地鐵防淹門(mén)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張建偉

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 引言

下穿河流或湖泊等水域的地鐵隧道工程，應(yīng)在進(jìn)出水域的隧道兩端適當(dāng)位置設(shè)防淹門(mén)或采取其他防水淹措施[1]。防淹門(mén)是地鐵線路穿越江河湖泊時(shí)防御水淹災(zāi)害的重要安全設(shè)備，主要用于防范隧道破裂造成水流涌進(jìn)隧道、車(chē)站導(dǎo)致的水淹災(zāi)害，防淹門(mén)能阻止水災(zāi)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，以保護(hù)車(chē)站人員和設(shè)施的安全。本文根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了防淹門(mén)設(shè)置需要考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素、設(shè)置原則和控制系統(tǒng)構(gòu)成，以及防淹門(mén)的土建設(shè)計(jì)及其與相關(guān)專業(yè)的接口設(shè)計(jì)等。

2 防淹門(mén)設(shè)置需要考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素和設(shè)置原則

2.1 風(fēng)險(xiǎn)因素

（1）地鐵線路穿越的水域是否通航，通航等級(jí)的高低，是否有發(fā)生意外的沉船和拋錨等人為風(fēng)險(xiǎn)；（2）穿越的水域是否在河網(wǎng)節(jié)制閘門(mén)的保護(hù)范圍內(nèi)，水量是否無(wú)限不可控，是否具備應(yīng)急處置的條件；（3）水域的寬度、深度、水量、流速等，是否為區(qū)間隧道破壞的潛在危險(xiǎn)源；（4）河道、河床的穩(wěn)定性，是否經(jīng)常變化；（5）設(shè)防水域百年一遇的設(shè)計(jì)水位、水域兩端車(chē)站的地下埋深，以及車(chē)站最低軌面標(biāo)高是否低于河面最高水位；（6）地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，河道是否處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近以及地震強(qiáng)度和頻度等[2]。

2.2 防淹門(mén)的布置原則

在理解相關(guān)規(guī)范內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，考慮上述風(fēng)險(xiǎn)因素，地鐵防范此類(lèi)水淹災(zāi)害的要求是：地鐵水災(zāi)影響范圍必須得到控制，災(zāi)害損失是可以預(yù)見(jiàn)的，并且是可以承受的。水災(zāi)范圍可通過(guò)自然限定的條件（水源有限或車(chē)站軌面標(biāo)高高于水面）進(jìn)行控制，當(dāng)自然條件無(wú)法限定時(shí)，可通過(guò)設(shè)防水域設(shè)施（如節(jié)制水閘）、地鐵內(nèi)部設(shè)施（如防淹門(mén)、區(qū)間人防門(mén)）、外部人工堵截等方法進(jìn)行控制。

當(dāng)下穿河流湖泊等水域的地鐵隧道工程有很大的破裂風(fēng)險(xiǎn)，且地鐵內(nèi)部區(qū)間人防門(mén)和外部措施不能及時(shí)控制水災(zāi)范圍，無(wú)法判斷損失時(shí)，應(yīng)設(shè)置防淹門(mén)控制風(fēng)險(xiǎn)，具體如下：（1）地鐵線路穿越通航（客輪、貨輪、游輪）河道（江河湖），且為主航道，存在沉船、拋錨及其他人為風(fēng)險(xiǎn)因素；（2）線路穿越的水域不在河網(wǎng)節(jié)制閘門(mén)的保護(hù)范圍內(nèi)，水量無(wú)限不可控，外部無(wú)法采用止水圍堰或拋沙袋等人工截堵措施，內(nèi)部采用區(qū)間人防門(mén)控制無(wú)法滿足驅(qū)動(dòng)力和危險(xiǎn)處置時(shí)間要求；（3）參考國(guó)內(nèi)其他城市經(jīng)驗(yàn)，河道常年寬度大于100 m，常年水深大于4 m，河水的流速大于1.5m/s，河道經(jīng)常改動(dòng)，河床不穩(wěn)定；（4）地質(zhì)條件不好（有流沙、淤泥、軟土）、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)較大或河道處于斷裂帶（斷層）或斷裂帶附近、或位于地震高發(fā)的中強(qiáng)震的區(qū)域。

