城市地铁工程口部采用水动力全自动防洪闸应对水涝倒灌的应用研究

解 峰,胡圣伟,范良凯,安泰丞

（1.广州地铁设计研究院股份有限公司,广东 广州 510030;2.南京军理科技股份有限公司,江苏 南京 210007）

0 引言

我国的城市化率在改革开放初期为19%，2018年为59%，21世纪中叶将达到75%左右。到2030年我国的人口达到最高峰16亿，也就是说到21世纪中叶，我国将有12亿人生活在城市里面。城市化率的快速提高使我国城市建设面临无地可建的窘境，而合理利用地下空间是解决“城市病”的一剂良药。国际地质学界认为，21世纪是开发利用地下空间的世纪。因此，建立较为完善的城市地下空间规划管理体系尤为重要。

1 现状及原因

1.1 地铁工程内涝现状

随着城市的发展，地铁在交通运输中越来越重要。地铁作为我国的公共交通行业中发展较晚的一种，在为人们提供便利的同时，其在面对水灾等自然灾害的威胁时相应的也暴露出脆弱性问题。近年来极端暴雨频发，城区内涝积水，北京、广州、南京、武汉、上海、郑州等国内和多个国外城市因暴雨发生严重内涝后，致使部分地区积水情况严重，地铁车站积水倒灌可能会造成地铁运营局部中断，甚至列车停运，造成乘客滞留；短时间内因地铁倒灌造成地铁站内人员恐慌进而引发拥挤踩踏等事故；站内积水不能及时排出，对站内各类电气设备产生极大的影响，进而影响地铁的安全运行，对人们的生命财产安全构成极大威胁。见图1所示。

1.2 城市地铁车站水灾原因

究其原因，一方面由于地铁车站防洪设计规程较为宽泛[1]，没有一套完整的防洪防涝设计体系和成熟的防汛应急方案[2]。另一方面新建的地铁车站由于周边市政排水设施的完善程度不足，发生暴雨时大量积水短时间内无法排走[3]。部分老旧车站的场地标高低于周边的市政道路[4]，在周边建筑中，形成相对低点，发生内涝时积水难以排走[5]。

目前国内城市的地铁车站防雨洪倒灌主要采用在地铁口部或地下空间出入口堆放防汛专用沙袋、安装防洪挡水板、设置截流沟、工程内设置集水井等方法[6]，但地铁车站水灾依旧频频发生。采用防汛专用沙袋、安装防洪挡水板存在以下问题[7]：

（1）设置时机难以把握。只能通过值班人员全时段值守，根据天气判断是否封堵，无法远程控制。

（2）相关人员全时段值守，要求值班人员责任心强，时刻关注地下空间出入口水流状况[8]。

（3）设置时需多人协作进行安装，费时、费力，在应对半夜突发汛情或者短时间突发大流量水流时，往往由于未能及时采取措施而造成水淹[9]。

（4）易垮塌，且密封度不够，仍有进水可能。

（5）平时摆放占用空间，影响美观和人车通行。因此，如何有效解决地铁车站遭受水淹是地铁车站面临的重要问题和严峻挑战[10-11]。见图2所示。

图2 地铁沙袋和挡水板防汛

鉴于此种情况，2021年国务院、住建部分别发文要加强地铁车站的防淹能力。2021年国务院《关于加强城市内涝治理的实施意见》中“地铁等地下空间出入口采取防倒灌安全措施”，2021年住建部《关于做好2021年城市排水防涝工作的通知》中“地铁等地下空间出入口采取防倒灌措施”。因此，针对地铁车站雨水倒灌问题，急需一种适用于地铁车站的防洪装置，用于安装地铁车站出入口部，平时不影响行人进出，发生洪涝灾害时可自动升起挡水的防洪闸装置，解决车站被淹难题。

2 水动力全自动防洪闸

2.1 技术原理

水动力全自动防洪闸板由地面固定底框、可绕固定轴转动挡水板和两侧墙端部止水橡胶软连接件组成，安装在地铁车站的出入口部。平时水动力防洪挡板俯卧在地面上，不影响行人的进出。当遇水流倒灌时，水流沿装置前端进水口流入挡水板下部空腔内。当水位超过装置高度，水浮力超过挡水板自重时，挡水板前端开始向上翻转，并随着水位增高，挡水板逐步立起，最终达到直立状态，实现可靠挡水。当水退去或正常情况下，挡水板伏卧在地面底框上。整个过程无需人工干预、无需电力驱动、无需人员值守，满足地铁车站对于防汛的需求。见图3所示。

