地鐵防淹門系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

毛宇豐

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，510010，廣州//教授級(jí)高級(jí)工程師)

近年來一些城市地鐵被淹，究其原因通常是由于防淹設(shè)施或措施未發(fā)揮相應(yīng)的作用，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：一是對(duì)災(zāi)害的氣象預(yù)測(cè)出現(xiàn)較大的偏差，災(zāi)害超出設(shè)計(jì)措施的應(yīng)對(duì)能力；二是對(duì)災(zāi)害的重視程度不夠，設(shè)計(jì)和建設(shè)的措施不到位；三是設(shè)計(jì)和建設(shè)均有防淹設(shè)施，但由于裝修時(shí)對(duì)其進(jìn)行了封閉，導(dǎo)致關(guān)鍵時(shí)刻不能發(fā)揮作用；四是地鐵運(yùn)營(yíng)應(yīng)急管理預(yù)案和培訓(xùn)配套措施不到位，導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生時(shí)不能及時(shí)地進(jìn)行應(yīng)對(duì)。

防淹門是地鐵穿越江河湖泊時(shí)防水災(zāi)的重要組成部分，主要是用來防范由于地鐵的地下區(qū)間結(jié)構(gòu)損壞而導(dǎo)致的外滲漏型水災(zāi)。防淹門的設(shè)置技術(shù)已非常成熟，但防淹門的具體設(shè)置情況及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一直是防淹門設(shè)置的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將防淹門與各相關(guān)專業(yè)的要求相互串接，總結(jié)歸納出地鐵防淹門設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)、防淹門設(shè)置原則和工藝技術(shù)要求，以及防淹門與相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)的接口和功能要求，以期為地鐵防淹門的設(shè)計(jì)提供參考。

1 地鐵水災(zāi)安全防范和防淹門設(shè)置原則

1.1 地鐵水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)有害因素

地鐵線路穿越江河湖泊時(shí)，應(yīng)對(duì)建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合評(píng)判或評(píng)估，以確定是否采取防護(hù)措施或設(shè)置防護(hù)設(shè)施。具體應(yīng)考慮以下因素。

1.1.1 建設(shè)期應(yīng)考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素

建設(shè)期應(yīng)考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素為：①地鐵線路穿越的江河湖泊是否通航，是否會(huì)發(fā)生意外的沉船和拋錨；②河道的水流速度、寬度和深度；③河道是否經(jīng)常改動(dòng)，以及河床是否經(jīng)常變動(dòng)；④常年水位、最高水位和最低水位；⑤兩端車站最低軌面標(biāo)高是否低于河面最高水位標(biāo)高；⑥上下游是否有水閘，以及是否滿足應(yīng)急處置的要求等。

同時(shí)還應(yīng)考慮工程風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。其中，工程風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)結(jié)合穿越江河湖泊處的施工工法(盾構(gòu)法、暗挖法、明挖法或其它工法)、隧道頂部距離河道底部的厚度，以及區(qū)間泵房及聯(lián)絡(luò)通道距離河道的距離等因素進(jìn)行確定。地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)根據(jù)穿越河道處的地質(zhì)情況，是否存在斷裂帶、斷裂帶距離河道的距離及地震強(qiáng)度和頻度等進(jìn)行確定。此外，建設(shè)期還應(yīng)考慮爆破、沉船和拋錨及其它人為風(fēng)險(xiǎn)因素等。

1.1.2 運(yùn)營(yíng)期應(yīng)考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素

運(yùn)營(yíng)期除應(yīng)考慮上述風(fēng)險(xiǎn)因素外，還應(yīng)考慮河道的水流速度、寬度和深度是否會(huì)超出設(shè)計(jì)值，過往船只是否存在隨意停航的情況，以及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等。

