毛宇豐

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司，510010，廣州//教授級高級工程師)

近年來一些城市地鐵被淹，究其原因通常是由于防淹設(shè)施或措施未發(fā)揮相應的作用，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：一是對災害的氣象預測出現(xiàn)較大的偏差，災害超出設(shè)計措施的應對能力；二是對災害的重視程度不夠，設(shè)計和建設(shè)的措施不到位；三是設(shè)計和建設(shè)均有防淹設(shè)施，但由于裝修時對其進行了封閉，導致關(guān)鍵時刻不能發(fā)揮作用；四是地鐵運營應急管理預案和培訓配套措施不到位，導致災害發(fā)生時不能及時地進行應對。

防淹門是地鐵穿越江河湖泊時防水災的重要組成部分，主要是用來防范由于地鐵的地下區(qū)間結(jié)構(gòu)損壞而導致的外滲漏型水災。防淹門的設(shè)置技術(shù)已非常成熟，但防淹門的具體設(shè)置情況及其風險評估一直是防淹門設(shè)置的重點和難點。本文根據(jù)實踐經(jīng)驗，將防淹門與各相關(guān)專業(yè)的要求相互串接，總結(jié)歸納出地鐵防淹門設(shè)計安全風險評估等級、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，以期為地鐵防淹門的設(shè)計提供參考。

1 地鐵水災安全防范和防淹門設(shè)置原則

1.1 地鐵水災風險有害因素

地鐵線路穿越江河湖泊時，應對建設(shè)期和運營期的風險因素進行綜合評判或評估，以確定是否采取防護措施或設(shè)置防護設(shè)施。具體應考慮以下因素。

1.1.1 建設(shè)期應考慮的風險因素

建設(shè)期應考慮的風險因素為：①地鐵線路穿越的江河湖泊是否通航，是否會發(fā)生意外的沉船和拋錨；②河道的水流速度、寬度和深度；③河道是否經(jīng)常改動，以及河床是否經(jīng)常變動；④常年水位、最高水位和最低水位；⑤兩端車站最低軌面標高是否低于河面最高水位標高；⑥上下游是否有水閘，以及是否滿足應急處置的要求等。

同時還應考慮工程風險和地質(zhì)災害風險。其中，工程風險應結(jié)合穿越江河湖泊處的施工工法(盾構(gòu)法、暗挖法、明挖法或其它工法)、隧道頂部距離河道底部的厚度，以及區(qū)間泵房及聯(lián)絡(luò)通道距離河道的距離等因素進行確定。地質(zhì)災害風險應根據(jù)穿越河道處的地質(zhì)情況，是否存在斷裂帶、斷裂帶距離河道的距離及地震強度和頻度等進行確定。此外，建設(shè)期還應考慮爆破、沉船和拋錨及其它人為風險因素等。

1.1.2 運營期應考慮的風險因素

運營期除應考慮上述風險因素外，還應考慮河道的水流速度、寬度和深度是否會超出設(shè)計值，過往船只是否存在隨意停航的情況，以及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等。

1.2 地鐵防水災(淹)的原則

地鐵線路穿越江河湖泊時，可能發(fā)生的水災影響范圍必須得到控制，且災害損失必須是可以預見并可以承受的。水災范圍可通過自然條件的限定進行控制，如水源的水量有限不足以導致大范圍的水淹災害發(fā)生，或車站軌面的高程高于水面的情況下，可通過自然條件的限定進行控制。當自然條件無法限定時，應通過地鐵以外的外部設(shè)施(如節(jié)制水閘)或通過地鐵的內(nèi)部設(shè)施(如防淹門或人防門)進行控制。

1.3 地鐵水災風險等級劃分

地鐵線路穿越江河湖泊時，應依據(jù)上述防護原則和以下水災風險等級(存在一定風險、存在較大風險、存在很大風險共3級)采取防護措施或設(shè)置防護設(shè)施。

1.3.1 建設(shè)期和運營期存在一定風險

當?shù)罔F建設(shè)期和運營期存在一定風險，最大風險是僅淹掉一個區(qū)間。但外部可對風險進行控制，因此，只具有下列風險因素時，可不采取風險防護措施。

