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城市轨道交通站点内涝成因分析及策略

时间:2024/4/23 8:42:50   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:31   评论:0
内容摘要:周 可,雷 崇,王明文,何 杰(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063)摘要 内涝致使雨水倒灌轨道交通站点已然成为城市洪涝灾害的新形式,为解决城市内涝引起雨水倒灌轨道交通站点的问题,文章分析了城市轨道交通地下站点内涝的成因...
周 可,雷 崇,王明文,何 杰
(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063)
摘要 内涝致使雨水倒灌轨道交通站点已然成为城市洪涝灾害的新形式,为解决城市内涝引起雨水倒灌轨道交通站点的问题,文章分析了城市轨道交通地下站点内涝的成因,并从规划选址、防排水设计、建设、施工及运营管理阶段提出具体防洪防涝的工程措施,提炼出城市轨道交通站点防内涝要“以防为主、防排结合、整体考虑、体系完整”的系统策略,研究结果可为应对轨道交通站点内涝灾害提供参考和借鉴。
关键词 城市轨道交通;地下车站;洪涝成因;设防策略
中图分类号 U239.5  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)03-0130-03
0 引言
在全球气候变暖的背景下,极端天气频频出现,极端性自然灾害(地震、台风、洪涝、海啸等)发生的频率越来越高,由于城市化进程的加快,大中型城市不透水地面面积增加,使径流系数加大,城市低洼地带和地面排水不畅区域积水严重,甚至出现了城市道路行洪的现象。由于城市排水管网系统的不完善、直径小、管道堵塞等原因,致使城市内涝已成为许多新老城市的通病。由于地铁站点通常设置在城市道路以下,是一个相对封闭的空间。地铁车站一旦出现内涝会造成设施和设备破坏等经济损失,还可能引起人员伤亡。郑州“7·20特大事件”是典型的案例,城市内涝对人民生命和财产安全造成巨大的威胁。因此,在城市地铁的设计阶段、施工期和运营期对其内涝风险和排水进行评估尤为重要。
该文收集了5起较为典型的城市轨道交通站点水淹事故及其主要成因,如表1所示。
1 站点内涝成因分析 
1.1 外因
全球气候变化引发水循环变化。城市人口密度的增加,人为排热、空气污染和热岛效应导致水循环的进一步变化,从而引起城市微气候的改变,城市暴雨频次明显增加。
城市发展和建设造成的地面自然滞、蓄雨水能力降低。雨水泄洪主要依赖城市市政排水管网,如果暴雨持续时间较长,城市排水管网无法及时排洪排涝,致使地面径流量不断增大,雨水汇集速度加快,洪峰出现的时间提前。
1.2 内因
1.2.1 站点防排水措施不满足要求
防水措施:地下车站出入口、风亭、安全出口、无障碍电梯等附属结构设计标高不满足城市内涝要求,当降雨短时持续性增大、地面排水不顺畅时,室外路面内涝积水严重,致使出现雨水倒灌车站内部的风险。站点与周边地块地下室或城市下沉广场连通,地块地下室或城市下沉广场防洪措施考虑不足,城市内涝时积水通过地下室或城市下沉广场进入城市轨道交通站点,导致车站出现内涝隐患。
结构上预留后期工程的洞口,结构实施时未同步在洞口处紧靠围护结构侧设置混凝土挡墙封闭洞口进行隔离,而是利用二次结构设置的混凝土墙或者砖砌墙进行封堵。雨水或地下水长期渗入被饱和土壤包围的工程衬砌,引起结构受损,雨水进入车站内部。
排水措施:地铁站点早期排水设计以50年一遇洪涝水位为设防标准,现在大部分以100年一遇洪涝水位为设防标准[1]。近年来,极端降雨增多,地铁站点的排水设施略显不足。同时,站内的排水是根据消防的排水能力进行设计的,远远不能满足内涝导致雨水倒灌的排水能力需求。 
1.2.2 站点建设防涝措施不完备 