1.2 地鐵防水災(zāi)(淹)的原則

地鐵線路穿越江河湖泊時(shí)，可能發(fā)生的水災(zāi)影響范圍必須得到控制，且災(zāi)害損失必須是可以預(yù)見并可以承受的。水災(zāi)范圍可通過自然條件的限定進(jìn)行控制，如水源的水量有限不足以導(dǎo)致大范圍的水淹災(zāi)害發(fā)生，或車站軌面的高程高于水面的情況下，可通過自然條件的限定進(jìn)行控制。當(dāng)自然條件無法限定時(shí)，應(yīng)通過地鐵以外的外部設(shè)施(如節(jié)制水閘)或通過地鐵的內(nèi)部設(shè)施(如防淹門或人防門)進(jìn)行控制。

1.3 地鐵水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

地鐵線路穿越江河湖泊時(shí)，應(yīng)依據(jù)上述防護(hù)原則和以下水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(存在一定風(fēng)險(xiǎn)、存在較大風(fēng)險(xiǎn)、存在很大風(fēng)險(xiǎn)共3級(jí))采取防護(hù)措施或設(shè)置防護(hù)設(shè)施。

1.3.1 建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期存在一定風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)?shù)罔F建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期存在一定風(fēng)險(xiǎn)，最大風(fēng)險(xiǎn)是僅淹掉一個(gè)區(qū)間。但外部可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制，因此，只具有下列風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)，可不采取風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)措施。

(1) 地鐵線路穿越不通航(客輪、游輪、貨輪)的河道(小河、涌，水塘、魚塘或湖)時(shí)，不存在沉船、拋錨或其它人為風(fēng)險(xiǎn)因素，不易出現(xiàn)突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 地鐵線路穿越水域的隧道兩端地鐵車站內(nèi)的最低軌面標(biāo)高，高于此水域的常年最高水位，防護(hù)與不設(shè)防護(hù)損失基本一致。

綜合上述因素，地鐵建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期存在一定風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，若發(fā)生隧道局部破裂，外部可采用人工堵截、止水圍堰或拋沙袋等方式進(jìn)行防水控制，帶來的損失基本不大。

1.3.2 建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期存在較大風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)?shù)罔F建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期存在較大風(fēng)險(xiǎn)，外部雖可對(duì)其加以控制，但存在一定的難度。建設(shè)期存在風(fēng)險(xiǎn)但損失不大；運(yùn)營(yíng)期風(fēng)險(xiǎn)可采用人防門替代防淹門進(jìn)行控制，可能發(fā)生的最大風(fēng)險(xiǎn)為淹掉一站一區(qū)間；也可根據(jù)需要在地鐵線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)設(shè)人防門，最大風(fēng)險(xiǎn)為僅允許淹掉一個(gè)區(qū)間。具有上述風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)，宜采用人防門替代防淹門來控制風(fēng)險(xiǎn)。

地鐵設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)防淹門或人防門。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)不太大時(shí)，可采用人防門控制水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。人防門與防淹門的造價(jià)相差不是太大，且兩者的主要區(qū)別在于人防門與信號(hào)系統(tǒng)無接口、無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和控制裝置，工程易于實(shí)施，維護(hù)使用亦較為簡(jiǎn)單。人防門的設(shè)置原則一般為一站一區(qū)間設(shè)置一道人防門，也可根據(jù)需要進(jìn)行加密設(shè)置；在考慮具有防淹功能要求時(shí)，人防門應(yīng)與工程同期實(shí)施。

1.3.3 建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期具有很大風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)?shù)罔F建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期具有很大風(fēng)險(xiǎn)，且外部措施無法控制，內(nèi)部亦不能及時(shí)采取措施控制水災(zāi)范圍而導(dǎo)致?lián)p失無法判斷時(shí)，必須設(shè)置防淹門控制風(fēng)險(xiǎn)。在線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)設(shè)防淹門，最大風(fēng)險(xiǎn)為僅允許淹掉一個(gè)區(qū)間。具有下列風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)，必須設(shè)置防淹門控制風(fēng)險(xiǎn)：①地鐵線路穿越通航(客輪、游輪、貨輪)的河道(江、河、大湖)，且線路位于主航道上；②存在沉船和拋錨及其它人為風(fēng)險(xiǎn)因素；③線路穿越水域隧道兩端地鐵車站內(nèi)的最低軌面標(biāo)高低于此水域的常年最高水位。

