地鐵工程的防洪對策與措施研究摘 要:本文系上海市城市與交通科學促進會組織的“城市地下交通空間開發與利用”課題的有關防洪部分的內容,包括地鐵工程中防洪規范與標準以及防洪對策措施等。關鍵詞:地鐵工程;防洪措施;規范與標準;防淹門1地鐵與防洪有關的特性 對于城市化高度發展,地面交通擁擠阻塞的城市,辟筑高架交通,雖然在交通問題上得以改善,但從占用城市有效地域面積來看,仍然存在不少矛盾。相比之下,地下軌道交通要比地面交通需考慮的各種影響因子要少,發展地鐵是一種充分利用城市地下空間來開發城市交通的有效途徑。 以上海地鐵1#、2#線為例,其地鐵線路經過地帶大部分為淤泥質軟弱地層(例如灰色淤泥質粘土、灰色砂質粘土、灰色粉質粘土等),地下水位較高。同時上海城區的道路較狹窄,地面的建筑密度又大,建筑物的樁基較深,還有鋪設年代較久的錯綜復雜的地下管線。對于上述情況,建設地鐵較適用于盾構法,兩條地鐵線路均采用“高站位、低區間”的縱斷面形式(見表1)。
從表1可見,地鐵埋置深度較大,處在城市各建筑層面的最低部位。 對于城市地面來說,通常洪水位要高于城市一般地面。上海的地面標高普遍較低,一般為3.0～4.0ｍ左右(吳淞零點,下同),地鐵在人民公園(含人民廣場)與石門一路段地勢較低,地面標高僅為2.5～2.8ｍ,浦東地勢較高,在4.0～5.0ｍ左右。以黃浦江黃浦公園站潮水位頻率分析,十年一遇和百年一遇的高潮位分別為4.91ｍ和5.40ｍ,而千年一遇高潮位達5.86ｍ,考慮到海平面上升及地面沉降等因素,其潮位值還要增高至6.0ｍ以上。就以平均潮位約2.20ｍ來看,上海地區的河水位一般要在地鐵隧道的15～20ｍ之上,遇洪水位時此值還要增加3～4ｍ。從以上分析,萬一遭遇水淹將會危及“高站位,低區間”的整個地鐵系統。雖然上海市區目前防洪對黃浦江而言,已經構筑達到能抵御千年一遇潮位的防汛擋潮體系,但在1981年及1997年均出現歷史最高潮位。每年汛期,臺風活躍,暴雨頻繁,由于熱帶氣旋引起上海地區出現有影響的高潮位。這樣對于地鐵,尤其是地鐵2#線穿越黃浦江段的威脅就很大。 上海隨著經濟建設的發展,防汛任務愈來愈繁重,目前防汛抗災形勢依然嚴峻,防汛工程有待進一步提高,而地鐵受臺風暴雨、洪災的影響不可輕視。2地鐵與防洪有關的規范與標準 地鐵在我國的交通運輸業中屬于發展較遲的一門新開發的交通事業,因此在相應的規范與標準中難以對地鐵有較明確的規定和要求。以下就收集了解到的有關法規、規范或標準中,查找有關防洪(潮)與地鐵有關的要求。2.1防洪標準 中華人民共和國國家標準《防洪標準》ＧＢ50201-94。文中第1.0.2條,“本標準適用于城市、鄉村、工礦企業、交通運輸設施、水利水電工程……等防洪對象,……防御潮水的規劃、設計、施工和運行管理工作。” 查對《防洪標準》中第5部分,交通運輸設施部分,包含對鐵路、公路、航運、民用機場……,但就文中的5.1鐵路部分,均指地面鐵路,沒有列入地鐵的防洪標準。參照《防洪標準》中對鐵路等級的劃分是按年運輸能力來考慮。而客貨運的折算關系為每對旅客列車上下行各按每年70×104ｔ計。對于Ⅲ等地方鐵路其年運輸能力小于750×104ｔ。地鐵的客運量大,車次上下行頻繁,相比之下,屬純客運的地鐵應該比一般性地方鐵路的等級要高。因此我們分析認為地鐵與鐵路的Ⅰ、Ⅱ級相類同,對應的防洪標準,見“標準”表5.1.1應該在50～100年防御標準,甚至還應該以300年洪(潮)水重現期來校核。 