(1) 地鐵線路穿越不通航(客輪、游輪、貨輪)的河道(小河、涌，水塘、魚塘或湖)時，不存在沉船、拋錨或其它人為風險因素，不易出現(xiàn)突發(fā)風險。

(2) 地鐵線路穿越水域的隧道兩端地鐵車站內(nèi)的最低軌面標高，高于此水域的常年最高水位，防護與不設(shè)防護損失基本一致。

綜合上述因素，地鐵建設(shè)期和運營期存在一定風險時，若發(fā)生隧道局部破裂，外部可采用人工堵截、止水圍堰或拋沙袋等方式進行防水控制，帶來的損失基本不大。

1.3.2 建設(shè)期和運營期存在較大風險

當?shù)罔F建設(shè)期和運營期存在較大風險，外部雖可對其加以控制，但存在一定的難度。建設(shè)期存在風險但損失不大；運營期風險可采用人防門替代防淹門進行控制，可能發(fā)生的最大風險為淹掉一站一區(qū)間；也可根據(jù)需要在地鐵線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)設(shè)人防門，最大風險為僅允許淹掉一個區(qū)間。具有上述風險因素時，宜采用人防門替代防淹門來控制風險。

地鐵設(shè)計中，應考慮設(shè)計防淹門或人防門。當風險不太大時，可采用人防門控制水災風險。人防門與防淹門的造價相差不是太大，且兩者的主要區(qū)別在于人防門與信號系統(tǒng)無接口、無動力驅(qū)動和控制裝置，工程易于實施，維護使用亦較為簡單。人防門的設(shè)置原則一般為一站一區(qū)間設(shè)置一道人防門，也可根據(jù)需要進行加密設(shè)置；在考慮具有防淹功能要求時，人防門應與工程同期實施。

1.3.3 建設(shè)期和運營期具有很大風險

當?shù)罔F建設(shè)期和運營期具有很大風險，且外部措施無法控制，內(nèi)部亦不能及時采取措施控制水災范圍而導致?lián)p失無法判斷時，必須設(shè)置防淹門控制風險。在線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)設(shè)防淹門，最大風險為僅允許淹掉一個區(qū)間。具有下列風險因素時，必須設(shè)置防淹門控制風險：①地鐵線路穿越通航(客輪、游輪、貨輪)的河道(江、河、大湖)，且線路位于主航道上；②存在沉船和拋錨及其它人為風險因素；③線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)的最低軌面標高低于此水域的常年最高水位。

1.4 地鐵水災安全防范的原則

地鐵安全防范的原則中，涉及生命安全的必須考慮設(shè)置防護裝置。涉及財產(chǎn)安全的保護和防護，一般均采用以小博大的原則：被保護的對象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護投入時，一般建議可不考慮以上安全設(shè)施；當被保護的對象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護投入的10倍時，宜考慮以上安全設(shè)施；當被保護的對象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護投入的10～100倍時，應考慮以上安全設(shè)施；當被保護的對象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護投入的1 000倍時，必須考慮以上安全設(shè)施。

1.5 地鐵防淹風險評估的門檻

對于地鐵線路穿越水域水量的界定，建議對蓄水量超過100 000 m3以上的水域進行研究和安全性評估，并考慮是否采取防護措施；對于低于100 000 m3以下的水域，建議簡化評估程序。

2 防淹門工藝技術(shù)要求

(1) 防淹門宜設(shè)置在進出水域兩端適當位置或隧道的兩端與車站的結(jié)合部；如防淹門設(shè)置在區(qū)間，應具備運營人員便捷到達的條件；防淹門不宜設(shè)置在線路曲線上以及道岔區(qū)段內(nèi)。為確保地鐵安全可靠行車，在正常狀態(tài)下，防淹門應處于安全固定的全開狀態(tài)。

(2) 結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，可選擇下落閘門式(平面滑動式)防淹門，亦可選擇平開型(人字形門或橫拉式門)防淹門、人防門兼防淹門(防淹防護密閉隔斷門)或其它形式的防淹門。防淹門可兼作人防門，人防門亦可兼作防淹門，其功能定位宜以危險程度、安全性及性能指標中的高要求為主，同時兼顧低要求。

