張賀 林峰

(河海大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，江蘇南京 210098)

1 我國城市化進(jìn)程造成地下工程與防洪有關(guān)的特性

伴隨城市化的高速發(fā)展，人口逐漸增多，人民對地表土地面積的需求也會逐漸增多。隨之而來的是住房、停車、軌道交通等等土地需求之間的土地分配矛盾。地下工程在一定程度上緩解了這一矛盾，一、二線城市大多已經(jīng)陸續(xù)建設(shè)地下隧道、地下停車場、地鐵等地下工程，近十年建設(shè)的中高層樓房也大多帶有地下室。

但是，我國地下空間開發(fā)起步較晚，經(jīng)驗不夠豐富，在地下建筑建設(shè)數(shù)量不斷增多的同時其防洪設(shè)計上的不足及洪澇災(zāi)害應(yīng)對措施的缺乏等問題也逐漸暴露出來。2011年6月19日，重慶三峽廣場地下通道被淹;2011年7月19日，南京玄武湖隧道陷入“汪洋”;2012年7月21日北京降下特大暴雨，導(dǎo)致5條運(yùn)行地鐵線路的12個站口因漏雨或進(jìn)水臨時封閉、地鐵6號線金臺路工地發(fā)生路面塌陷等事故，不僅對市民生命財產(chǎn)安全造成威脅，也嚴(yán)重影響了城市的正常發(fā)展。

為了減少地下工程洪澇災(zāi)害的發(fā)生，確保人民生命財產(chǎn)安全，有必要對地下工程洪澇災(zāi)害的根源進(jìn)行剖析并且對地下工程洪澇災(zāi)害的預(yù)報防護(hù)措施提出改進(jìn)。

2 地下工程洪澇災(zāi)害產(chǎn)生的原因

2.1 地下工程的先天因素

地下工程顧名思義其主體工程位于地表以下，處于城市建筑高程的最低處。以上海地鐵一號線為例，車站頂部覆土深度在0.7 m ～5.0 m之間，隧道中心覆土深度為 5.8 m ～16.9 m。而地下工程沒有獨(dú)立的排水系統(tǒng)，必須依賴市政排水系統(tǒng)。由于地下工程處于市政排水系統(tǒng)以下，當(dāng)市政排水系統(tǒng)飽和時污水可能涌入地下工程。而且地下工程是一個半封閉的系統(tǒng)，一旦污水涌入就難以排出。

2.2 強(qiáng)降雨導(dǎo)致的洪水、泥石流等次生災(zāi)害

強(qiáng)降雨會引發(fā)地表徑流水位上升導(dǎo)致洪水、泥石流等自然災(zāi)害。洪水和泥石流對地下工程的危害可分為兩類。一類是，從入口入侵，例如2012年8月5日凌晨雅西高速2 058 km石棉隧道處洪水夾著泥漿石塊傾瀉而下，并不斷地涌入，在隧道內(nèi)形成30 cm以上的積水。另一類是引起主體工程滲漏甚至破裂(如圖1所示)。

對于穿過流域的隧道，強(qiáng)降雨可能會引發(fā)河流發(fā)生極端洪水，洪潮水流共同作用下河床沖淤劇烈，極端洪水條件下河床的沖刷深度如果大于隧道的覆土深度就會對隧道造成危險。而且，強(qiáng)降雨引發(fā)的流域水位上升也會引起隧道滲水量增加，嚴(yán)重的滲漏會導(dǎo)致隧道破裂甚至引起塌方。

對于穿過山體的隧道，強(qiáng)降雨同樣會引起隧道內(nèi)的滲漏量增多，產(chǎn)生一系列事故隱患，甚至在正在施工的隧道中引發(fā)隧道泥石流。隧道泥石流又稱地下泥石流或者坑道泥石流，它是指隧道在掘進(jìn)的過程中，遇到斷層破碎帶、飽和松軟圍巖、充填巖溶洞穴、侵入巖接觸破碎帶時引發(fā)的泥水混合物突然大規(guī)模涌出，是一種具極強(qiáng)破壞力的隧道地質(zhì)災(zāi)害［7］。山體內(nèi)部土石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，強(qiáng)降雨可能會在山體中形成新的富水層或者使已有含水層的水量增多。含水層通過斷層及巖體變形產(chǎn)生的裂縫與隧道發(fā)生水力聯(lián)系，水既軟化斷層破碎帶巖體又沖刷帶走了巖體結(jié)構(gòu)面內(nèi)的泥質(zhì)粘土質(zhì)沉積物，使斷層帶形成大范圍強(qiáng)度極低的松動區(qū)，松動區(qū)巖體構(gòu)成隧道泥石流的基本物質(zhì)，條件成熟，水又幫助引發(fā)泥石流。