此外,由《防洪標準》中交通運輸設施的5.5管聯系工程部分,條文5.5.1跨越水域的輸水、輸油、輸氣等管道工程,我們不妨將地鐵作為跨越水域的輸送人員的管道。參照大中型管道工程的防洪標準,見《防洪標準》表5.5.1,其防洪標準也為50～100年重現期。同時參照條文5.5.2:“……水域底部穿過的管道工程,其埋深應該在相應的防洪標準洪水的沖刷深度以下。”2.2水法 中華人民共和國《水法》中第二章開發利用,其中的第19條:“……鋪設跨河管道、電纜,必須符合國家規定的防洪標準、通航標準和其他有關的技術要求”。因此對應2.1防洪標準,地鐵與鐵路等交通運輸設施一樣,應遵循國家防洪標準。2.3地下鐵道設計規范 建設部批準的國家標準《地下鐵道設計規范》ＧＢ50157-92,與防洪有關的為第十二章第七節防水淹技術要求,其中第12.7.1條:“車站出入口及通風亭的門洞下沿,應高出室外地面150～450ｍｍ,必要時應該設置臨時防水淹措施。”而第12.7.2條:“位于水域下的區間隧道兩端應該設電動、手動防淹門。”2.4地下室設計規程 建設部頒發的《六級人民防空地下室設計規程》屬行業標準,地鐵部門若予以參照,其中第二章第五節防水防潮,文中第2.5.1條:“防空地下室的防水、防潮設計,應根據場地地形、水文地質、施工條件及材料供應等因素綜合考慮確定。要保證防水可靠、耐久,便于施工。”其中第2.5.2條:“對設計最高水位,應根據常年靜止水位、豐水期最高水位及近期地下水位變化規律綜合考慮確定。此外應充分考慮地表水滲透、管道破壞和其他滲漏水因素,綜合確定設防高度和防水做法。”3防洪對策措施研究 現以上海地鐵為例考慮防洪對策措施,主要分為工程措施與非工程措施。其考慮原則應是“以防為主,以排為輔,防排結合。”3.1工程措施 在此以較為典型的穿越黃浦江段的地鐵2#線為例,當發生地震等特殊情況時,黃浦江水將會灌入越江隧道內。有關的工程措施宜考慮如下:3.1.1防淹門 穿越黃浦江段隧道,應在兩端設防淹門。而整個隧道段均采用循環法施工,在此區間要考慮設置防淹門,對于門型結構及平時經常開啟防淹門的儲存和啟閉設備的空間,無論從結構上和構造上均有一定的問題。因此宜考慮在跨越黃浦江的兩端,分別在河南中路站和陸家嘴路站房內布置。而較為有利的控制斷面是在車站的端頭井處對上、下行隧道設防淹門,而該防淹門要求在發生事故時能快速關閉,使倒灌的黃浦江水堵截在越江隧道區間內,控制兩端車站和全線免遭江(潮)水淹及,這亦是作為防災的措施之一(見圖1)。3.1.2防滲漏措施 從設計上考慮,應要求車站的頂板和區間隧道等結構的頂板,不允許滲漏水,而對車站及隧道等的側墻則控制其滲漏水量<0.1Ｌ/ｍ2·ｄ。通常采取防水攏頭或雙層墻結構等措施,并在其底部設排水溝、槽。3.1.3排水措施 工程采取“高站位、低區間”布置,因此線路隧道的滲漏水以及沖洗水和發生火警時的消防水等將會聚集到隧道區間的最低處,因此在此處應設置區間排水泵站。3.1.4出入口防水淹措施 根據“地下鐵道設計規范”在地鐵車站的出入口及通風口的門洞下沿均應高出地面150ｍｍ～450ｍｍ,即地鐵出入口踏步,要比路面高出三個臺階,上海地鐵1#和2#線的各站出入口都按此設計,北京地鐵的一、二期工程出入口亦高出附近地面150ｍｍ～450ｍｍ。而且根據上海市區的地勢較低,為防止暴雨時地面積水涌入地鐵站內,一般在地鐵站出入口門洞內墻留有約150ｍｍ寬的門槽,可在暴雨時臨時插入迭梁式防水擋板。3.2非工程措施3.2.1加強預測預報 地鐵的出入口被淹主要是受暴雨及地面積水的影響,因此可根據天氣預報及時做好地鐵出入口的臨時防水淹措施。 