(3) 防淹門的機械和結(jié)構(gòu)應滿足100 a使用壽命要求，門體、監(jiān)控系統(tǒng)和驅(qū)動設(shè)備應滿足30 a使用壽命要求；啟閉設(shè)備主要采用液壓啟閉機和雙鉤電動葫蘆兩種，亦可根據(jù)不同應用場景選用不同類型的閘門啟閉設(shè)備。液壓啟閉機應配置后備電源，以保證系統(tǒng)正常運行時間不得小于1 h，在1 h內(nèi)應能進行2次開、關(guān)閘門操作。

(4) 防淹門應滿足最大靜壓和3 m高動水壓的沖擊，止水面應設(shè)在背水一側(cè)，借助水壓、門體及其上的密封材料來提高密封效果。

(5) 防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應具備中央、車站、就地三級監(jiān)視和車站、就地二級控制功能，中央級監(jiān)視和車站級監(jiān)視功能應由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

(6) 防淹門的監(jiān)控和驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備應安裝在距防淹門較近的安全區(qū)域，同時應設(shè)置專用機房，并應確保通道的暢通，同時不應影響其它系統(tǒng)正常運行。

(7) 防淹門系統(tǒng)設(shè)計及操作使用應按照技防和人防雙重安全防范進行設(shè)計，并配合設(shè)置物理安全防范，以便確保安全。同時運營期應配套編制安全管理、安全操作和安全監(jiān)督規(guī)程，并對員工進行培訓和考核。

(8) 防淹門、系統(tǒng)設(shè)備及專用機房應按有人巡視和無人值班的運行模式進行設(shè)計，并按照安全、可靠、先進、經(jīng)濟、實用的原則進行系統(tǒng)配置。

(9) 防淹門專用機房內(nèi)應設(shè)專用電話，必要時可與控制中心調(diào)度和車控室值班員通話。作為物理安全防范措施，控制中心中央控制室和車站控制室應對防淹門、系統(tǒng)設(shè)備和專用機房進行監(jiān)視，防淹門、系統(tǒng)和專用機房內(nèi)應設(shè)閉路電視監(jiān)視攝像頭，專用機房門應設(shè)門禁和攝像頭，并與閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，有人進入時應有音響警示及圖像彈出，必要時車站控制室也應設(shè)閉路電視監(jiān)視攝像頭，防止人為誤操作。

(10) 從控制命令發(fā)出到防淹門完全關(guān)閉的時間應不大于1.5 min。當隧道內(nèi)水頭不大于3 m時，防淹門(閘門式)應能在1.5 min內(nèi)關(guān)閉到位。

(11) 控制中心中央控制室、車站控制室和防淹門專用機房的防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應具有防淹門水位預警和報警，以及防淹門狀態(tài)信息的聲光提示功能，同時亦應具有自動、遠程手動及就地操作等控制功能。

(12) 防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應獨立設(shè)置，但不宜單獨組建全線監(jiān)控系統(tǒng)。中央級和車站級功能應集成到具有全線功能的綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)中實現(xiàn)，且應首選集成到ISCS來實現(xiàn)中央、車站、就地三級監(jiān)控功能。

(13) 車站控制室IBP(綜合后備操作盤)上應具備除允許關(guān)閉防淹門以外的所有操作功能，并應做好控制按鈕的安全防護，以防誤動和操作；允許關(guān)閉防淹門的命令應通過控制中心綜合監(jiān)控發(fā)出，從而實現(xiàn)異地安全操作。

(14) 防淹門系統(tǒng)應具有水位自動探測功能。水位傳感器(或探測器)應設(shè)置在區(qū)間最低處。每扇門的水位信息采用三取二的安全性信號采集方式自動進行確認，以降低誤報和誤動作，從而實現(xiàn)三級水位和上升速率的預警和報警。

(15) 區(qū)間水位報警包括一級水位預報警、危險水位報警及水位上漲超速報警。當區(qū)間隧道出現(xiàn)漏水危險并發(fā)出報警信息時，防淹門系統(tǒng)應自動向信號系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉防淹門請求，此時由信號系統(tǒng)自動確認區(qū)間隧道列車出清，并發(fā)出允許關(guān)門指令，經(jīng)控制中心中央控制室調(diào)度人工確認后，向車站控制室值班員發(fā)出允許關(guān)門指令，并由車站控制室值班員控制防淹門關(guān)閉。

