南京地铁江心洲站防洪设计研究

朱凯乾

(中设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210000)

0 引 言

我国的城市轨道交通建设迅猛发展，地铁作为发达城市的大运量公共交通设施，安全不容忽视，故地铁设计应针对所有可能发生的灾害进行防范，洪水作为地铁灾害的重点预防对象，因此有效的防洪措施尤为重要。由于地铁设计、建设周期较长，车站环境也经常随着城市规划发生变化，防洪措施也要在不影响安全的前提下尽量适应变化后的车站环境。本次结合南京地铁10#线江心洲站的工程案例，重点研究车站在各种不同环境下防淹措施。

1 工程概况

南京地铁10#线一期工程江心洲站于2009年规划设计、2014年通车运营，该站位于南京长江夹江的江心洲(梅子洲)地块内的穿洲公路与洲泰路交叉路口，呈南北向敷设，车站总建筑面积12 038 m2，长300 m，标准端宽19.86 m，车站的总平面布置详见图1。

图1 总平面布置

2 防洪设计方案研究背景

设计初期根据长江防洪报告得知，江心洲在南京市水情危急时要破堤行洪，按长江水利委员会长江科学院报告提供的资料，该处的百年防洪水位为11.10 m(吴淞高程)，目前江心洲站站址地面高程为6.200(吴淞高程)，按此洪水位比站址地面约高5 m，为确保地铁运营安全，车站建筑设计需考虑相应的防洪措施来应对站区内可能出现的洪水灾害。

3 防洪设计方案

由于防洪水位高于地铁地面标高约5 m，汛期时地铁车站无法使用，故汛期时关闭车站，仅需保证区间跨站运营即可，按此地铁出地面设施均需设计相应的防洪措施，具体措施如下。

3.1 出入口通道防洪措施

为防止洪水侵入车站，在出入口人防段设置液压式防淹门，该门具备预防洪水及战时人防功能，按此可满足人防及防淹需求。另考虑到汛期洪水来临时可能会对出入口地面建筑造成破坏，因此出入口地面部分建筑采用混凝土实墙砌筑，按此可避免由于洪水对出入口地面建筑的破坏，不必导致出入口二次建设、修补影响运营恢复，但由于出入口地面建筑设置为混凝土实墙出入口显得较厚重，且采光效果略差，具体设置形式见图2。

图2 出入口防洪措施及出入口地面建筑实例示意

3.2 风亭防洪措施

车站活塞风亭由于兼顾隧道通风，且过江区间较长范围内无风亭通风，为保证隧道正常运营，洪水期间隧道正常通风，因此风亭需设置成高风亭。为保证风亭的风口需要不受洪水影响，因此风亭的风口需要高于洪水位及洪水期间风浪超高影响，保证风亭在洪水期间能正常运营，本站的最高洪水为高出地面5 m，洪水期间风亭超高则根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)中的堤顶超高计算所得，具体计算如下：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y-超高(m)；R-设计波浪爬高(m)，按附录C计算确定；e-设计风壅增水高度(m)，按附录C计算确定；A-安全加高(m)，按《堤防工程设计规范》表2.2.1确定。

(1)R的计算

因为风亭垂直设置，壁面坡率m=0，因此，按R=KΔKvKpR0H公式计算

式中：KΔ-斜坡的糙率及渗透性系数，见表C.3.1-1；Kv-经验系数，见表C.3.1-2；Kp-爬高累积频率换算系数，见表C.3.1-3；R0-无风情况下，光滑不透水护面、H=1 m时的爬高值(m)，见表C.3.1-4；H-堤前波浪的平均波高(m)。