圖1 雅西高速隧道積水

2.3 城市路面積水引發(fā)雨水倒灌

城市在建設(shè)過程中，由于路面硬化、部分市區(qū)內(nèi)河道被填埋，導(dǎo)致地表對雨水的調(diào)蓄能力下降。近乎全部的降水都要依賴于市政排水管網(wǎng)。當(dāng)降水量超過排水管網(wǎng)的排水能力時，雨水會在地表積累并向地勢低洼處匯聚，產(chǎn)生內(nèi)澇。由于地下工程位置大多處在市區(qū)內(nèi)，城市內(nèi)澇發(fā)生時如果路面積水深度超過入口處標(biāo)高時，雨水會向地下工程內(nèi)倒灌。

2.4 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)過低，對災(zāi)害估計不足

地下工程在我國發(fā)展較晚，在相應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)中難以對地下工程防洪問題有較明確的規(guī)定和要求，地下工程洪澇問題的相關(guān)規(guī)定還被包含在設(shè)計規(guī)范當(dāng)中。

現(xiàn)行關(guān)于地鐵工程防洪設(shè)計的規(guī)定僅有GB 50157地鐵設(shè)計規(guī)范中的“地下車站出入口的地面標(biāo)高應(yīng)高出室外地面，并應(yīng)滿足當(dāng)?shù)胤篮橐蟆！薄皩τ趩谓ǖ娘L(fēng)亭，如城市環(huán)境有特殊要求時，可采用敞口低風(fēng)井，風(fēng)井底部應(yīng)有排水設(shè)施，風(fēng)口最低高度應(yīng)滿足防淹要求，開口處應(yīng)有安全裝置?！薄奥短斐鋈肟诩俺ㄩ_通風(fēng)口排水泵房的雨水排放設(shè)計按當(dāng)?shù)?0年一遇暴雨強(qiáng)度計算，集流時間為5 min～10 min?！惫匪淼狸P(guān)于防洪設(shè)計規(guī)定僅有JTGD70公路隧道設(shè)計規(guī)范中的“為防止洞外水流入隧道內(nèi)，可在洞口外設(shè)置反向排水邊溝或采取截留措施?！钡叵峦＼噲?、地下商場的排雨設(shè)計往往是參照GB 50014室外排水設(shè)計規(guī)范，按照當(dāng)?shù)?年一遇暴雨強(qiáng)度計算，集流時間為5 min。

但是，隨著氣候的變化，許多大城市例如北京，從圖2可以看出自1960年～2000年暴雨日數(shù)和大暴雨日數(shù)逐漸提高，而且北京在2011年7月24日和2012年7月21日都降下超過50年一遇的特大暴雨。而現(xiàn)有的地下工程除地鐵外一般都是按照降雨量在3年～5年一遇暴雨設(shè)計的排雨標(biāo)準(zhǔn)，不足以應(yīng)對當(dāng)今的惡劣天氣。

圖2 1960年～2000年北京6月～8月降雨量、暴雨日數(shù)曲線

3 地下工程防洪對策和建議

地下工程防洪對策，就是利用地下工程內(nèi)的防災(zāi)設(shè)施以及已有的防災(zāi)疏散路線和應(yīng)急預(yù)案，在保障洪澇災(zāi)害發(fā)生時人員和工程建筑的安全，又不影響地下建筑的日常使用。地下工程在總體規(guī)劃時，在條件允許的情況下，應(yīng)考慮與地面建筑的相互關(guān)系。合理設(shè)置救災(zāi)、逃生通道的同時要保證地下工程的正常使用以及地道內(nèi)排水的暢通。