(16) 當信號系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法發(fā)出允許關(guān)門指令時，應通過其它相關(guān)系統(tǒng)(ISCS)實現(xiàn)異地遠程手動操作以確保安全。車站控制室向控制中心中央控制室發(fā)出關(guān)閉防淹門請求，控制中心中央控制室調(diào)度人工確認區(qū)間隧道列車已出清，并通過綜合監(jiān)控中央級系統(tǒng)發(fā)出允許關(guān)門的控制信號，或通過電話向車站控制室值班員發(fā)出關(guān)門指令，并由車站控制室值班員控制防淹門關(guān)閉。

3 防淹門相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)接口和功能要求

當控制中心中央控制室和車站控制室均無法發(fā)出關(guān)門控制指令時，控制中心中央控制室的調(diào)度應授權(quán)車站的工作人員就地進行防淹門關(guān)閉操作，控制中心中央控制室調(diào)度和車站控制室值班員應通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行遠程監(jiān)督來關(guān)閉防淹門。防淹門相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)接口和功能要求如下：

(1) 區(qū)間隧道安全側(cè)排水泵的設(shè)置能力，宜與防淹門或人防門的泄漏量相匹配。

(2) 牽引供電接觸網(wǎng)(剛性、柔性或三軌)的設(shè)計，應滿足防淹門無障礙關(guān)閉和斷電的要求，連續(xù)設(shè)置的接觸網(wǎng)應具有遠程控制切斷的功能。

(3) 防淹門應在軌道上進行空間及鋼軌的預留，并應在軌道上進行門槽的固定及預埋設(shè)計，同時軌道專業(yè)應配合防淹門門體與防淹門處軌道軌枕間隙的設(shè)計及其與軌道相結(jié)合的止水封的安裝及接口配合。

(4) 對穿越防淹門兩側(cè)結(jié)構(gòu)的管線孔洞，應做好預留和封堵。針對遠期更新改造、升級和發(fā)展整體預留的孔洞數(shù)量，應不低于已使用數(shù)量的30%～50%。預留孔洞宜采用法蘭封堵。

(5) 防淹門的電源應滿足安全性和可靠性的要求，防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應采用UPS(不間斷電源)進行供電，且UPS后備時間應不低于1 h。

(6) 防淹門與信號系統(tǒng)之間必須實現(xiàn)正確的聯(lián)鎖關(guān)系，以確保旅客和列車的安全；防淹門應為信號系統(tǒng)提供防淹門狀態(tài)信息以及請求關(guān)閉信息，信號系統(tǒng)為防淹門系統(tǒng)提供允許關(guān)閉信息，接口方式宜采用開關(guān)量無源接點。

(7) 信號系統(tǒng)提供給防淹門允許關(guān)閉信息，且接口分界點宜布置在防淹門控制室接口端子盤上；防淹門給信號系統(tǒng)提供防淹門完全關(guān)閉狀態(tài)信息和防淹門請求關(guān)閉信息，接口分界點宜布置在信號設(shè)備室分線架上。

(8) 為保證安全行車，防淹門的全開狀態(tài)信息必須發(fā)送至信號系統(tǒng)，以便在防淹門失去全開狀態(tài)時，信號系統(tǒng)可以進行列車的控制，使列車停在安全區(qū)域。

(9) 防淹門門體、專用機房(動力驅(qū)動機房和控制系統(tǒng)機房)及與防淹門相關(guān)的系統(tǒng)機房應當滿足密閉性和防淹沒設(shè)計要求。防淹門專用機房可以將動力驅(qū)動機房和控制系統(tǒng)機房進行合設(shè)，也可以對其進行分設(shè)；與防淹門相關(guān)的系統(tǒng)機房是給防淹門供電的機房和信號系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的機房，應當設(shè)置在防淹門的保護側(cè)，并滿足密閉性和防淹(沒)設(shè)計的要求。

4 結(jié)語

地鐵防淹門設(shè)計涉及的各種可變因素較多，各種因素的組合又可派生出新的評估條件。因此，設(shè)計時需要慎重收集各種相關(guān)數(shù)據(jù)和材料，以便進行綜合科學的風險評判，以確保地鐵設(shè)施的安全可靠和乘客的生命安全。