對于越江地鐵隧道遇到地震或特殊災害性天氣時與有關部門,建立網絡聯系,加強對非常災害的預測預報,及時做好關閉防淹門的各項措施,包括暫時中斷地鐵運營,疏散地鐵乘客及有關人員,以應付突發事故的發生,使災害的危害程度降到最低程度。3.2.2做好搶險預案 地鐵一旦遭受洪(潮)水的淹沒,其經濟損失巨大,還可能造成人員重大傷亡,因此做好地鐵的防災搶險預案是非常必要的,尤其是洪災有其歷時短、影響面廣、危害大的特性,故更應制訂幾套較為可靠的搶險預案措施以應付事故的發生。3.3有關研究的幾點建議3.3.1加強法規及規范的制訂 目前頒布的防洪標準中,在交通設施部分中未將地鐵的內容列入,而地鐵與防洪之間又有其特殊的關系,隨著我國城市交通的發展,又有相當數量的城市將要新建一批地鐵項目,使得今后地鐵建設時對防洪有章可循。建議應組織有關部門將此部分內容盡快補充列入。3.3.2更好地執行已有的規范標準 雖然現有的地鐵設計規范對防水淹技術要求中,對地鐵的出入口及越江部分的區間隧道均提出了相應的要求。據悉目前上海地鐵2#線及廣州地鐵的越江區間隧道,由于種種原因,仍未設置防淹門。建議在已實施地鐵工程中應采取一定的措施補充完善其防災對策。3.3.3進一步完善有關的規范標準 (1)確定地鐵的設防水準,是一個比較復雜的問題,應結合當地的洪(潮)水位變化規律和發展趨勢,研究出合理的標準。 (2) 對于臨時防潮設施,目前在工程中僅在出入口墻側設一道槽口,在臨時防潮時采用迭梁式插板來擋水,已建項目中插板未設底槽,而且僅有一道插板,應參照有關防汛墻的臨時防汛墻擋水措施,對規范部分予以深化完善。否則當暴雨或潮水高于地面150ｍｍ～450ｍｍ水位時,地鐵出入口要維持正常的運行尚缺安全感。3.3.4加強安全與防災意識 通過對地鐵與防洪之間關系的研究,了解到采取適當的防洪措施,對于地鐵的安全運行是非常必要的,而且是體現了對地鐵這一特殊的地下交通設施的一項防災措施,雖然對防洪采取措施的項目費用在整個地鐵建設投資中是微不足道的,但應在規劃、設計、建設、施工等各個環節中,充分加強對地鐵安全運行與防災意識,而不能僅作為一種附屬要求來對待,相信防洪措施的實施將是地鐵建設得到充分完善發展的一個不可缺少的部分。
從表1可見,地鐵埋置深度較大,處在城市各建筑層面的最低部位。 對于城市地面來說,通常洪水位要高于城市一般地面。上海的地面標高普遍較低,一般為3.0～4.0ｍ左右(吳淞零點,下同),地鐵在人民公園(含人民廣場)與石門一路段地勢較低,地面標高僅為2.5～2.8ｍ,浦東地勢較高,在4.0～5.0ｍ左右。以黃浦江黃浦公園站潮水位頻率分析,十年一遇和百年一遇的高潮位分別為4.91ｍ和5.40ｍ,而千年一遇高潮位達5.86ｍ,考慮到海平面上升及地面沉降等因素,其潮位值還要增高至6.0ｍ以上。就以平均潮位約2.20ｍ來看,上海地區的河水位一般要在地鐵隧道的15～20ｍ之上,遇洪水位時此值還要增加3～4ｍ。從以上分析,萬一遭遇水淹將會危及“高站位,低區間”的整個地鐵系統。雖然上海市區目前防洪對黃浦江而言,已經構筑達到能抵御千年一遇潮位的防汛擋潮體系,但在1981年及1997年均出現歷史最高潮位。每年汛期,臺風活躍,暴雨頻繁,由于熱帶氣旋引起上海地區出現有影響的高潮位。這樣對于地鐵,尤其是地鐵2#線穿越黃浦江段的威脅就很大。 上海隨著經濟建設的發展,防汛任務愈來愈繁重,目前防汛抗災形勢依然嚴峻,防汛工程有待進一步提高,而地鐵受臺風暴雨、洪災的影響不可輕視。