站点建设临时排水措施欠考虑,基坑工程不满足临时防洪涝的设防标准,基坑四周的防洪涝挡墙结构不稳固等,基坑出现洪涝进水并连带引起邻接工程(临近既有线、与已贯通区间联通等)产生被淹隐患。
1.2.3 运维措施不足
雨季来临运营未充分准备,遇大暴雨仅依靠简便堵水措施,如防淹挡板、沙包、防水膜等进行防护,且沙包和防淹挡板平时收藏在通道或者设备房间内,搬运操作不便,往往因措施采取不及时或操作不便导致车站被水淹。
2 站点内涝防护策略
2.1 防水措施
(1)站点选址宜避免设置在地势相对低洼、内涝灾害频发的区域,当无法规避时需采取能确保工程安全的措施。站点地面建筑周边排水需与道路及边坡相互协调,形成完整的防排水体系。
(2)车站出入口设计标高不得低于当地设防标准规定的设计洪涝水位,在充分考虑市政配套、景观协调、出入便利等要求的基础上选用设计标高。口部钢筋混凝土防洪防涝挡墙顶部不低于室外地面1 000 mm,且不小于当地设防标准规定的设计洪涝水位标高加500 mm的安全高度。出入口平台宜设置防洪防涝插槽及挡板,挡板高度不低于500 mm,防洪防涝插槽与防洪防涝挡墙顶部齐平。
车站出入口设置在城市防洪保护区之外时,出入口部或通道内宜设置防淹封闭措施。内涝、洪水具有突发性,往往因救援不及时容易造成重大的生命财产损失,车站出入口设计时需考虑防洪防涝设施存放场所。
(3)站点与周边地块地下室连通时,需确保地块积水不通过地下室进入城市轨道交通工程,地下室各口部防水淹设计标准不低于地铁工程设计标准,当低于地铁工程设计标准时,连接通道内需设置防淹门等防淹封闭措施。
(4)站点与下沉广场连通,下沉广场敞口周边地面标高需高于周边道路标高。下沉广场敞口周边防洪防涝结构顶部距室外地面不低于1 000 mm,需采用钢筋混凝土挡水结构,墙厚及配筋需满足抗水压要求。下沉广场防水淹设计标准不宜低于地铁工程设计标准,当低于地铁工程设计标准时,与地铁地下空间的连通口部需设置防淹门等防淹封闭措施。站点与下沉广场相连通道的地面标高不宜低于下沉广场地面的标高,若存在高差则需向下沉广场一侧找坡。防淹挡板及防淹门性能与造价对比表,如表2所示。
(5)根据《城市轨道交通工程项目规范》(GB 550
335—2022)第5.5.3条规定:当地下区间下穿河流、湖泊等水域时,应按规划航道的要求和预测冲淤深度控制区间隧道深度,并应在下穿水域的两端设置防淹门或采取其他防水淹措施。根据《地铁设计规范》(GB 50157—2013)第1.0.22条规定:当水下隧道出现损坏水体可能危及两端其他区段安全时,应在隧道下穿水域的两端设置防淹门或采取其他防水淹措施。
地铁区间穿越江、河、湖等水域时,如出现区间进水或洪水入侵,将对整条线路造成安全隐患。故需在站点与隧道交界处设置防水淹封闭措施,最大限度地减少地铁的洪涝风险,保障乘客人身财产安全。
2.2 排水措施
(1)站点敞开出入口、敞开风井及地下车站相连通的下沉广场、地下过街通道等其他建筑设置雨水泵站(房)及雨水泵站(房)需设置两台排水泵,正常情况下一台工作,紧急情况时同时启用两台泵,单台排水泵的排水能力需大于最大小时排水量的1/2。站点和区间的雨水通过排水泵提升排入城市排水系统。
低洼车站设置排涝应急抢险用的潜污泵及配套柴油机发电机,每处地势较低的车站不少于2台,流量不小于100 m3/h,扬程按全线最不利点配置。地下车站主废水泵站结合线路及车站纵坡设置在线路下坡方向,每座排水泵站设置2台排水泵,一用一备,必要时同时启动,一级负荷供电[2]。排水泵的总排水能力按照消防排水量和结构渗水量之和确定。
(2)地下区间一般在线路低点设置区间废水泵房,每座排水泵站设置2台排水泵,一用一备,必要时同时启动,一级负荷供电。在地下区间联络通道泵房内敷设备用的排水管路,在管道始端设置1个DN65快速接头,方便与应急泵快速连接,排水管预留快速接头目前在武汉、郑州、合肥等城市已经得到应用,便于在发生倒灌时应急抢险。位于河流、湖泊、海域等水域下的区间废水泵站,适当加大水域下区间隧道废水泵房的排水能力,每座排水泵站设置3台排水泵,两用一备,必要时同时启动,一级负荷供电。