①KΔ的确定

从景观考虑，风亭表面可能会装修成光滑不透水护面，按规范中表C.3.1-1，KΔ=1.0。

②Kv的确定

a.计算风速V

根据《蓄滞洪区建筑工程技术规范》(GB 50181-93)，当没有风速实测资料时，计算风速可按下式确定。

式中T1-蓄滞洪区两次运行间隔时间，当T1大于15时，宜取15；当T1小于5时，宜取5。

w0-基本风压(KN/m2)，按现行《建筑结构荷载规范》确定。经查，南京地区w0=0.4。

当T1=15时，V=16.4 m/s；当T1=5时，V=20.2 m/s。

b.平均水深d

根据江心洲百年一遇防洪水位，江心洲行洪时，站址处平均水深d=5 m。

查《堤防工程设计规范》(GB 50286-98)表C.3.1-2，

取较大值KV=1.21。

③Kp的确定

根据《堤防工程设计规范》(GB 50286-98)，波浪平均波高

(式3)

式中：F-风区长度(m)。计算得，车站处F=1 000 m。

a.当T1=15，V=16.4 m/s时

=3.56th(0.21)th(0.33)

=3.56×0.21×0.32

=0.24

H/d=0.24/5.0=0.048<0.1

b.当T1=5，V=20.2 m/s时

=5.41th(0.16)th(0.36)=5.41×0.16×0.34=0.29

H/d=0.29/5.0=0.058<0.1

取较大值H=0.29 m。

本项目不允许越浪，所以爬高累积频率取2%，查表得Kp=2.07。

④R0的确定

查表得R0=1.24。

所以R=KΔKvKpR0H

R=1.0×1.21×2.07×1.24×0.29=0.90 m

(2)e的计算

(3)A的计算

要保证车站在行洪期间区间的正常运营，要求风亭处在一安全高度，参照1级堤防，在不允许越浪的情况下，查表得A=1.0 m。

因此风亭超高Y=R+e+A

Y=0.90+0.01+1.0=1.91

结合以上计算，本设计中风亭风口最低点高出防洪水面取值为2 m。风口高约4 m，整个风亭高约11 m。送排风亦参照此做法(见图3)，风亭宜统一布置，结合地面小品统一设计，同时在风亭风口加防洪设施。

图3 高风亭加防洪方案示意

4 环境的改变对防洪设计方案的影响

随着南京城市发展需要，江心洲作为南京重点开发区域，于2011年5月《关于长江南京河段梅子洲安全区建设工程涉河建设方案的批复》(长许可(2011)262号)批复要求，江心洲由蓄洪区改为安全区，但江心洲的安全区建设工程无法保证在车站通车运营后完成，为确保安全，车站在防洪功能不能完全放弃，如完全按原防洪方案设置，对定位较高的江心洲规划景观影响较大，基于发展需求，因此需要研究既要保证在非安全区时的防洪功能，且同时优化四小件建筑美观效果及降低工程造价。

5 蓄洪区转安全区的防洪设计方案

5.1 出入口

由于安全区的建设晚于地铁通车时间，考虑到车站出入口可能在通车运营期遭遇洪水，因此出入口的防火措施仍需要设置，但如果按原出入口防洪方案，出入口地面造型则为厚重、呆板、通透性差的建筑造型，且对未来地块景观影响较大，因此建议出入口造型常规通透的建筑造型与全线其他标准出入口做法统一，按此即使得出入口通透感好，同时对周边景观影响大大降低(最终出入口建设实景详见图4)，另本出入口为考虑防洪，将出入口人防门仍考虑为兼防淹门功能的人防门，满足防洪需求。

图4 出入口实景照片

5.2 风亭

考虑到安全区在地铁运营不久后完成，风亭如按原防洪方案，将风亭永久建成为防洪需要的11 m高，按此风亭造价较高，且势必对周边景观影响较大，本次将风亭优化为常规的6 m高风亭，由于运营期站址安全区未完全建成，存在防洪需求，因此风亭预留加高条件，如遇汛期，可考虑将风亭用预制好的钢结构加高至防洪需要的11 m高风亭，近期使用的风孔进行封堵(具体方案见图5)，按此风亭体量大大降低，景观影响小(最终建成实景照片详见图6)。

图5 风亭防洪方案示意图

图6 风亭实景照片

6 结 论

地铁防灾是地铁设计中的重中之重，在满足规范要求的防灾的同时，地铁车站方案也需要综合环境、景观、建设造价等租多因素设计考虑合理的方案。