張建偉

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 引言

下穿河流或湖泊等水域的地鐵隧道工程，應(yīng)在進出水域的隧道兩端適當(dāng)位置設(shè)防淹門或采取其他防水淹措施[1]。防淹門是地鐵線路穿越江河湖泊時防御水淹災(zāi)害的重要安全設(shè)備，主要用于防范隧道破裂造成水流涌進隧道、車站導(dǎo)致的水淹災(zāi)害，防淹門能阻止水災(zāi)范圍的進一步擴大，以保護車站人員和設(shè)施的安全。本文根據(jù)實踐經(jīng)驗，總結(jié)了防淹門設(shè)置需要考慮的風(fēng)險因素、設(shè)置原則和控制系統(tǒng)構(gòu)成，以及防淹門的土建設(shè)計及其與相關(guān)專業(yè)的接口設(shè)計等。

2 防淹門設(shè)置需要考慮的風(fēng)險因素和設(shè)置原則

2.1 風(fēng)險因素

（1）地鐵線路穿越的水域是否通航，通航等級的高低，是否有發(fā)生意外的沉船和拋錨等人為風(fēng)險；（2）穿越的水域是否在河網(wǎng)節(jié)制閘門的保護范圍內(nèi)，水量是否無限不可控，是否具備應(yīng)急處置的條件；（3）水域的寬度、深度、水量、流速等，是否為區(qū)間隧道破壞的潛在危險源；（4）河道、河床的穩(wěn)定性，是否經(jīng)常變化；（5）設(shè)防水域百年一遇的設(shè)計水位、水域兩端車站的地下埋深，以及車站最低軌面標(biāo)高是否低于河面最高水位；（6）地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，河道是否處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近以及地震強度和頻度等[2]。

2.2 防淹門的布置原則

在理解相關(guān)規(guī)范內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，考慮上述風(fēng)險因素，地鐵防范此類水淹災(zāi)害的要求是：地鐵水災(zāi)影響范圍必須得到控制，災(zāi)害損失是可以預(yù)見的，并且是可以承受的。水災(zāi)范圍可通過自然限定的條件（水源有限或車站軌面標(biāo)高高于水面）進行控制，當(dāng)自然條件無法限定時，可通過設(shè)防水域設(shè)施（如節(jié)制水閘）、地鐵內(nèi)部設(shè)施（如防淹門、區(qū)間人防門）、外部人工堵截等方法進行控制。

當(dāng)下穿河流湖泊等水域的地鐵隧道工程有很大的破裂風(fēng)險，且地鐵內(nèi)部區(qū)間人防門和外部措施不能及時控制水災(zāi)范圍，無法判斷損失時，應(yīng)設(shè)置防淹門控制風(fēng)險，具體如下：（1）地鐵線路穿越通航（客輪、貨輪、游輪）河道（江河湖），且為主航道，存在沉船、拋錨及其他人為風(fēng)險因素；（2）線路穿越的水域不在河網(wǎng)節(jié)制閘門的保護范圍內(nèi)，水量無限不可控，外部無法采用止水圍堰或拋沙袋等人工截堵措施，內(nèi)部采用區(qū)間人防門控制無法滿足驅(qū)動力和危險處置時間要求；（3）參考國內(nèi)其他城市經(jīng)驗，河道常年寬度大于100 m，常年水深大于4 m，河水的流速大于1.5m/s，河道經(jīng)常改動，河床不穩(wěn)定；（4）地質(zhì)條件不好（有流沙、淤泥、軟土）、地質(zhì)風(fēng)險較大或河道處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近、或位于地震高發(fā)的中強震的區(qū)域。

其他情況，應(yīng)綜合工程的實際風(fēng)險因素評估確認(rèn)是否需要設(shè)置防淹門，也可以內(nèi)部采用區(qū)間人防門兼顧防淹的措施，即在設(shè)防水域的隧道兩端設(shè)置區(qū)間人防門，并增設(shè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控輔助，此時應(yīng)根據(jù)設(shè)防水頭驗算區(qū)間人防門的抗力，且人防門關(guān)門操作和密閉措施應(yīng)更為快捷、有效；外部可采用起閉節(jié)制水閘、設(shè)置止水圍堰和拋沙袋等人工截堵（無堵塞航道導(dǎo)致的船舶航行危險）等措施。另外，穿越通航水域的隧道，應(yīng)考慮未來一百年河床斷面受沖淤的變化對隧道安全的影響[3]，增加隧道埋深，合理擬定隧道頂部的覆土厚度。