2地鐵與防洪有關的規范與標準 地鐵在我國的交通運輸業中屬于發展較遲的一門新開發的交通事業,因此在相應的規范與標準中難以對地鐵有較明確的規定和要求。以下就收集了解到的有關法規、規范或標準中,查找有關防洪(潮)與地鐵有關的要求。2.1防洪標準 中華人民共和國國家標準《防洪標準》ＧＢ50201-94。文中第1.0.2條,“本標準適用于城市、鄉村、工礦企業、交通運輸設施、水利水電工程……等防洪對象,……防御潮水的規劃、設計、施工和運行管理工作。” 查對《防洪標準》中第5部分,交通運輸設施部分,包含對鐵路、公路、航運、民用機場……,但就文中的5.1鐵路部分,均指地面鐵路,沒有列入地鐵的防洪標準。參照《防洪標準》中對鐵路等級的劃分是按年運輸能力來考慮。而客貨運的折算關系為每對旅客列車上下行各按每年70×104ｔ計。對于Ⅲ等地方鐵路其年運輸能力小于750×104ｔ。地鐵的客運量大,車次上下行頻繁,相比之下,屬純客運的地鐵應該比一般性地方鐵路的等級要高。因此我們分析認為地鐵與鐵路的Ⅰ、Ⅱ級相類同,對應的防洪標準,見“標準”表5.1.1應該在50～100年防御標準,甚至還應該以300年洪(潮)水重現期來校核。 此外,由《防洪標準》中交通運輸設施的5.5管聯系工程部分,條文5.5.1跨越水域的輸水、輸油、輸氣等管道工程,我們不妨將地鐵作為跨越水域的輸送人員的管道。參照大中型管道工程的防洪標準,見《防洪標準》表5.5.1,其防洪標準也為50～100年重現期。同時參照條文5.5.2:“……水域底部穿過的管道工程,其埋深應該在相應的防洪標準洪水的沖刷深度以下。”2.2水法 中華人民共和國《水法》中第二章開發利用,其中的第19條:“……鋪設跨河管道、電纜,必須符合國家規定的防洪標準、通航標準和其他有關的技術要求”。因此對應2.1防洪標準,地鐵與鐵路等交通運輸設施一樣,應遵循國家防洪標準。2.3地下鐵道設計規范 建設部批準的國家標準《地下鐵道設計規范》ＧＢ50157-92,與防洪有關的為第十二章第七節防水淹技術要求,其中第12.7.1條:“車站出入口及通風亭的門洞下沿,應高出室外地面150～450ｍｍ,必要時應該設置臨時防水淹措施。”而第12.7.2條:“位于水域下的區間隧道兩端應該設電動、手動防淹門。”2.4地下室設計規程 建設部頒發的《六級人民防空地下室設計規程》屬行業標準,地鐵部門若予以參照,其中第二章第五節防水防潮,文中第2.5.1條:“防空地下室的防水、防潮設計,應根據場地地形、水文地質、施工條件及材料供應等因素綜合考慮確定。要保證防水可靠、耐久,便于施工。”其中第2.5.2條:“對設計最高水位,應根據常年靜止水位、豐水期最高水位及近期地下水位變化規律綜合考慮確定。此外應充分考慮地表水滲透、管道破壞和其他滲漏水因素,綜合確定設防高度和防水做法。”3防洪對策措施研究 現以上海地鐵為例考慮防洪對策措施,主要分為工程措施與非工程措施。其考慮原則應是“以防為主,以排為輔,防排結合。”3.1工程措施 在此以較為典型的穿越黃浦江段的地鐵2#線為例,當發生地震等特殊情況時,黃浦江水將會灌入越江隧道內。有關的工程措施宜考慮如下:3.1.1防淹門 穿越黃浦江段隧道,應在兩端設防淹門。而整個隧道段均采用循環法施工,在此區間要考慮設置防淹門,對于門型結構及平時經常開啟防淹門的儲存和啟閉設備的空間,無論從結構上和構造上均有一定的問題。因此宜考慮在跨越黃浦江的兩端,分別在河南中路站和陸家嘴路站房內布置。