其他情況，應(yīng)綜合工程的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估確認(rèn)是否需要設(shè)置防淹門(mén)，也可以內(nèi)部采用區(qū)間人防門(mén)兼顧防淹的措施，即在設(shè)防水域的隧道兩端設(shè)置區(qū)間人防門(mén)，并增設(shè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控輔助，此時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)防水頭驗(yàn)算區(qū)間人防門(mén)的抗力，且人防門(mén)關(guān)門(mén)操作和密閉措施應(yīng)更為快捷、有效；外部可采用起閉節(jié)制水閘、設(shè)置止水圍堰和拋沙袋等人工截堵（無(wú)堵塞航道導(dǎo)致的船舶航行危險(xiǎn)）等措施。另外，穿越通航水域的隧道，應(yīng)考慮未來(lái)一百年河床斷面受沖淤的變化對(duì)隧道安全的影響[3]，增加隧道埋深，合理擬定隧道頂部的覆土厚度。

3 防淹門(mén)系統(tǒng)的構(gòu)成

地鐵防淹門(mén)主要有升降式和平開(kāi)立轉(zhuǎn)式兩種類(lèi)型，一般根據(jù)車(chē)站的土建條件選定。兩種類(lèi)型的防淹門(mén)均由機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩部分組成。

3.1 機(jī)械部分

3.1.1 升降式防淹門(mén)

升降式防淹門(mén)機(jī)械部分由門(mén)體（門(mén)框、門(mén)扇、門(mén)槽埋件）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)組成。

門(mén)扇為梁板結(jié)構(gòu)，由槽鋼、工字鋼和面板組焊而成，門(mén)扇強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)水頭驗(yàn)算；門(mén)扇底部與軌道配合設(shè)計(jì)，排水溝擋板與門(mén)扇連為一體，實(shí)現(xiàn)排水洞與門(mén)洞的同時(shí)關(guān)閉；門(mén)扇上設(shè)置直徑遞減、交錯(cuò)布置的擠壓輪，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的流暢性；門(mén)框、門(mén)槽埋件與門(mén)扇配合設(shè)計(jì)，門(mén)框上布置膠條和密封膠塊，門(mén)扇關(guān)閉后形成封閉環(huán)，保證門(mén)扇與門(mén)框之間的密閉。

防淹門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)安全可靠，在供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)或機(jī)械裝置出現(xiàn)故障時(shí)，吊住閘門(mén)不能出現(xiàn)下滑，啟閉設(shè)備設(shè)置手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的操作裝置。升降式防淹門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有卷?yè)P(yáng)機(jī)、手電動(dòng)葫蘆兩類(lèi)。

升降式防淹門(mén)的安全系統(tǒng)主要包括擋板小車(chē)、電動(dòng)推桿、軌道系統(tǒng)、下壓機(jī)構(gòu)和下壓輔助機(jī)構(gòu)，主要功能是平時(shí)開(kāi)門(mén)狀態(tài)下承載門(mén)扇，保證列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全和關(guān)門(mén)困難時(shí)可提供額外的下壓力。

3.1.2 平開(kāi)立轉(zhuǎn)式防淹門(mén)

平開(kāi)立轉(zhuǎn)式防淹門(mén)機(jī)械部分由門(mén)體（門(mén)框、門(mén)扇、門(mén)槽埋件）、閉鎖、鉸頁(yè)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)組成。