3 防淹門系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵防淹門主要有升降式和平開立轉(zhuǎn)式兩種類型，一般根據(jù)車站的土建條件選定。兩種類型的防淹門均由機械部分和控制系統(tǒng)兩部分組成。

3.1 機械部分

3.1.1 升降式防淹門

升降式防淹門機械部分由門體（門框、門扇、門槽埋件）、驅(qū)動系統(tǒng)和安全系統(tǒng)組成。

門扇為梁板結(jié)構(gòu)，由槽鋼、工字鋼和面板組焊而成，門扇強度應(yīng)根據(jù)設(shè)計水頭驗算；門扇底部與軌道配合設(shè)計，排水溝擋板與門扇連為一體，實現(xiàn)排水洞與門洞的同時關(guān)閉；門扇上設(shè)置直徑遞減、交錯布置的擠壓輪，增強設(shè)備運行的流暢性；門框、門槽埋件與門扇配合設(shè)計，門框上布置膠條和密封膠塊，門扇關(guān)閉后形成封閉環(huán)，保證門扇與門框之間的密閉。

防淹門驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)安全可靠，在供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)或機械裝置出現(xiàn)故障時，吊住閘門不能出現(xiàn)下滑，啟閉設(shè)備設(shè)置手動開關(guān)門的操作裝置。升降式防淹門驅(qū)動系統(tǒng)有卷揚機、手電動葫蘆兩類。

升降式防淹門的安全系統(tǒng)主要包括擋板小車、電動推桿、軌道系統(tǒng)、下壓機構(gòu)和下壓輔助機構(gòu)，主要功能是平時開門狀態(tài)下承載門扇，保證列車運營安全和關(guān)門困難時可提供額外的下壓力。

3.1.2 平開立轉(zhuǎn)式防淹門

平開立轉(zhuǎn)式防淹門機械部分由門體（門框、門扇、門槽埋件）、閉鎖、鉸頁、驅(qū)動系統(tǒng)和安全系統(tǒng)組成。

門扇為雙面板+型鋼組成的梁板結(jié)構(gòu)，其上布置膠條、閉鎖、支撐鎖定機構(gòu)等，門扇通過閉鎖約束，左右兩側(cè)為主受力方向。閉鎖為明裝閉鎖，鎖頭數(shù)目根據(jù)抗力需求合理設(shè)置，密封梁及升降機構(gòu)與閉鎖聯(lián)動。采用重載雙軸鉸頁，加強傳力路線上各部件強度。

驅(qū)動系統(tǒng)采用模塊化液壓直驅(qū)啟閉裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝容差性好，液壓油缸配套成熟，滿足大啟閉力的要求。

平開立轉(zhuǎn)式防淹門設(shè)有液壓保壓系統(tǒng)、手動及電動機械鎖和自適應(yīng)支撐裝置等，用以鎖定門扇。

3.2 控制系統(tǒng)

3.2.1 控制系統(tǒng)組成

在防淹門控制室內(nèi)，每套防淹門系統(tǒng)設(shè)一面控制柜，控制柜由防淹門控制器（PLC）、電動機啟動主回路、I/O模塊、模擬模塊、繼電器、DC24V電源設(shè)備、端子排和按鈕、表示燈等組成，并應(yīng)配置不間斷電源。

防淹門系統(tǒng)設(shè)置水位自動探測及報警裝置，探測裝置一般布置于區(qū)間隧道的廢水泵房集水井內(nèi)，用于采集水位信息，水位信息按“三取二”邏輯自動確認(rèn)，傳送至PLC，水位信息在防淹門控制柜上顯示、報警，并上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，報警信號上傳至車控室綜合后備盤（IBP盤）及地鐵運行控制中心（OCC）。區(qū)間水位可按四級監(jiān)視、兩級報警設(shè)置。

