張亞彤　劉莉　逯紅霞

摘 要：近年來全球極端天氣的出現(xiàn)頻次越來越高，地下軌道交通的劣勢盡顯，地鐵口雨水倒灌造成的交通癱瘓影響市民出行甚至造成事故屢見不鮮。本文針對防淹門、防淹擋板等現(xiàn)有地鐵防倒灌設(shè)備的局限性，并結(jié)合對地鐵汛期內(nèi)澇工況構(gòu)建和基于實(shí)際應(yīng)用工況本文致力于設(shè)計(jì)一種新型地鐵智能防倒灌設(shè)備，在不影響行人進(jìn)出和保證行人安全的情況下，完成對高水位的有效控制。

關(guān)鍵詞：地鐵口積水 防倒灌設(shè)施 智能設(shè)備

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國城市軌道交通的發(fā)展已經(jīng)稱為城市人口日常通行的必備交通工具，城市軌道交通大大緩解了交通運(yùn)輸壓力，而城市軌道交通中地下交通軌道是目前我國主要選擇[1-5]。近年來全球極端天氣的出現(xiàn)頻次越來越高，地下軌道交通的劣勢盡顯，每年雨水豐富的季節(jié)，地鐵口雨水倒灌造成的交通癱瘓影響市民出行，乃至交通事故大面積乘客擁擠踩踏威脅生命安全，造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，故屢見不鮮。因此，地下交通防洪安全勢必受到廣泛關(guān)注，科學(xué)合理的解決地鐵口防澇防汛是城市發(fā)展亟待解決的問題。

2 地下站雨水防倒灌研究現(xiàn)狀

經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，由于地下軌道交通的建設(shè)年限尚淺，對于地下軌道交通方面的災(zāi)害研究和防治也是起步階段，不論是研究水平還是相關(guān)技術(shù)尚不成熟。現(xiàn)有研究著力于對現(xiàn)有地下工程在雨水倒灌時(shí)表現(xiàn)出來的局限性和無力感提出一些理論意見或是建議。盧偉華等對上海市地下空間，婁夏等研究地下交通設(shè)施分別進(jìn)行了防汛防洪能力方面的調(diào)查分析，論證了現(xiàn)有地下工程在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)考慮到了防洪防淹，并為之做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，但是應(yīng)用于實(shí)踐中雨水倒灌事故并沒有得到有力的控制；湯洪亮結(jié)合上海市大型地下工程防汛影響的專項(xiàng)論證，論證中對地下工程運(yùn)行期自身的防汛安全做了全面論述；鄭建楠解讀了《上海市防汛條例》，通過分析論證工程防汛對于地下工程發(fā)展的必要性；方正等人建立理論模型，研究城市地下軌道交通降雨徑流，綜合城市流域排水ICM模型的建立，帶入實(shí)地考察不同時(shí)期地鐵站不同出入口的水深數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，提出地鐵站點(diǎn)周邊排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造及地鐵站安全運(yùn)營建議；鄭健吾根據(jù)地下軌道交通的防汛特點(diǎn)，結(jié)合上海地鐵1，2號線，提出了地鐵的防洪對策與措施[6，7]。趙庚潤等人建立了內(nèi)澇模型用于研究上海五角場區(qū)域地下民防工程對城市內(nèi)澇積水的防御能力，計(jì)算得出了該區(qū)域在不同降雨重現(xiàn)期下的積水范圍和深度。

3 智能防倒灌設(shè)備

3.1 地鐵地下防倒灌新方案

地鐵底下空間防洪是指為了避免地鐵站或地鐵隧道在雨季或洪水時(shí)發(fā)生水浸現(xiàn)象而采取的一系列措施。以下是幾種常見的地鐵底下空間防洪措施：

（1）防水擋板：地鐵口出入口處安裝防水擋板，能夠有效地防止洪水灌入地鐵站，保障地鐵內(nèi)部的安全。

（2）排水系統(tǒng)：地鐵站內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)，能夠?qū)⒂晁⒛酀{等流出地鐵站的污水迅速排出，避免積水導(dǎo)致的安全隱患。

（3）防汛沙袋：地鐵口出入口處防汛沙袋，能夠在汛期有效地防止洪水灌入地鐵站，保障地鐵內(nèi)部的安全，確保地鐵內(nèi)部的正常運(yùn)行和乘客的安全。

（4）門窗防護(hù)：地鐵口出入口處的門窗設(shè)置防護(hù)措施，防止強(qiáng)風(fēng)、暴雨等天氣對地鐵內(nèi)部造成影響。

總之，地鐵底下空間防洪措施是非常重要的，可有效避免地鐵站或隧道發(fā)生水浸，保障了公眾的出行安全。地鐵站或隧道時(shí)，可以將水引入集水井，并通過排水管道排出去。

（6）集水井： 在地鐵沿線的下方設(shè)立集水井，當(dāng)?shù)叵滤蜎]地鐵站或隧道時(shí)，可以將水流引入集水井內(nèi)匯集，并通過排水管道排出。

（7）增加大氣壓吸附系統(tǒng)：在雨水或洪水嚴(yán)重的情況下，可以使用大氣壓吸附系統(tǒng)來防止地鐵底下空間內(nèi)的水位上漲。該系統(tǒng)會產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)域，使地鐵站和隧道內(nèi)的空氣壓力降低，從而避免水進(jìn)入。