門(mén)扇為雙面板+型鋼組成的梁板結(jié)構(gòu)，其上布置膠條、閉鎖、支撐鎖定機(jī)構(gòu)等，門(mén)扇通過(guò)閉鎖約束，左右兩側(cè)為主受力方向。閉鎖為明裝閉鎖，鎖頭數(shù)目根據(jù)抗力需求合理設(shè)置，密封梁及升降機(jī)構(gòu)與閉鎖聯(lián)動(dòng)。采用重載雙軸鉸頁(yè)，加強(qiáng)傳力路線上各部件強(qiáng)度。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用模塊化液壓直驅(qū)啟閉裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容差性好，液壓油缸配套成熟，滿足大啟閉力的要求。

平開(kāi)立轉(zhuǎn)式防淹門(mén)設(shè)有液壓保壓系統(tǒng)、手動(dòng)及電動(dòng)機(jī)械鎖和自適應(yīng)支撐裝置等，用以鎖定門(mén)扇。

3.2 控制系統(tǒng)

3.2.1 控制系統(tǒng)組成

在防淹門(mén)控制室內(nèi)，每套防淹門(mén)系統(tǒng)設(shè)一面控制柜，控制柜由防淹門(mén)控制器（PLC）、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)主回路、I/O模塊、模擬模塊、繼電器、DC24V電源設(shè)備、端子排和按鈕、表示燈等組成，并應(yīng)配置不間斷電源。

防淹門(mén)系統(tǒng)設(shè)置水位自動(dòng)探測(cè)及報(bào)警裝置，探測(cè)裝置一般布置于區(qū)間隧道的廢水泵房集水井內(nèi)，用于采集水位信息，水位信息按“三取二”邏輯自動(dòng)確認(rèn)，傳送至PLC，水位信息在防淹門(mén)控制柜上顯示、報(bào)警，并上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)，報(bào)警信號(hào)上傳至車(chē)控室綜合后備盤(pán)（IBP盤(pán)）及地鐵運(yùn)行控制中心（OCC）。區(qū)間水位可按四級(jí)監(jiān)視、兩級(jí)報(bào)警設(shè)置。

3.2.2 控制原理

防淹門(mén)控制系統(tǒng)是一套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，具有中央、車(chē)站、就地三級(jí)監(jiān)視和車(chē)站、就地二級(jí)控制功能，中央級(jí)、車(chē)站級(jí)監(jiān)視功能應(yīng)由綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

防淹門(mén)控制器設(shè)置車(chē)站層監(jiān)控、就地監(jiān)控兩種選擇方式。（1）車(chē)站層監(jiān)控：綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本站防淹門(mén)狀態(tài)、區(qū)間水位及其上漲速度進(jìn)行監(jiān)視，并傳送至OCC。在車(chē)控室通過(guò)IBP盤(pán)可操作防淹門(mén)開(kāi)/關(guān)門(mén)動(dòng)作。（2）就地監(jiān)控：就地監(jiān)控具有區(qū)間水位采集處理、設(shè)備全運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和就地顯示及報(bào)警、電氣聯(lián)鎖和保護(hù)、就地操作防淹門(mén)開(kāi)/關(guān)控制等功能，并利用PLC通信接口模塊、光纖、硬線實(shí)現(xiàn)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信、與車(chē)控室IBP盤(pán)的連接及與信號(hào)系統(tǒng)的聯(lián)鎖。

當(dāng)過(guò)江隧道發(fā)生水災(zāi)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)將報(bào)警信號(hào)報(bào)送至車(chē)站層綜合監(jiān)控系統(tǒng)和車(chē)控室IBP盤(pán)，再由車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)上傳至中央級(jí)監(jiān)控并報(bào)警。經(jīng)綜合研判需要關(guān)閉防淹門(mén)時(shí)，操控IBP盤(pán)或就地控制器向信號(hào)系統(tǒng)發(fā)出“請(qǐng)求關(guān)門(mén)”信號(hào)，信號(hào)系統(tǒng)確認(rèn)可以關(guān)門(mén)時(shí)，則封閉相應(yīng)區(qū)段的信號(hào)機(jī)，向防淹門(mén)發(fā)出“允許關(guān)門(mén)”信號(hào)，然后才可以操作IBP盤(pán)或就地控制器，人工下達(dá)關(guān)門(mén)指令。