2.3 设备及监控措施
(1)地下车站各类口部的室外地面以及隧道内的各相对低点设置水位监测传感器。在地下车站人员出入口、车站站台层及站厅层的明显且便于观察的位置处设置水位尺,防水淹监测点设置图像或视频采集装置。地铁车站的排水泵站、排雨泵站、排污水泵站设危险水位报警装置,低洼车站、连接低洼车站的区间或跨水域区间泵站的报警水位接入OCC。
(2)雨量传感器、水位监测传感器、防水淹图像或视频采集装置、主动防淹挡水装置、防淹门及其他防水淹设备的监测数据传送至车站级环境与设备监控系统,并由综合监控系统将数据传送至线路控制中心及线网指挥中心,车站级监控系统需具备自动联动相关排水设备启停的功能和按照指挥命令启动相关防淹设施的功能,并实时监控设备运行的情况。
2.4 施工期防洪涝措施
(1)站点基坑工程出现洪涝进水并易连带引起邻接工程(临近既有线、与已贯通区间联通等)产生被淹隐患,工程危害及社会影响较大,防汛标准需满足50年一遇水位加300 mm安全超高值设防,其余基坑需按满足20年一遇水位加300 mm安全超高值设防[3]。
(2)基坑四周宜布置排洪设施,根据设防水位设置防洪涝挡墙(挡板);采用围护桩支护形式的基坑工程宜结合冠梁设置防洪涝挡墙(挡板);不具备合建放坡支护形式的基坑工程宜在坡顶一定距离设置防洪堤(墙)。防洪堤(墙)可采用土堤、混凝土或钢筋混凝土墙等形式。位于郊区、条件允许的施工场地可采用土堤。当施工场地受限不具备设置土堤时,宜采用防洪墙。防洪墙宜采用钢筋混凝土结构。其基础的埋置深度,需根据地质情况并考虑一定冲刷深度,如无保护措施,其埋置深度需大于0.5 m。
(3)周边存在大直径雨水或给水水管的基坑,施工前需加强排查,避免因管周回填不密实或在开挖过程中出现坍塌,造成雨污水管破坏,突发涌水倒灌基坑。
2.5 运营期管理措施
(1)地铁站点在运行期已成为一个相对封闭的空间,与外界联系的通道主要有车站出入口、风亭和内部泵站排水出口,外围来水只能通过这些通道进入地铁站内。因此,地铁车站在运行期的防涝安全需本着以防为主、以排为辅的方针进行,要完善站点周边城市排水设施,确保雨水排出路径通畅。
(2)城市轨道交通工程营运阶段需要建立防洪涝数据库,预留接入城市防涝在线预警系统、应急管理部门和气象部门的实时数据平台接口,融入城市防洪涝大数据管理,实时接收上级部门的应急管控,提高轨道交通防洪涝安全信息化管理水平。
除上述防洪涝措施外,外部新建连接项目审批管理需按照当地设防标准的最大设计洪涝水位进行,均需设置满足设防标准的挡水设备。已开通运营线路连接通道采用混凝土墙体封堵隔离,人防门关闭,避免在建工程出现内涝倒灌。新建连接项目在地铁保护审核环节,由外部项目的建设单位制定防洪涝灾害预案,避免外部接口成为洪涝薄弱点。
3 结语 
城市轨道交通是当今社会很重要的民生工程,全球气候变化引起极端天气频频出现,洪涝灾害对城市轨道交通造成的影响越来越大。为保障城市轨道交通设施设备免遭洪水、内涝危害,保护乘客人身和财产的安全,应对轨道交通站点防洪防涝措施不断改善并提高建设标准。该文针对站点洪涝灾害内外成因进行了分析研究,总结出城市轨道交通站点从规划选址、防排水设计、建设、施工及运营管理阶段防洪防涝工程措施,提炼出城市轨道交通站点防洪防涝要“以防为主、防排结合、整体考虑、体系完整”的系统策略。

参考文献
[1]防洪标准: GB 50201—2014[S]. 北京:中国计划出版社, 2014. 
[2] 地铁设计规范: GB 50157—2013[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2013. 
[3]成都轨道交通集团有限公司. 轨道交通工程防洪防涝实施导则[R]. 成都:成都轨道交通集团有限公司, 2018. 

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