南京地鐵江心洲站防洪設(shè)計(jì)研究

朱凱乾

(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引 言

我國(guó)的城市軌道交通建設(shè)迅猛發(fā)展，地鐵作為發(fā)達(dá)城市的大運(yùn)量公共交通設(shè)施，安全不容忽視，故地鐵設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)所有可能發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行防范，洪水作為地鐵災(zāi)害的重點(diǎn)預(yù)防對(duì)象，因此有效的防洪措施尤為重要。由于地鐵設(shè)計(jì)、建設(shè)周期較長(zhǎng)，車(chē)站環(huán)境也經(jīng)常隨著城市規(guī)劃發(fā)生變化，防洪措施也要在不影響安全的前提下盡量適應(yīng)變化后的車(chē)站環(huán)境。本次結(jié)合南京地鐵10#線(xiàn)江心洲站的工程案例，重點(diǎn)研究車(chē)站在各種不同環(huán)境下防淹措施。

1 工程概況

南京地鐵10#線(xiàn)一期工程江心洲站于2009年規(guī)劃設(shè)計(jì)、2014年通車(chē)運(yùn)營(yíng)，該站位于南京長(zhǎng)江夾江的江心洲(梅子洲)地塊內(nèi)的穿洲公路與洲泰路交叉路口，呈南北向敷設(shè)，車(chē)站總建筑面積12 038 m2，長(zhǎng)300 m，標(biāo)準(zhǔn)端寬19.86 m，車(chē)站的總平面布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 總平面布置

2 防洪設(shè)計(jì)方案研究背景

設(shè)計(jì)初期根據(jù)長(zhǎng)江防洪報(bào)告得知，江心洲在南京市水情危急時(shí)要破堤行洪，按長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院報(bào)告提供的資料，該處的百年防洪水位為11.10 m(吳淞高程)，目前江心洲站站址地面高程為6.200(吳淞高程)，按此洪水位比站址地面約高5 m，為確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全，車(chē)站建筑設(shè)計(jì)需考慮相應(yīng)的防洪措施來(lái)應(yīng)對(duì)站區(qū)內(nèi)可能出現(xiàn)的洪水災(zāi)害。

3 防洪設(shè)計(jì)方案

由于防洪水位高于地鐵地面標(biāo)高約5 m，汛期時(shí)地鐵車(chē)站無(wú)法使用，故汛期時(shí)關(guān)閉車(chē)站，僅需保證區(qū)間跨站運(yùn)營(yíng)即可，按此地鐵出地面設(shè)施均需設(shè)計(jì)相應(yīng)的防洪措施，具體措施如下。

3.1 出入口通道防洪措施

為防止洪水侵入車(chē)站，在出入口人防段設(shè)置液壓式防淹門(mén)，該門(mén)具備預(yù)防洪水及戰(zhàn)時(shí)人防功能，按此可滿(mǎn)足人防及防淹需求。另考慮到汛期洪水來(lái)臨時(shí)可能會(huì)對(duì)出入口地面建筑造成破壞，因此出入口地面部分建筑采用混凝土實(shí)墻砌筑，按此可避免由于洪水對(duì)出入口地面建筑的破壞，不必導(dǎo)致出入口二次建設(shè)、修補(bǔ)影響運(yùn)營(yíng)恢復(fù)，但由于出入口地面建筑設(shè)置為混凝土實(shí)墻出入口顯得較厚重，且采光效果略差，具體設(shè)置形式見(jiàn)圖2。

圖2 出入口防洪措施及出入口地面建筑實(shí)例示意

3.2 風(fēng)亭防洪措施

車(chē)站活塞風(fēng)亭由于兼顧隧道通風(fēng)，且過(guò)江區(qū)間較長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)風(fēng)亭通風(fēng)，為保證隧道正常運(yùn)營(yíng)，洪水期間隧道正常通風(fēng)，因此風(fēng)亭需設(shè)置成高風(fēng)亭。為保證風(fēng)亭的風(fēng)口需要不受洪水影響，因此風(fēng)亭的風(fēng)口需要高于洪水位及洪水期間風(fēng)浪超高影響，保證風(fēng)亭在洪水期間能正常運(yùn)營(yíng)，本站的最高洪水為高出地面5 m，洪水期間風(fēng)亭超高則根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中的堤頂超高計(jì)算所得，具體計(jì)算如下：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y-超高(m)；R-設(shè)計(jì)波浪爬高(m)，按附錄C計(jì)算確定；e-設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度(m)，按附錄C計(jì)算確定；A-安全加高(m)，按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》表2.2.1確定。

(1)R的計(jì)算

因?yàn)轱L(fēng)亭垂直設(shè)置，壁面坡率m=0，因此，按R=KΔKvKpR0H公式計(jì)算

式中：KΔ-斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，見(jiàn)表C.3.1-1；Kv-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，見(jiàn)表C.3.1-2；Kp-爬高累積頻率換算系數(shù)，見(jiàn)表C.3.1-3；R0-無(wú)風(fēng)情況下，光滑不透水護(hù)面、H=1 m時(shí)的爬高值(m)，見(jiàn)表C.3.1-4；H-堤前波浪的平均波高(m)。

①KΔ的確定

從景觀(guān)考慮，風(fēng)亭表面可能會(huì)裝修成光滑不透水護(hù)面，按規(guī)范中表C.3.1-1，KΔ=1.0。

②Kv的確定

a.計(jì)算風(fēng)速V

根據(jù)《蓄滯洪區(qū)建筑工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50181-93)，當(dāng)沒(méi)有風(fēng)速實(shí)測(cè)資料時(shí)，計(jì)算風(fēng)速可按下式確定。