1.4 地鐵水災(zāi)安全防范的原則

地鐵安全防范的原則中，涉及生命安全的必須考慮設(shè)置防護(hù)裝置。涉及財(cái)產(chǎn)安全的保護(hù)和防護(hù)，一般均采用以小博大的原則：被保護(hù)的對(duì)象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護(hù)投入時(shí)，一般建議可不考慮以上安全設(shè)施；當(dāng)被保護(hù)的對(duì)象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護(hù)投入的10倍時(shí)，宜考慮以上安全設(shè)施；當(dāng)被保護(hù)的對(duì)象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護(hù)投入的10～100倍時(shí)，應(yīng)考慮以上安全設(shè)施；當(dāng)被保護(hù)的對(duì)象一旦出現(xiàn)意外，其直接損失和間接損失之和接近安全防護(hù)投入的1 000倍時(shí)，必須考慮以上安全設(shè)施。

1.5 地鐵防淹風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的門檻

對(duì)于地鐵線路穿越水域水量的界定，建議對(duì)蓄水量超過100 000 m3以上的水域進(jìn)行研究和安全性評(píng)估，并考慮是否采取防護(hù)措施；對(duì)于低于100 000 m3以下的水域，建議簡(jiǎn)化評(píng)估程序。

2 防淹門工藝技術(shù)要求

(1) 防淹門宜設(shè)置在進(jìn)出水域兩端適當(dāng)位置或隧道的兩端與車站的結(jié)合部；如防淹門設(shè)置在區(qū)間，應(yīng)具備運(yùn)營(yíng)人員便捷到達(dá)的條件；防淹門不宜設(shè)置在線路曲線上以及道岔區(qū)段內(nèi)。為確保地鐵安全可靠行車，在正常狀態(tài)下，防淹門應(yīng)處于安全固定的全開狀態(tài)。

(2) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，可選擇下落閘門式(平面滑動(dòng)式)防淹門，亦可選擇平開型(人字形門或橫拉式門)防淹門、人防門兼防淹門(防淹防護(hù)密閉隔斷門)或其它形式的防淹門。防淹門可兼作人防門，人防門亦可兼作防淹門，其功能定位宜以危險(xiǎn)程度、安全性及性能指標(biāo)中的高要求為主，同時(shí)兼顧低要求。

(3) 防淹門的機(jī)械和結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足100 a使用壽命要求，門體、監(jiān)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)設(shè)備應(yīng)滿足30 a使用壽命要求；啟閉設(shè)備主要采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)和雙鉤電動(dòng)葫蘆兩種，亦可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景選用不同類型的閘門啟閉設(shè)備。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)應(yīng)配置后備電源，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間不得小于1 h，在1 h內(nèi)應(yīng)能進(jìn)行2次開、關(guān)閘門操作。

(4) 防淹門應(yīng)滿足最大靜壓和3 m高動(dòng)水壓的沖擊，止水面應(yīng)設(shè)在背水一側(cè)，借助水壓、門體及其上的密封材料來提高密封效果。

(5) 防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備中央、車站、就地三級(jí)監(jiān)視和車站、就地二級(jí)控制功能，中央級(jí)監(jiān)視和車站級(jí)監(jiān)視功能應(yīng)由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

(6) 防淹門的監(jiān)控和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)安裝在距防淹門較近的安全區(qū)域，同時(shí)應(yīng)設(shè)置專用機(jī)房，并應(yīng)確保通道的暢通，同時(shí)不應(yīng)影響其它系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(7) 防淹門系統(tǒng)設(shè)計(jì)及操作使用應(yīng)按照技防和人防雙重安全防范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并配合設(shè)置物理安全防范，以便確保安全。同時(shí)運(yùn)營(yíng)期應(yīng)配套編制安全管理、安全操作和安全監(jiān)督規(guī)程，并對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)和考核。

(8) 防淹門、系統(tǒng)設(shè)備及專用機(jī)房應(yīng)按有人巡視和無人值班的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按照安全、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則進(jìn)行系統(tǒng)配置。