4 防淹門(mén)與其他專業(yè)接口設(shè)計(jì)

4.1 與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口

防淹門(mén)由其通信模塊與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的交換機(jī)連接，通信介質(zhì)為光纜，接口界面在綜合監(jiān)控室內(nèi)的接線端子排，防淹門(mén)向車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)傳輸區(qū)間水位信息、報(bào)警信息、防淹門(mén)狀態(tài)信息，綜合監(jiān)控負(fù)責(zé)對(duì)防淹門(mén)信息的采集、備份、顯示、實(shí)時(shí)查詢并形成運(yùn)營(yíng)報(bào)表，對(duì)故障信息進(jìn)行報(bào)警及上傳至OCC。防淹門(mén)與車(chē)控室IBP盤(pán)接口硬線連接，接口界面在IBP盤(pán)接線端子排，防淹門(mén)向IBP盤(pán)傳輸水位報(bào)警和運(yùn)行狀態(tài)信息，接收來(lái)自綜合監(jiān)控系統(tǒng)的IBP盤(pán)控制指令，并能驅(qū)動(dòng)IBP盤(pán)的指示燈、警鈴等。

4.2 與信號(hào)系統(tǒng)的接口

通過(guò)硬線連接方式，信號(hào)系統(tǒng)將控制電纜接線在防淹門(mén)控制器端子排上。防淹門(mén)向信號(hào)系統(tǒng)提供防淹門(mén)狀態(tài)信息，信號(hào)系統(tǒng)對(duì)防淹門(mén)狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，納入聯(lián)鎖；當(dāng)發(fā)生突發(fā)性水災(zāi)事故，信號(hào)系統(tǒng)接收到防淹門(mén)發(fā)出的“請(qǐng)求關(guān)門(mén)”信號(hào)時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)對(duì)設(shè)防區(qū)間進(jìn)行檢索、分析，具備關(guān)門(mén)條件時(shí)向防淹門(mén)輸出“允許關(guān)門(mén)”信號(hào)。

4.3 與動(dòng)力和照明專業(yè)的接口

防淹門(mén)配電為一級(jí)負(fù)荷，防淹門(mén)與動(dòng)力和照明專業(yè)接口界面在防淹門(mén)控制室的配電箱端子排。防淹門(mén)提出用電負(fù)荷要求，動(dòng)照提供電源切換箱，在防淹門(mén)控制室設(shè)置接地端子。防淹門(mén)控制室、設(shè)備間應(yīng)設(shè)置正常照明和應(yīng)急照明。

4.4 與通信專業(yè)的接口

在防淹門(mén)控制室內(nèi)安裝一部電話，在緊急情況下便于與OCC、車(chē)控室及水災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員聯(lián)系，進(jìn)行有效的調(diào)度。防淹門(mén)控制室和設(shè)備間（防淹門(mén)?？總?cè)）應(yīng)納入通信專業(yè)的視頻監(jiān)控范圍，通過(guò)視頻畫(huà)面車(chē)控室可實(shí)時(shí)監(jiān)控防淹門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，必要時(shí)，設(shè)防區(qū)間隧道內(nèi)也可增設(shè)視頻監(jiān)控設(shè)備，做到區(qū)間全覆蓋。

4.5 與軌道專業(yè)的接口

軌道專業(yè)應(yīng)根據(jù)防淹門(mén)門(mén)檻結(jié)構(gòu)進(jìn)行道床設(shè)計(jì)，在門(mén)檻里程范圍內(nèi)，不得設(shè)置軌枕。防淹門(mén)下門(mén)檻混凝土宜在架設(shè)軌排完成后方可澆筑，如必須先行澆筑，下門(mén)檻結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鋼軌、扣件的安裝要求預(yù)留軌道槽。在防淹門(mén)一側(cè)的車(chē)站端頭設(shè)有集水坑和廢水泵房時(shí)，防淹門(mén)下門(mén)檻可不設(shè)置道床排水洞。