3.2.2 控制原理

防淹門控制系統(tǒng)是一套相對獨立的系統(tǒng)，具有中央、車站、就地三級監(jiān)視和車站、就地二級控制功能，中央級、車站級監(jiān)視功能應(yīng)由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)。

防淹門控制器設(shè)置車站層監(jiān)控、就地監(jiān)控兩種選擇方式。（1）車站層監(jiān)控：綜合監(jiān)控系統(tǒng)對本站防淹門狀態(tài)、區(qū)間水位及其上漲速度進行監(jiān)視，并傳送至OCC。在車控室通過IBP盤可操作防淹門開/關(guān)門動作。（2）就地監(jiān)控：就地監(jiān)控具有區(qū)間水位采集處理、設(shè)備全運行狀態(tài)的監(jiān)視和就地顯示及報警、電氣聯(lián)鎖和保護、就地操作防淹門開/關(guān)控制等功能，并利用PLC通信接口模塊、光纖、硬線實現(xiàn)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信、與車控室IBP盤的連接及與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖。

當(dāng)過江隧道發(fā)生水災(zāi)觸發(fā)報警信號時，控制系統(tǒng)將報警信號報送至車站層綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車控室IBP盤，再由車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)上傳至中央級監(jiān)控并報警。經(jīng)綜合研判需要關(guān)閉防淹門時，操控IBP盤或就地控制器向信號系統(tǒng)發(fā)出“請求關(guān)門”信號，信號系統(tǒng)確認(rèn)可以關(guān)門時，則封閉相應(yīng)區(qū)段的信號機，向防淹門發(fā)出“允許關(guān)門”信號，然后才可以操作IBP盤或就地控制器，人工下達關(guān)門指令。

4 防淹門與其他專業(yè)接口設(shè)計

4.1 與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口

防淹門由其通信模塊與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交換機連接，通信介質(zhì)為光纜，接口界面在綜合監(jiān)控室內(nèi)的接線端子排，防淹門向車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)傳輸區(qū)間水位信息、報警信息、防淹門狀態(tài)信息，綜合監(jiān)控負(fù)責(zé)對防淹門信息的采集、備份、顯示、實時查詢并形成運營報表，對故障信息進行報警及上傳至OCC。防淹門與車控室IBP盤接口硬線連接，接口界面在IBP盤接線端子排，防淹門向IBP盤傳輸水位報警和運行狀態(tài)信息，接收來自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的IBP盤控制指令，并能驅(qū)動IBP盤的指示燈、警鈴等。

4.2 與信號系統(tǒng)的接口

通過硬線連接方式，信號系統(tǒng)將控制電纜接線在防淹門控制器端子排上。防淹門向信號系統(tǒng)提供防淹門狀態(tài)信息，信號系統(tǒng)對防淹門狀態(tài)進行安全監(jiān)測，納入聯(lián)鎖；當(dāng)發(fā)生突發(fā)性水災(zāi)事故，信號系統(tǒng)接收到防淹門發(fā)出的“請求關(guān)門”信號時，信號系統(tǒng)對設(shè)防區(qū)間進行檢索、分析，具備關(guān)門條件時向防淹門輸出“允許關(guān)門”信號。

4.3 與動力和照明專業(yè)的接口

防淹門配電為一級負(fù)荷，防淹門與動力和照明專業(yè)接口界面在防淹門控制室的配電箱端子排。防淹門提出用電負(fù)荷要求，動照提供電源切換箱，在防淹門控制室設(shè)置接地端子。防淹門控制室、設(shè)備間應(yīng)設(shè)置正常照明和應(yīng)急照明。

