地鐵災(zāi)害防治

高長(zhǎng)偉 張向東 程 續(xù)

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

1 概述

在21世紀(jì)，隨著交通壓力的不斷增大，地上交通已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要，越來(lái)越多的城市加入了地鐵建設(shè)的潮流中去，許多中小型城市也加入了地鐵建設(shè)的行列中。在中國(guó)，已有43個(gè)城市地鐵建設(shè)規(guī)劃獲得批復(fù)，建設(shè)的地鐵城市將很快擴(kuò)至50個(gè)[1]。但縱觀全世界，發(fā)生過(guò)許多地鐵災(zāi)害事件，給人們帶來(lái)許多的傷害。因此，研究地鐵災(zāi)害防治工作刻不容緩。將新的技術(shù)應(yīng)用到地鐵災(zāi)害防治工作中，將是未來(lái)地鐵發(fā)展方向之一。

2 地鐵災(zāi)害防治的意義

在地鐵給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也發(fā)生了許多災(zāi)難性的事故。縱觀世界，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都發(fā)生了許多地鐵事故。如1991年在瑞士蘇黎士地鐵總站的火災(zāi)事故，以及1995年發(fā)生在阿塞拜疆的地鐵火災(zāi)事故等許多類(lèi)似的悲慘事件[2]。由此可見(jiàn)，地鐵災(zāi)害是未來(lái)地鐵工程需要克服的重要問(wèn)題。

3 地鐵水災(zāi)的防治

3.1 地鐵水災(zāi)發(fā)生的成因和類(lèi)型

一方面隨著我國(guó)城市化的不斷加速，城市面積不斷增大，城市土壤的硬化面積比例增大，氣候變化造成暴雨和洪澇災(zāi)害時(shí)常發(fā)生，但部分城市的排水系統(tǒng)不夠完善，造成大量地表水聚集，對(duì)地下空間造成巨大的威脅，對(duì)地鐵站和地鐵構(gòu)成了巨大的傷害。另一方面由于人們對(duì)地下水的不合理開(kāi)發(fā)利用，造成地下水的水位變化，地鐵軌道的壓力也隨之改變。結(jié)合地上水和地下水對(duì)地鐵的影響，可以將城市地下空間水災(zāi)害分為三種主要類(lèi)型[3]:

1)地面洪水侵入型：是指地面洪水超過(guò)了地下空間出入口防洪設(shè)備的防洪能力進(jìn)入地下空間。

2)地下水侵害型：是指地下水與地下工程所處的巖土層、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等外圍介質(zhì)的相互作用的過(guò)程中，水對(duì)地下空間圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響(如侵蝕、滲透、滲流、侵蝕、浮托等)而造成危害的現(xiàn)象。

3)內(nèi)澇型：是指地下空間內(nèi)部設(shè)施如給排水管破裂、泵房故障等原因造成地下空間洪水成災(zāi)。

3.2 地鐵水災(zāi)的防治方法

地鐵水災(zāi)的防治有以下幾種方法：

1)從加大城市排水功能出發(fā)：a.適量增大地下管道直徑[4]；b.加大城市水系的綜合治理，以加強(qiáng)蓄水排洪為首要，加強(qiáng)湖泊的蓄水排洪能力，這包括[5]：提高主要河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)、加固堤壩、拓展寬河道、清理淤積、清除污染；盡量恢復(fù)城區(qū)被填埋、侵占的河道。在城市規(guī)劃和新建房屋、道路等項(xiàng)目中，應(yīng)注意城市的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和排水管網(wǎng)的配套建設(shè)，盡快建立與城市現(xiàn)代化要求相適應(yīng)的新的城市防洪排水體系；c.防治城市水災(zāi)最直接見(jiàn)效最快的措施是修建堤防泄洪水閘等水利設(shè)施[6]。