图3 水动力全自动防洪闸

2.2 系统适用性

各地铁车站的形式不同，如地铁车站出入口的布置位置、建筑形式、地面标高、设置数量、宽度等；地铁车站现有防汛设施基本情况，有在地下工程入口处设置的截流沟、工程内设置集水井、人员值守情况等；突发洪灾内涝时所遇到断电风险及其他突发事件，水动力全自动防洪闸应很好适应各方条件。

水动力全自动防洪闸利用水浮力原理自动翻转，无需电力驱动，实现全时段自动挡水，挡水板翻转角度随水位高低自行调整，也可人工拉起，可应对汛期雨洪倒灌、给水管网爆管等各类突发水灾状况。

由于地铁车站的口部宽度及挡水高度不同，水动力全自动防洪闸采用模块化组装设计，标准模块化宽度为600 mm，适用于地铁车站不同宽度的口部。板端与两侧墙体采用柔性密闭件连接，避免洪水从板端与侧墙倒灌车站内。考虑地铁车站挡水防水灾需求，可选挡水高度为600 mm、900 mm、1 200 mm、1 500 mm四种规格，以应对不同高度的水灾。

鉴于地铁车站人流量大，系统结构应能经受行人、车辆等反复碾压，需具有较高的荷载能力、防滑能力、耐腐蚀能力及较长使用寿命。经反复选材、实验，最终采用航空铝材作为挡水面板主要构件。其面板结构包括更换防滑层、承重层、浮力层和保护层，系统整体具有较高的抗荷载强度和韧性。

此外，水动力全自动防洪闸增加其完善的系统功能，包括便于扩展的监控系统、警告系统、排水控制等系统。在发生积水之前建立防洪灾风险的评价，提高了地铁车站的防水灾风险的预测能力，降低了地铁车站在运营期发生雨水倒灌的风险。

3 水动力全自动防洪闸的工程应用

目前，广州地铁珠海广场站出入口部和广州地铁陈头岗站出入口成功安装水动力全自动防洪闸，对车站出入口部情况勘测及历年汛期降雨情况进行分析，选择安装600 mm高度的水动力全自动防洪闸。于安装后模拟内涝突发进行测试，挡板随着水位的升高而逐渐升起，成功挡住600 m高的水位，为确保地下空间安全提供全面保证。见图4所示。

图4 陈头岗站出入口

2018年6月8日，安徽省人民防空办公室在合肥组织召开了“水动力全自动防洪闸推广应用”专家论证会，论证意见指出：该成果具有显著的战备效益、社会效益和经济效益，对保障人防工程及其他地下空间安全使用具有重要意义；建议该成果推广应用。截至当前，水动力全自动防洪闸已在国内济南、上海、武汉、长沙、大连、南宁、宁波、宿迁等二十多个省市的地铁、地下车库、地下商场等地下工程出入口安装使用200余套，拦截洪水倒灌成功率100%。见图5所示。

图5 珠海广场站出入口部

水动力全自动防洪闸板适用于城市地下空间（地下车库、地铁车站、地下商场、连接街通道及地下管廊等）以及地面低洼建筑或区域的出入口，可有效避免城市因雨水洪灾倒灌导致地下空间被淹，对保障地下空间安全度汛和发挥工程战备效益也具有重要意义。

4 结语

随着地上、地下空间建设力度逐年加大，地铁车站在城市功能中发挥着越来越大的作用，地铁车站的防汛安全也越来越被各方所重视。水动力全自动防洪闸在防淹度汛上的应用与发展，将有效指导工程实践，避免地铁设施遭受雨水倒灌，规避内涝产生的倒灌对地铁造成的巨额财产损失，使地铁防护设施减少汛期值守人员，减少物业工作人员的开支，有效改善地铁行业的防洪落后现象，从而促进地铁车站领域防洪技术的进步。同时随着防汛安全逐渐的规范化、标准化、多元化发展，会渐渐形成一套成熟的体系，从而杜绝地铁遭受水灾事故的发生。