4.4 與通信專業(yè)的接口

在防淹門控制室內(nèi)安裝一部電話，在緊急情況下便于與OCC、車控室及水災(zāi)現(xiàn)場人員聯(lián)系，進行有效的調(diào)度。防淹門控制室和設(shè)備間（防淹門停靠側(cè)）應(yīng)納入通信專業(yè)的視頻監(jiān)控范圍，通過視頻畫面車控室可實時監(jiān)控防淹門的運行狀態(tài)，必要時，設(shè)防區(qū)間隧道內(nèi)也可增設(shè)視頻監(jiān)控設(shè)備，做到區(qū)間全覆蓋。

4.5 與軌道專業(yè)的接口

軌道專業(yè)應(yīng)根據(jù)防淹門門檻結(jié)構(gòu)進行道床設(shè)計，在門檻里程范圍內(nèi)，不得設(shè)置軌枕。防淹門下門檻混凝土宜在架設(shè)軌排完成后方可澆筑，如必須先行澆筑，下門檻結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鋼軌、扣件的安裝要求預(yù)留軌道槽。在防淹門一側(cè)的車站端頭設(shè)有集水坑和廢水泵房時，防淹門下門檻可不設(shè)置道床排水洞。

5 防淹門土建設(shè)計

1）根據(jù)車輛限界、環(huán)控（隧道活塞通風(fēng)）專業(yè)的要求確定防淹門尺寸，防淹門尺寸宜統(tǒng)一設(shè)置，減少防淹門型號，根據(jù)土建條件選定防淹門類型。

2）防淹門位置宜避開線路的曲線段，不應(yīng)設(shè)置在道岔區(qū)段內(nèi)。防淹門應(yīng)優(yōu)先在設(shè)防水域隧道兩端的車站端頭設(shè)置，便于其控制設(shè)備與相關(guān)專業(yè)接口的實施以及運營期間設(shè)備的運行控制和檢修。如果防淹門必要地設(shè)置在了區(qū)間風(fēng)井、明挖區(qū)間等位置，防淹門防護段應(yīng)具備運營人員便捷到達的條件。

3）與防淹門受力相關(guān)的土建結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進行人防組合工況和防淹組合工況計算，取其中不利結(jié)果進行設(shè)計。應(yīng)根據(jù)設(shè)防水域百年一遇設(shè)計水位和防淹門設(shè)置處軌面標(biāo)高來計算防淹設(shè)計水頭，由于地鐵防淹門結(jié)構(gòu)不同于一般的水工建筑物，且該水淹災(zāi)害發(fā)生概率極低，水淹荷載分項系數(shù)可以取1.0。

4）在緊鄰防淹門門體停放位置設(shè)防淹門控制室，控制室應(yīng)設(shè)置在防淹門保護側(cè)?？刂剖业某叽鐟?yīng)能滿足防淹門控制設(shè)備和液壓泵站的布置、操作和檢修要求。控制室應(yīng)為封閉的空間，配置透明的觀察窗，能觀察到防淹門運行狀態(tài)?？刂剖覒?yīng)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，保持干燥。

5）防淹門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其預(yù)埋件較多，應(yīng)充分考慮車站空間的局限性、設(shè)備尺寸、建筑布置和土建施工工法等因素，設(shè)計階段要準(zhǔn)確表達預(yù)埋件的類型、數(shù)量、定位和預(yù)埋要求，施工階段要精準(zhǔn)復(fù)核后才可預(yù)埋安裝。另外，應(yīng)根據(jù)防淹門的安裝、調(diào)試和檢修要求，合理地設(shè)置吊環(huán)、鋼爬梯、防護欄桿、檢修人孔和設(shè)備運輸孔等。

6 結(jié)語

防淹門屬于地鐵發(fā)生重大事故時，救災(zāi)模式下的安全設(shè)備，在基于各種風(fēng)險因素科學(xué)評判的基礎(chǔ)上，宜優(yōu)先選擇設(shè)置防淹門方案。防淹門設(shè)計涉及的專業(yè)較多，不僅包括設(shè)備本身的機械和控制系統(tǒng)設(shè)計，還有防淹門土建及其與相關(guān)專業(yè)的接口設(shè)計，因此，需要認(rèn)真研究其上序?qū)I(yè)的提資和下序?qū)I(yè)的要求，保證防淹門設(shè)計的安全可靠。