（8）加強(qiáng)排水管道清理和維護(hù)：保持排水管道暢通，定期清理和維護(hù)排水設(shè)施以確保其正常運(yùn)行，避免堵塞問題。

除此之外還可以建造防洪墻如果地鐵站周圍存在泥石流等可能導(dǎo)致水災(zāi)的地質(zhì)情況，可以在地鐵站周圍建造防洪墻，以保護(hù)地鐵站。加強(qiáng)防汛演練：應(yīng)定期組織地鐵站和隧道的工作人員進(jìn)行防汛演練，提高應(yīng)急處理能力。這些措施可以有效地保障地鐵底下空間防洪，確保地鐵站和隧道內(nèi)不會積水，避免對乘客和交通帶來影響。地鐵站或隧道時(shí)，可以通過集水井將水流引走，減少地鐵站或隧道內(nèi)的積水量[8-13]。

這些防澇裝置在擋水方面都取得了良好的效果，但在安裝空間、時(shí)間和人員需求等方面均存在一定的不足。地鐵口防汛設(shè)施是保障地鐵運(yùn)營和乘客出行安全的關(guān)鍵措施，需要加強(qiáng)建設(shè)和管理，不斷完善和創(chuàng)新，使其能夠適應(yīng)各種自然災(zāi)害和突發(fā)情況的挑戰(zhàn)。其中，一些大型城市的地鐵站還會采取其他防汛措施。例如，上海地鐵在防汛方面，上海地鐵采用了“海綿城市”理念，通過建設(shè)雨水花園、雨水蓄滯洪池等設(shè)施，緩解城市內(nèi)澇問題。此外，上海地鐵還在地鐵站出口設(shè)置了可折疊式擋板，能夠迅速應(yīng)對突發(fā)暴雨等災(zāi)害情況。廣州地鐵設(shè)有防汛物資庫，存放各種應(yīng)急物資，如發(fā)電機(jī)、排水泵、抽水器等。同時(shí)，廣州地鐵還在站臺和車站地下通道等密閉空間設(shè)置抽風(fēng)設(shè)備，保證乘客的舒適和安全。

3.2 智能防倒灌設(shè)備技術(shù)

針對現(xiàn)有地鐵防倒灌設(shè)備的局限性，并結(jié)合對地鐵汛期內(nèi)澇工況構(gòu)建和基于實(shí)際應(yīng)用工況本文致力于設(shè)計(jì)一種新型地鐵智能防倒灌設(shè)備。地鐵智能防倒灌設(shè)備效果如圖2所示。預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)對水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測，正常情況下“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，當(dāng)?shù)罔F站內(nèi)出現(xiàn)雨水倒灌，水位達(dá)到能夠觸發(fā)感應(yīng)裝置（水位限值）所處的位置時(shí)，感應(yīng)裝置在浮力的作用下迅速閉合，觸發(fā)中央處理裝置，控制驅(qū)動(dòng)裝置工作，推動(dòng)擋水板向上升起，筑起一道“圍堰”，阻斷雨水進(jìn)入站內(nèi)的通道，為緊急排水和清掃作業(yè)爭取時(shí)間，同時(shí)為方便行人通過，擋水板設(shè)計(jì)成逐漸升高的臺階形式，形成防倒灌階梯，在不影響行人進(jìn)出的情況下，完成對高水位的有效控制；同時(shí)為保證行人安全，添加壓力傳感裝置，在行人通過時(shí)不進(jìn)行擋水板的升降作業(yè)。當(dāng)水位下降，低于感應(yīng)裝置所處的位置時(shí)，感應(yīng)裝置斷開，擋水板向下運(yùn)動(dòng)至地面以下，“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，不妨礙行人通過，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。有效解決現(xiàn)有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲不方便，以及耗費(fèi)大量人力，無法及時(shí)處理大面積雨水倒灌事故的問題，能彌補(bǔ)地鐵站出入口臺階定值防水的弊端，緩解站內(nèi)抽水泵的工作壓力，同時(shí)方便整個(gè)站臺對于水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，節(jié)省大量的人力物力，提高作業(yè)效率，真正實(shí)現(xiàn)即時(shí)性與有效性。

該設(shè)備預(yù)埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應(yīng)裝置、中央處理裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、擋水板等四部分組成。地鐵自動(dòng)防倒灌設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示：

（1）水位感應(yīng)裝置：當(dāng)水位達(dá)到感應(yīng)裝置限定的位置時(shí)，在浮力的作用下，浮漂上升，開關(guān)閉合，發(fā)送給中央處理器預(yù)警信號。

（2）中央處理裝置：中央處理裝置采用單片機(jī)，水位傳感器將預(yù)警信號送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后將控制信號送給驅(qū)動(dòng)裝置。通過驅(qū)動(dòng)裝置電力推桿的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)擋水板的伸出與縮回正功能。

（3）驅(qū)動(dòng)裝置：在現(xiàn)有防倒灌設(shè)備設(shè)計(jì)的電磁驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上優(yōu)化為空氣壓縮機(jī)和真空泵構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置，空氣壓縮機(jī)和真空泵完成對氣囊的供氣或者抽氣，隨著橡膠氣囊的供氣或抽氣，帶動(dòng)行人踏板在豎向?qū)к壣仙蛳陆?，并帶?dòng)連接踏板在橫向?qū)к壣线M(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)防倒灌階梯的升降。

地鐵自動(dòng)防倒灌設(shè)備工作流程圖如圖4所示：

4 結(jié)論

文本文致力于研究一種地鐵智能防倒灌設(shè)備，能有效解決現(xiàn)有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲不方便，以及耗費(fèi)大量人力，無法及時(shí)處理大面積雨水倒灌事故的問題。該設(shè)備預(yù)埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應(yīng)裝置、中央處理裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、擋水板等四部分組成，能夠彌補(bǔ)地鐵站出入口臺階定值防水的弊端，緩解站內(nèi)抽水泵的工作壓力，同時(shí)方便整個(gè)站臺對于水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，節(jié)省大量的人力物力，提高作業(yè)效率，真正實(shí)現(xiàn)即時(shí)性與有效性。

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