(9) 防淹門專用機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)專用電話，必要時(shí)可與控制中心調(diào)度和車控室值班員通話。作為物理安全防范措施，控制中心中央控制室和車站控制室應(yīng)對(duì)防淹門、系統(tǒng)設(shè)備和專用機(jī)房進(jìn)行監(jiān)視，防淹門、系統(tǒng)和專用機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)閉路電視監(jiān)視攝像頭，專用機(jī)房門應(yīng)設(shè)門禁和攝像頭，并與閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，有人進(jìn)入時(shí)應(yīng)有音響警示及圖像彈出，必要時(shí)車站控制室也應(yīng)設(shè)閉路電視監(jiān)視攝像頭，防止人為誤操作。

(10) 從控制命令發(fā)出到防淹門完全關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)不大于1.5 min。當(dāng)隧道內(nèi)水頭不大于3 m時(shí)，防淹門(閘門式)應(yīng)能在1.5 min內(nèi)關(guān)閉到位。

(11) 控制中心中央控制室、車站控制室和防淹門專用機(jī)房的防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有防淹門水位預(yù)警和報(bào)警，以及防淹門狀態(tài)信息的聲光提示功能，同時(shí)亦應(yīng)具有自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)及就地操作等控制功能。

(12) 防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，但不宜單獨(dú)組建全線監(jiān)控系統(tǒng)。中央級(jí)和車站級(jí)功能應(yīng)集成到具有全線功能的綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)中實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)首選集成到ISCS來實(shí)現(xiàn)中央、車站、就地三級(jí)監(jiān)控功能。

(13) 車站控制室IBP(綜合后備操作盤)上應(yīng)具備除允許關(guān)閉防淹門以外的所有操作功能，并應(yīng)做好控制按鈕的安全防護(hù)，以防誤動(dòng)和操作；允許關(guān)閉防淹門的命令應(yīng)通過控制中心綜合監(jiān)控發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)異地安全操作。

(14) 防淹門系統(tǒng)應(yīng)具有水位自動(dòng)探測(cè)功能。水位傳感器(或探測(cè)器)應(yīng)設(shè)置在區(qū)間最低處。每扇門的水位信息采用三取二的安全性信號(hào)采集方式自動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)，以降低誤報(bào)和誤動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)三級(jí)水位和上升速率的預(yù)警和報(bào)警。

(15) 區(qū)間水位報(bào)警包括一級(jí)水位預(yù)報(bào)警、危險(xiǎn)水位報(bào)警及水位上漲超速報(bào)警。當(dāng)區(qū)間隧道出現(xiàn)漏水危險(xiǎn)并發(fā)出報(bào)警信息時(shí)，防淹門系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉防淹門請(qǐng)求，此時(shí)由信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)確認(rèn)區(qū)間隧道列車出清，并發(fā)出允許關(guān)門指令，經(jīng)控制中心中央控制室調(diào)度人工確認(rèn)后，向車站控制室值班員發(fā)出允許關(guān)門指令，并由車站控制室值班員控制防淹門關(guān)閉。

(16) 當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無法發(fā)出允許關(guān)門指令時(shí)，應(yīng)通過其它相關(guān)系統(tǒng)(ISCS)實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程手動(dòng)操作以確保安全。車站控制室向控制中心中央控制室發(fā)出關(guān)閉防淹門請(qǐng)求，控制中心中央控制室調(diào)度人工確認(rèn)區(qū)間隧道列車已出清，并通過綜合監(jiān)控中央級(jí)系統(tǒng)發(fā)出允許關(guān)門的控制信號(hào)，或通過電話向車站控制室值班員發(fā)出關(guān)門指令，并由車站控制室值班員控制防淹門關(guān)閉。