2)從提高地鐵自身的防水系統(tǒng)出發(fā)：a.使用高質(zhì)量的防水卷材和防水涂料；b.加強(qiáng)地鐵建設(shè)過(guò)程中的防水建設(shè)，可以在主體結(jié)構(gòu)外包一道防水層，依靠主體結(jié)構(gòu)混凝土本身的抗?jié)B性來(lái)防水[7]；c.優(yōu)化地鐵自身的防水結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)自身的密實(shí)性、建筑材料的憎水性以及防滲透性來(lái)達(dá)到防水目的。也可以采用結(jié)構(gòu)外防水方式，即在車(chē)站的表面防水，通過(guò)施工時(shí)使用防水涂料和防水卷材對(duì)車(chē)站滲水部位進(jìn)行處理，來(lái)確保車(chē)站的表面防水[8]。

4 地鐵火災(zāi)的防治

4.1 地鐵火災(zāi)發(fā)生的原因和類(lèi)型

從火災(zāi)發(fā)生的原因來(lái)看,分為以下幾種類(lèi)型[10]：1)人的因素。地鐵在我國(guó)投入使用只有幾十年歷史，還處于初級(jí)階段，管理經(jīng)驗(yàn)、管理水平以及相關(guān)設(shè)備、電氣線路老化等問(wèn)題都是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的因素。2)物的因素。地鐵車(chē)廂存在部分易燃品，很多裝飾材料都是易燃的材質(zhì)，這些材料遇火很容易發(fā)生火災(zāi)。

4.2 地鐵火災(zāi)的防治措施

地鐵火災(zāi)的防治需要從火災(zāi)的源頭出發(fā)，可以采取如下的措施：1)在火災(zāi)中，對(duì)人們?cè)斐赏{最大的并不是火，而是由于燃燒造成的有毒的煙霧導(dǎo)致人的窒息，因此要加強(qiáng)地鐵的通風(fēng)設(shè)施，在空氣流通帶走的燃燒熱量和空氣流通促使燃燒之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，在這個(gè)通風(fēng)量平衡點(diǎn)，既可以使帶走的熱量最大化，也可以使燃燒物的相對(duì)燃燒速度盡可能降低，為地鐵火災(zāi)的救援贏得更多的時(shí)間。2)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)地鐵內(nèi)部線路的檢查，定期檢查地鐵內(nèi)部的電線和儀器，并且定期更換，防止因?yàn)殡娋€和儀器的老化發(fā)熱而引起火災(zāi)。3)加強(qiáng)地鐵入口的檢查，對(duì)乘坐地鐵的乘客進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從而不能使易燃易爆物體進(jìn)入地鐵。4)減少地鐵內(nèi)部的易燃品，多采用燃點(diǎn)較高的材質(zhì)，并且地鐵內(nèi)應(yīng)該配備足夠的滅火工具，使人們?cè)诎l(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以輕易的將火撲滅。5)在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地鐵工作人員應(yīng)該對(duì)乘客進(jìn)行正確的疏散，需要有一套完備的疏散方案，根據(jù)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家測(cè)定煙霧的擴(kuò)散速度為0.5 m/s～1 m/s。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，對(duì)于人造成的最大威脅是煙霧和有毒氣體，需要高效排熱和排煙，以提供安全疏散路線[11]?？梢猿浞掷脽熿F的流動(dòng)規(guī)律，地鐵內(nèi)煙氣的流動(dòng)遵循流體力學(xué)的一般規(guī)律,滿足流體力學(xué)、熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基本方程[12]，在計(jì)算機(jī)上模擬人員疏散，常用的人員疏散模擬軟件有STEPS，ASERI，Building EXDOUS等，可以利用這些軟件找到合理的疏散方案。6)建立完善的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)可以迅速發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，如FAS實(shí)時(shí)監(jiān)視車(chē)站環(huán)境，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警并與通風(fēng)系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)，低壓配電系統(tǒng)，SCSBAS，ACS，AFC，屏蔽門(mén)(Platform Screeen Doors，簡(jiǎn)為PSD)，緊急廣播(Pubic Address，簡(jiǎn)為PA)等專(zhuān)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火和消防救災(zāi)工作[12]。這些監(jiān)控類(lèi)系統(tǒng)應(yīng)該全面的集合在一起，涵蓋火災(zāi)事件事前、事中、事后，覆蓋應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急資源管理、應(yīng)急指揮等，使部門(mén)之間協(xié)同化應(yīng)對(duì)突發(fā)事件[13]。采用地鐵自動(dòng)化系統(tǒng)的消防聯(lián)動(dòng)控制，在出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)處理策略[14]。