3.1 城市排水系統(tǒng)的綜合規(guī)劃

地下空間與地面空間相互輔助、相互依存共同構(gòu)成了城市空間。地下工程排雨系統(tǒng)應(yīng)與地面防災(zāi)空間配合設(shè)置，相互補(bǔ)充，統(tǒng)一規(guī)劃。在現(xiàn)有的城市排水管線的基礎(chǔ)上，結(jié)合地面防災(zāi)設(shè)施和疏散通道的設(shè)置，對地下工程防澇排水進(jìn)行合理有序的規(guī)劃，形成點(diǎn)狀、線狀、網(wǎng)狀的地下防洪空間。地下工程不僅要滿足城市發(fā)展的使用需求，同時要構(gòu)建與地面防災(zāi)空間相協(xié)調(diào)的城市立體防災(zāi)空間。

3.2 洪澇預(yù)警分級與動態(tài)的搶險方案

在洪水預(yù)警機(jī)制中，參照其他災(zāi)害預(yù)警，制定洪水災(zāi)害指標(biāo)與等級劃分制度。例如，可以將洪水預(yù)警等級分為正常狀態(tài)，輕度水災(zāi)，重度水災(zāi)或特大水災(zāi)。地下工程根據(jù)不同的水災(zāi)的等級，在不同階段分別以正常使用、限制使用、疏散撤離為手段，及時做到關(guān)閉防淹門、中斷運(yùn)營、疏散內(nèi)部人員車輛等措施，從而使災(zāi)害所造成的損失降到最低。此外，由于洪災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)、影響面廣、危害性大，應(yīng)提前對內(nèi)部人員進(jìn)行培訓(xùn)，以防止在事故發(fā)生時造成混亂。

3.3 加快防災(zāi)規(guī)范制定，完善防洪標(biāo)準(zhǔn)并加強(qiáng)利用地下空間主動防災(zāi)意識

現(xiàn)頒布的防洪標(biāo)準(zhǔn)中，未將地下交通設(shè)施和商業(yè)建筑放在內(nèi)容列入。一般在設(shè)計中都是參照GB 50014室外排水設(shè)計規(guī)范，而地下空間和地面空間在結(jié)構(gòu)和組成上存在差異，因而地面的防洪、排水規(guī)范不一定適用于地下設(shè)施。為使得今后地下工程建設(shè)對防洪設(shè)計有章可循，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃囊蛩睾桶l(fā)展需要制定出相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

作為城市空間的子系統(tǒng)，地下空間應(yīng)是城市防災(zāi)空間體系的重要組成部分，是地面防災(zāi)功能的擴(kuò)展和延伸［3］。因此，在地下工程規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、施工等各個環(huán)節(jié)中，應(yīng)提高防洪意識、注重防洪建設(shè)，主動進(jìn)行洪澇防御。

4 結(jié)語

我國地下工程起步較晚，對地下工程防洪防澇的研究不夠深入，相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有待完善。隨著城市化的進(jìn)程加快，大力發(fā)展地下工程是必然趨勢。而在全球氣候變化暴雨、臺風(fēng)等極端天氣增多的條件下，地下工程的設(shè)計者和運(yùn)營者要加強(qiáng)對防洪的重視。相關(guān)的管理部門也要完善地下工程的防洪措施，建立完備的地下工程洪澇預(yù)警系統(tǒng)，以預(yù)防極端天氣下災(zāi)害的發(fā)生。

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［2］鄭健吾.地鐵工程的防洪對策與措施研究［J］.城市道橋與防洪，2004(3)：15-17.

［3］張 平，陳志龍，趙旭東.基于防災(zāi)視角下地下道路開發(fā)利用［J］.地下空間與工程學(xué)報，2012(6)：98-100.

［4］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］JTG-D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］GB 50014-2006，室外排水設(shè)計規(guī)范［S］.

［7］楊新安，姚寶珠，苗同鎖.隧道泥石流形成機(jī)理與預(yù)防［J］.上海鐵道大學(xué)學(xué)報，2010，21(10)：57-58.

［8］孫建華，張小玲，衛(wèi) 捷，等.20世紀(jì)90年代華北大暴雨過程特征的分析研究［J］.氣候與環(huán)境研究，2005，10(3)：87-89.