3 防淹門相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)接口和功能要求

當(dāng)控制中心中央控制室和車站控制室均無法發(fā)出關(guān)門控制指令時(shí)，控制中心中央控制室的調(diào)度應(yīng)授權(quán)車站的工作人員就地進(jìn)行防淹門關(guān)閉操作，控制中心中央控制室調(diào)度和車站控制室值班員應(yīng)通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)督來關(guān)閉防淹門。防淹門相關(guān)專業(yè)系統(tǒng)接口和功能要求如下：

(1) 區(qū)間隧道安全側(cè)排水泵的設(shè)置能力，宜與防淹門或人防門的泄漏量相匹配。

(2) 牽引供電接觸網(wǎng)(剛性、柔性或三軌)的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足防淹門無障礙關(guān)閉和斷電的要求，連續(xù)設(shè)置的接觸網(wǎng)應(yīng)具有遠(yuǎn)程控制切斷的功能。

(3) 防淹門應(yīng)在軌道上進(jìn)行空間及鋼軌的預(yù)留，并應(yīng)在軌道上進(jìn)行門槽的固定及預(yù)埋設(shè)計(jì)，同時(shí)軌道專業(yè)應(yīng)配合防淹門門體與防淹門處軌道軌枕間隙的設(shè)計(jì)及其與軌道相結(jié)合的止水封的安裝及接口配合。

(4) 對(duì)穿越防淹門兩側(cè)結(jié)構(gòu)的管線孔洞，應(yīng)做好預(yù)留和封堵。針對(duì)遠(yuǎn)期更新改造、升級(jí)和發(fā)展整體預(yù)留的孔洞數(shù)量，應(yīng)不低于已使用數(shù)量的30%～50%。預(yù)留孔洞宜采用法蘭封堵。

(5) 防淹門的電源應(yīng)滿足安全性和可靠性的要求，防淹門監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用UPS(不間斷電源)進(jìn)行供電，且UPS后備時(shí)間應(yīng)不低于1 h。

(6) 防淹門與信號(hào)系統(tǒng)之間必須實(shí)現(xiàn)正確的聯(lián)鎖關(guān)系，以確保旅客和列車的安全；防淹門應(yīng)為信號(hào)系統(tǒng)提供防淹門狀態(tài)信息以及請(qǐng)求關(guān)閉信息，信號(hào)系統(tǒng)為防淹門系統(tǒng)提供允許關(guān)閉信息，接口方式宜采用開關(guān)量無源接點(diǎn)。

(7) 信號(hào)系統(tǒng)提供給防淹門允許關(guān)閉信息，且接口分界點(diǎn)宜布置在防淹門控制室接口端子盤上；防淹門給信號(hào)系統(tǒng)提供防淹門完全關(guān)閉狀態(tài)信息和防淹門請(qǐng)求關(guān)閉信息，接口分界點(diǎn)宜布置在信號(hào)設(shè)備室分線架上。

(8) 為保證安全行車，防淹門的全開狀態(tài)信息必須發(fā)送至信號(hào)系統(tǒng)，以便在防淹門失去全開狀態(tài)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)可以進(jìn)行列車的控制，使列車停在安全區(qū)域。

(9) 防淹門門體、專用機(jī)房(動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)房和控制系統(tǒng)機(jī)房)及與防淹門相關(guān)的系統(tǒng)機(jī)房應(yīng)當(dāng)滿足密閉性和防淹沒設(shè)計(jì)要求。防淹門專用機(jī)房可以將動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)房和控制系統(tǒng)機(jī)房進(jìn)行合設(shè)，也可以對(duì)其進(jìn)行分設(shè)；與防淹門相關(guān)的系統(tǒng)機(jī)房是給防淹門供電的機(jī)房和信號(hào)系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的機(jī)房，應(yīng)當(dāng)設(shè)置在防淹門的保護(hù)側(cè)，并滿足密閉性和防淹(沒)設(shè)計(jì)的要求。

4 結(jié)語

地鐵防淹門設(shè)計(jì)涉及的各種可變因素較多，各種因素的組合又可派生出新的評(píng)估條件。因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要慎重收集各種相關(guān)數(shù)據(jù)和材料，以便進(jìn)行綜合科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判，以確保地鐵設(shè)施的安全可靠和乘客的生命安全。