5 地鐵地質(zhì)災(zāi)害的防治

5.1 地鐵地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型

按照不同的分類(lèi)方式在城市軌道工程中，地質(zhì)災(zāi)害大多為突發(fā)性災(zāi)害，根據(jù)形成機(jī)理可歸納為以下幾類(lèi)：崩塌災(zāi)害、滑坡災(zāi)害、地面塌陷災(zāi)害、地裂縫災(zāi)害、沖擊地壓災(zāi)害、沼氣突發(fā)災(zāi)害、圍巖巖爆及大變形災(zāi)害、河岸坍塌災(zāi)害、管涌災(zāi)害、砂土液化災(zāi)害等[15]，特別是在地形復(fù)雜的地區(qū)容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

5.2 地鐵地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

各種主要的地質(zhì)災(zāi)害防治措施分別如下。

5.2.1對(duì)于地震的防治

1)首先要加強(qiáng)地震的震前預(yù)測(cè)，為將要發(fā)生的地震做好充分的準(zhǔn)備。目前在我國(guó)，已經(jīng)開(kāi)展了地震短期預(yù)測(cè)及救災(zāi)技術(shù)項(xiàng)目研究，2004年該項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收。該項(xiàng)目在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和災(zāi)害應(yīng)急救助方面取得重要成果，自主研發(fā)了8種前兆預(yù)測(cè)儀器；總結(jié)了具有區(qū)域特點(diǎn)的地震孕育短期特征及組成和單發(fā)地震的短期前兆差異[16]。

2)加強(qiáng)地鐵自身的抗震能力，必須對(duì)隧道強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及接縫的張開(kāi)度進(jìn)行地震力的計(jì)算。隧道結(jié)構(gòu)的地震烈度等級(jí)應(yīng)依照地質(zhì)、深埋等因素加以調(diào)整，來(lái)使地鐵的強(qiáng)度足以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的地震強(qiáng)度。

3)應(yīng)建立全面的地震應(yīng)對(duì)方案，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，對(duì)于發(fā)生地震的地鐵所處區(qū)間，可以及時(shí)得知，并采取一定的措施，如立刻停止該區(qū)間的地鐵的運(yùn)行，并且不擾亂地鐵運(yùn)營(yíng)的秩序，保證列車(chē)在緊急情況下不會(huì)發(fā)生相撞。

5.2.2對(duì)泥石流，地層裂縫等災(zāi)害的防治

由于這些災(zāi)害多發(fā)生于地鐵建設(shè)過(guò)程中，因此應(yīng)重點(diǎn)在工程建設(shè)中對(duì)這些災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和治理，具體措施如下：

1)對(duì)于泥石流，應(yīng)該提前對(duì)地鐵建設(shè)地區(qū)土質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，觀測(cè)是否有發(fā)生泥石流的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)率進(jìn)行預(yù)測(cè)，地鐵建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)間應(yīng)當(dāng)貫穿于地鐵建設(shè)的各個(gè)階段，包括勘察、設(shè)計(jì)、施工及工后運(yùn)營(yíng)等。地鐵的施工應(yīng)該有一個(gè)足夠的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備制造、安裝到調(diào)試、運(yùn)營(yíng)，是一個(gè)龐大、復(fù)雜、多專(zhuān)業(yè)、多門(mén)類(lèi)的系統(tǒng)順序整合過(guò)程[17]。

2)對(duì)于巖溶地質(zhì)災(zāi)害，可以利用探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)GPR)進(jìn)行觀測(cè)，該技術(shù)已在工程地質(zhì)勘察、混凝土質(zhì)量檢測(cè)、地下管線探測(cè)、公路質(zhì)量檢測(cè)等方面應(yīng)用。利用這個(gè)技術(shù)可以對(duì)這些地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防治。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)地鐵可能發(fā)生的一系列災(zāi)害的分析，總結(jié)了一部分行之有效的地鐵災(zāi)害防治的方法，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，地鐵災(zāi)害防治工作任重而道遠(yuǎn)，需要大量的科技投入，以及一代又一代的學(xué)者、專(zhuān)家的不斷探索，給地鐵的未來(lái)帶來(lái)更多的光明。

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