防洪标准,见《防洪标准》表5.5.1,其防洪标准也为50～100年重现期。同时参照条文5.5.2:“……水域底部穿过的管道工程,其埋深应该在相应的防洪标准洪水的冲刷深度以下。”2.2水法 中华人民共和国《水法》中第二章开发利用,其中的第19条:“……铺设跨河管道、电缆,必须符合国家规定的防洪标准、通航标准和其他有关的技术要求”。因此对应2.1防洪标准,地铁与铁路等交通运输设施一样,应遵循国家防洪标准。2.3地下铁道设计规范 建设部批准的国家标准《地下铁道设计规范》ＧＢ50157-92,与防洪有关的为第十二章第七节防水淹技术要求,其中第12.7.1条:“车站出入口及通风亭的门洞下沿,应高出室外地面150～450ｍｍ,必要时应该设置临时防水淹措施。”而第12.7.2条:“位于水域下的区间隧道两端应该设电动、手动防淹门。”2.4地下室设计规程 建设部颁发的《六级人民防空地下室设计规程》属行业标准,地铁部门若予以参照,其中第二章第五节防水防潮,文中第2.5.1条:“防空地下室的防水、防潮设计,应根据场地地形、水文地质、施工条件及材料供应等因素综合考虑确定。要保证防水可靠、耐久,便于施工。”其中第2.5.2条:“对设计最高水位,应根据常年静止水位、丰水期最高水位及近期地下水位变化规律综合考虑确定。此外应充分考虑地表水渗透、管道破坏和其他渗漏水因素,综合确定设防高度和防水做法。”3防洪对策措施研究 现以上海地铁为例考虑防洪对策措施,主要分为工程措施与非工程措施。其考虑原则应是“以防为主,以排为辅,防排结合。”3.1工程措施 在此以较为典型的穿越黄浦江段的地铁2#线为例,当发生地震等特殊情况时,黄浦江水将会灌入越江隧道内。有关的工程措施宜考虑如下:3.1.1防淹门 穿越黄浦江段隧道,应在两端设防淹门。而整个隧道段均采用循环法施工,在此区间要考虑设置防淹门,对于门型结构及平时经常开启防淹门的储存和启闭设备的空间,无论从结构上和构造上均有一定的问题。因此宜考虑在跨越黄浦江的两端,分别在河南中路站和陆家嘴路站房内布置。而较为有利的控制断面是在车站的端头井处对上、下行隧道设防淹门,而该防淹门要求在发生事故时能快速关闭,使倒灌的黄浦江水堵截在越江隧道区间内,控制两端车站和全线免遭江(潮)水淹及,这亦是作为防灾的措施之一(见图1)。
3.1.2防渗漏措施 从设计上考虑,应要求车站的顶板和区间隧道等结构的顶板,不允许渗漏水,而对车站及隧道等的侧墙则控制其渗漏水量<0.1Ｌ/ｍ2·ｄ。通常采取防水拢头或双层墙结构等措施,并在其底部设排水沟、槽。3.1.3排水措施 工程采取“高站位、低区间”布置,因此线路隧道的渗漏水以及冲洗水和发生火警时的消防水等将会聚集到隧道区间的最低处,因此在此处应设置区间排水泵站。3.1.4出入口防水淹措施 根据“地下铁道设计规范”在地铁车站的出入口及通风口的门洞下沿均应高出地面150ｍｍ～450ｍｍ,即地铁出入口踏步,要比路面高出三个台阶,上海地铁1#和2#线的各站出入口都按此设计,北京地铁的一、二期工程出入口亦高出附近地面150ｍｍ～450ｍｍ。而且根据上海市区的地势较低,为防止暴雨时地面积水涌入地铁站内,一般在地铁站出入口门洞内墙留有约150ｍｍ宽的门槽,可在暴雨时临时插入迭梁式防水挡板。3.2非工程措施3.2.1加强预测预报 地铁的出入口被淹主要是受暴雨及地面积水的影响,因此可根据天气预报及时做好地铁出入口的临时防水淹措施。 对于越江地铁隧道遇到地震或特殊灾害性天气时与有关部门,建立网络联系,加强对非常灾害的预测预报,及时做好关闭防淹门的各项措施,包括暂时中断地铁运营,疏散地铁乘客及有关人员,以应付突发事故的发生,使灾害的危害程度降到最低程度。3.2.2做好抢险预案 地铁一旦遭受洪(潮)水的淹没,其经济损失巨大,还可能造成人员重大伤亡,因此做好地铁的防灾抢险预案是非常必要的,尤其是洪灾有其历时短、影响面广、危害大的特性,故更应制订几套较为可靠的抢险预案措施以应付事故的发生。3.3有关研究的几点建议3.3.1加强法规及规范的制订 目前颁布的防洪标准中,在交通设施部分中未将地铁的内容列入,而地铁与防洪之间又有其特殊的关系,随着我国城市交通的发展,又有相当数量的城市将要新建一批地铁项目,使得今后地铁建设时对防洪有章可循。建议应组织有关部门将此部分内容尽快补充列入。3.3.2更好地执行已有的规范标准 虽然现有的地铁设计规范对防水淹技术要求中,对地铁的出入口及越江部分的区间隧道均提出了相应的要求。据悉目前上海地铁2#线及广州地铁的越江区间隧道,由于种种原因,仍未设置防淹门。建议在已实施地铁工程中应采取一定的措施补充完善其防灾对策。3.3.3进一步完善有关的规范标准 (1)确定地铁的设防水准,是一个比较复杂的问题,应结合当地的洪(潮)水位变化规律和发展趋势,研究出合理的标准。 (2) 对于临时防潮设施,目前在工程中仅在出入口墙侧设一道槽口,在临时防潮时采用迭梁式插板来挡水,已建项目中插板未设底槽,而且仅有一道插板,应参照有关防汛墙的临时防汛墙挡水措施,对规范部分予以深化完善。否则当暴雨或潮水高于地面150ｍｍ～450ｍｍ水位时,地铁出入口要维持正常的运行尚缺安全感。3.3.4加强安全与防灾意识 通过对地铁与防洪之间关系的研究,了解到采取适当的防洪措施,对于地铁的安全运行是非常必要的,而且是体现了对地铁这一特殊的地下交通设施的一项防灾措施,虽然对防洪采取措施的项目费用在整个地铁建设投资中是微不足道的,但应在规划、设计、建设、施工等各个环节中,充分加强对地铁安全运行与防灾意识,而不能仅作为一种附属要求来对待,相信防洪措施的实施将是地铁建设得到充分完善发展的一个不可缺少的部分。