5 防淹門(mén)土建設(shè)計(jì)

1）根據(jù)車(chē)輛限界、環(huán)控（隧道活塞通風(fēng)）專業(yè)的要求確定防淹門(mén)尺寸，防淹門(mén)尺寸宜統(tǒng)一設(shè)置，減少防淹門(mén)型號(hào)，根據(jù)土建條件選定防淹門(mén)類(lèi)型。

2）防淹門(mén)位置宜避開(kāi)線路的曲線段，不應(yīng)設(shè)置在道岔區(qū)段內(nèi)。防淹門(mén)應(yīng)優(yōu)先在設(shè)防水域隧道兩端的車(chē)站端頭設(shè)置，便于其控制設(shè)備與相關(guān)專業(yè)接口的實(shí)施以及運(yùn)營(yíng)期間設(shè)備的運(yùn)行控制和檢修。如果防淹門(mén)必要地設(shè)置在了區(qū)間風(fēng)井、明挖區(qū)間等位置，防淹門(mén)防護(hù)段應(yīng)具備運(yùn)營(yíng)人員便捷到達(dá)的條件。

3）與防淹門(mén)受力相關(guān)的土建結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行人防組合工況和防淹組合工況計(jì)算，取其中不利結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)根據(jù)設(shè)防水域百年一遇設(shè)計(jì)水位和防淹門(mén)設(shè)置處軌面標(biāo)高來(lái)計(jì)算防淹設(shè)計(jì)水頭，由于地鐵防淹門(mén)結(jié)構(gòu)不同于一般的水工建筑物，且該水淹災(zāi)害發(fā)生概率極低，水淹荷載分項(xiàng)系數(shù)可以取1.0。

4）在緊鄰防淹門(mén)門(mén)體停放位置設(shè)防淹門(mén)控制室，控制室應(yīng)設(shè)置在防淹門(mén)保護(hù)側(cè)?？刂剖业某叽鐟?yīng)能滿足防淹門(mén)控制設(shè)備和液壓泵站的布置、操作和檢修要求。控制室應(yīng)為封閉的空間，配置透明的觀察窗，能觀察到防淹門(mén)運(yùn)行狀態(tài)?？刂剖覒?yīng)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，保持干燥。

5）防淹門(mén)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其預(yù)埋件較多，應(yīng)充分考慮車(chē)站空間的局限性、設(shè)備尺寸、建筑布置和土建施工工法等因素，設(shè)計(jì)階段要準(zhǔn)確表達(dá)預(yù)埋件的類(lèi)型、數(shù)量、定位和預(yù)埋要求，施工階段要精準(zhǔn)復(fù)核后才可預(yù)埋安裝。另外，應(yīng)根據(jù)防淹門(mén)的安裝、調(diào)試和檢修要求，合理地設(shè)置吊環(huán)、鋼爬梯、防護(hù)欄桿、檢修人孔和設(shè)備運(yùn)輸孔等。

6 結(jié)語(yǔ)

防淹門(mén)屬于地鐵發(fā)生重大事故時(shí)，救災(zāi)模式下的安全設(shè)備，在基于各種風(fēng)險(xiǎn)因素科學(xué)評(píng)判的基礎(chǔ)上，宜優(yōu)先選擇設(shè)置防淹門(mén)方案。防淹門(mén)設(shè)計(jì)涉及的專業(yè)較多，不僅包括設(shè)備本身的機(jī)械和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還有防淹門(mén)土建及其與相關(guān)專業(yè)的接口設(shè)計(jì)，因此，需要認(rèn)真研究其上序?qū)I(yè)的提資和下序?qū)I(yè)的要求，保證防淹門(mén)設(shè)計(jì)的安全可靠。