式中T1-蓄滯洪區(qū)兩次運(yùn)行間隔時(shí)間，當(dāng)T1大于15時(shí)，宜取15；當(dāng)T1小于5時(shí)，宜取5。

w0-基本風(fēng)壓(KN/m2)，按現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定。經(jīng)查，南京地區(qū)w0=0.4。

當(dāng)T1=15時(shí)，V=16.4 m/s；當(dāng)T1=5時(shí)，V=20.2 m/s。

b.平均水深d

根據(jù)江心洲百年一遇防洪水位，江心洲行洪時(shí)，站址處平均水深d=5 m。

查《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-98)表C.3.1-2，

取較大值KV=1.21。

③Kp的確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-98)，波浪平均波高

(式3)

式中：F-風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度(m)。計(jì)算得，車(chē)站處F=1 000 m。

a.當(dāng)T1=15，V=16.4 m/s時(shí)

=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.當(dāng)T1=5，V=20.2 m/s時(shí)

=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

取較大值H=0.29 m。

本項(xiàng)目不允許越浪，所以爬高累積頻率取2%，查表得Kp=2.07。

④R0的確定

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的計(jì)算

(3)A的計(jì)算

要保證車(chē)站在行洪期間區(qū)間的正常運(yùn)營(yíng)，要求風(fēng)亭處在一安全高度，參照1級(jí)堤防，在不允許越浪的情況下，查表得A=1.0 m。

因此風(fēng)亭超高Y=R+e+A

Y=0.90+0.01+1.0=1.91

結(jié)合以上計(jì)算，本設(shè)計(jì)中風(fēng)亭風(fēng)口最低點(diǎn)高出防洪水面取值為2 m。風(fēng)口高約4 m，整個(gè)風(fēng)亭高約11 m。送排風(fēng)亦參照此做法(見(jiàn)圖3)，風(fēng)亭宜統(tǒng)一布置，結(jié)合地面小品統(tǒng)一設(shè)計(jì)，同時(shí)在風(fēng)亭風(fēng)口加防洪設(shè)施。

圖3 高風(fēng)亭加防洪方案示意

4 環(huán)境的改變對(duì)防洪設(shè)計(jì)方案的影響

隨著南京城市發(fā)展需要，江心洲作為南京重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，于2011年5月《關(guān)于長(zhǎng)江南京河段梅子洲安全區(qū)建設(shè)工程涉河建設(shè)方案的批復(fù)》(長(zhǎng)許可(2011)262號(hào))批復(fù)要求，江心洲由蓄洪區(qū)改為安全區(qū)，但江心洲的安全區(qū)建設(shè)工程無(wú)法保證在車(chē)站通車(chē)運(yùn)營(yíng)后完成，為確保安全，車(chē)站在防洪功能不能完全放棄，如完全按原防洪方案設(shè)置，對(duì)定位較高的江心洲規(guī)劃景觀(guān)影響較大，基于發(fā)展需求，因此需要研究既要保證在非安全區(qū)時(shí)的防洪功能，且同時(shí)優(yōu)化四小件建筑美觀(guān)效果及降低工程造價(jià)。

5 蓄洪區(qū)轉(zhuǎn)安全區(qū)的防洪設(shè)計(jì)方案

5.1 出入口

由于安全區(qū)的建設(shè)晚于地鐵通車(chē)時(shí)間，考慮到車(chē)站出入口可能在通車(chē)運(yùn)營(yíng)期遭遇洪水，因此出入口的防火措施仍需要設(shè)置，但如果按原出入口防洪方案，出入口地面造型則為厚重、呆板、通透性差的建筑造型，且對(duì)未來(lái)地塊景觀(guān)影響較大，因此建議出入口造型常規(guī)通透的建筑造型與全線(xiàn)其他標(biāo)準(zhǔn)出入口做法統(tǒng)一，按此即使得出入口通透感好，同時(shí)對(duì)周邊景觀(guān)影響大大降低(最終出入口建設(shè)實(shí)景詳見(jiàn)圖4)，另本出入口為考慮防洪，將出入口人防門(mén)仍考慮為兼防淹門(mén)功能的人防門(mén)，滿(mǎn)足防洪需求。

圖4 出入口實(shí)景照片

5.2 風(fēng)亭

考慮到安全區(qū)在地鐵運(yùn)營(yíng)不久后完成，風(fēng)亭如按原防洪方案，將風(fēng)亭永久建成為防洪需要的11 m高，按此風(fēng)亭造價(jià)較高，且勢(shì)必對(duì)周邊景觀(guān)影響較大，本次將風(fēng)亭優(yōu)化為常規(guī)的6 m高風(fēng)亭，由于運(yùn)營(yíng)期站址安全區(qū)未完全建成，存在防洪需求，因此風(fēng)亭預(yù)留加高條件，如遇汛期，可考慮將風(fēng)亭用預(yù)制好的鋼結(jié)構(gòu)加高至防洪需要的11 m高風(fēng)亭，近期使用的風(fēng)孔進(jìn)行封堵(具體方案見(jiàn)圖5)，按此風(fēng)亭體量大大降低，景觀(guān)影響小(最終建成實(shí)景照片詳見(jiàn)圖6)。

圖5 風(fēng)亭防洪方案示意圖

圖6 風(fēng)亭實(shí)景照片

6 結(jié) 論

地鐵防災(zāi)是地鐵設(shè)計(jì)中的重中之重，在滿(mǎn)足規(guī)范要求的防災(zāi)的同時(shí)，地鐵車(chē)站方案也需要綜合環(huán)境、景觀(guān)、建設(shè)造價(jià)等租多因素設(shè)計(jì)考慮合理的方案。