而較為有利的控制斷面是在車站的端頭井處對上、下行隧道設防淹門,而該防淹門要求在發生事故時能快速關閉,使倒灌的黃浦江水堵截在越江隧道區間內,控制兩端車站和全線免遭江(潮)水淹及,這亦是作為防災的措施之一(見圖1)。3.1.2防滲漏措施 從設計上考慮,應要求車站的頂板和區間隧道等結構的頂板,不允許滲漏水,而對車站及隧道等的側墻則控制其滲漏水量<0.1Ｌ/ｍ2·ｄ。通常采取防水攏頭或雙層墻結構等措施,并在其底部設排水溝、槽。3.1.3排水措施 工程采取“高站位、低區間”布置,因此線路隧道的滲漏水以及沖洗水和發生火警時的消防水等將會聚集到隧道區間的最低處,因此在此處應設置區間排水泵站。3.1.4出入口防水淹措施 根據“地下鐵道設計規范”在地鐵車站的出入口及通風口的門洞下沿均應高出地面150ｍｍ～450ｍｍ,即地鐵出入口踏步,要比路面高出三個臺階,上海地鐵1#和2#線的各站出入口都按此設計,北京地鐵的一、二期工程出入口亦高出附近地面150ｍｍ～450ｍｍ。而且根據上海市區的地勢較低,為防止暴雨時地面積水涌入地鐵站內,一般在地鐵站出入口門洞內墻留有約150ｍｍ寬的門槽,可在暴雨時臨時插入迭梁式防水擋板。3.2非工程措施3.2.1加強預測預報 地鐵的出入口被淹主要是受暴雨及地面積水的影響,因此可根據天氣預報及時做好地鐵出入口的臨時防水淹措施。 對于越江地鐵隧道遇到地震或特殊災害性天氣時與有關部門,建立網絡聯系,加強對非常災害的預測預報,及時做好關閉防淹門的各項措施,包括暫時中斷地鐵運營,疏散地鐵乘客及有關人員,以應付突發事故的發生,使災害的危害程度降到最低程度。3.2.2做好搶險預案 地鐵一旦遭受洪(潮)水的淹沒,其經濟損失巨大,還可能造成人員重大傷亡,因此做好地鐵的防災搶險預案是非常必要的,尤其是洪災有其歷時短、影響面廣、危害大的特性,故更應制訂幾套較為可靠的搶險預案措施以應付事故的發生。3.3有關研究的幾點建議3.3.1加強法規及規范的制訂 目前頒布的防洪標準中,在交通設施部分中未將地鐵的內容列入,而地鐵與防洪之間又有其特殊的關系,隨著我國城市交通的發展,又有相當數量的城市將要新建一批地鐵項目,使得今后地鐵建設時對防洪有章可循。建議應組織有關部門將此部分內容盡快補充列入。3.3.2更好地執行已有的規范標準 雖然現有的地鐵設計規范對防水淹技術要求中,對地鐵的出入口及越江部分的區間隧道均提出了相應的要求。據悉目前上海地鐵2#線及廣州地鐵的越江區間隧道,由于種種原因,仍未設置防淹門。建議在已實施地鐵工程中應采取一定的措施補充完善其防災對策。3.3.3進一步完善有關的規范標準 (1)確定地鐵的設防水準,是一個比較復雜的問題,應結合當地的洪(潮)水位變化規律和發展趨勢,研究出合理的標準。 (2) 對于臨時防潮設施,目前在工程中僅在出入口墻側設一道槽口,在臨時防潮時采用迭梁式插板來擋水,已建項目中插板未設底槽,而且僅有一道插板,應參照有關防汛墻的臨時防汛墻擋水措施,對規范部分予以深化完善。否則當暴雨或潮水高于地面150ｍｍ～450ｍｍ水位時,地鐵出入口要維持正常的運行尚缺安全感。3.3.4加強安全與防災意識 通過對地鐵與防洪之間關系的研究,了解到采取適當的防洪措施,對于地鐵的安全運行是非常必要的,而且是體現了對地鐵這一特殊的地下交通設施的一項防災措施,雖然對防洪采取措施的項目費用在整個地鐵建設投資中是微不足道的,但應在規劃、設計、建設、施工等各個環節中,充分加強對地鐵安全運行與防災意識,而不能僅作為一種附屬要求來對待,相信防洪措施的實施將是地鐵建設得到充分完善發展的一個不可缺少的部分。