一種地鐵地下站雨水防倒灌的設(shè)備

張亞彤　劉莉　逯紅霞

摘 要：近年來(lái)全球極端天氣的出現(xiàn)頻次越來(lái)越高，地下軌道交通的劣勢(shì)盡顯，地鐵口雨水倒灌造成的交通癱瘓影響市民出行甚至造成事故屢見(jiàn)不鮮。本文針對(duì)防淹門、防淹擋板等現(xiàn)有地鐵防倒灌設(shè)備的局限性，并結(jié)合對(duì)地鐵汛期內(nèi)澇工況構(gòu)建和基于實(shí)際應(yīng)用工況本文致力于設(shè)計(jì)一種新型地鐵智能防倒灌設(shè)備，在不影響行人進(jìn)出和保證行人安全的情況下，完成對(duì)高水位的有效控制。

關(guān)鍵詞：地鐵口積水 防倒灌設(shè)施 智能設(shè)備

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)城市軌道交通的發(fā)展已經(jīng)稱為城市人口日常通行的必備交通工具，城市軌道交通大大緩解了交通運(yùn)輸壓力，而城市軌道交通中地下交通軌道是目前我國(guó)主要選擇[1-5]。近年來(lái)全球極端天氣的出現(xiàn)頻次越來(lái)越高，地下軌道交通的劣勢(shì)盡顯，每年雨水豐富的季節(jié)，地鐵口雨水倒灌造成的交通癱瘓影響市民出行，乃至交通事故大面積乘客擁擠踩踏威脅生命安全，造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，故屢見(jiàn)不鮮。因此，地下交通防洪安全勢(shì)必受到廣泛關(guān)注，科學(xué)合理的解決地鐵口防澇防汛是城市發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。

2 地下站雨水防倒灌研究現(xiàn)狀

經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，由于地下軌道交通的建設(shè)年限尚淺，對(duì)于地下軌道交通方面的災(zāi)害研究和防治也是起步階段，不論是研究水平還是相關(guān)技術(shù)尚不成熟。現(xiàn)有研究著力于對(duì)現(xiàn)有地下工程在雨水倒灌時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的局限性和無(wú)力感提出一些理論意見(jiàn)或是建議。盧偉華等對(duì)上海市地下空間，婁夏等研究地下交通設(shè)施分別進(jìn)行了防汛防洪能力方面的調(diào)查分析，論證了現(xiàn)有地下工程在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)考慮到了防洪防淹，并為之做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，但是應(yīng)用于實(shí)踐中雨水倒灌事故并沒(méi)有得到有力的控制；湯洪亮結(jié)合上海市大型地下工程防汛影響的專項(xiàng)論證，論證中對(duì)地下工程運(yùn)行期自身的防汛安全做了全面論述；鄭建楠解讀了《上海市防汛條例》，通過(guò)分析論證工程防汛對(duì)于地下工程發(fā)展的必要性；方正等人建立理論模型，研究城市地下軌道交通降雨徑流，綜合城市流域排水ICM模型的建立，帶入實(shí)地考察不同時(shí)期地鐵站不同出入口的水深數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，提出地鐵站點(diǎn)周邊排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造及地鐵站安全運(yùn)營(yíng)建議；鄭健吾根據(jù)地下軌道交通的防汛特點(diǎn)，結(jié)合上海地鐵1，2號(hào)線，提出了地鐵的防洪對(duì)策與措施[6，7]。趙庚潤(rùn)等人建立了內(nèi)澇模型用于研究上海五角場(chǎng)區(qū)域地下民防工程對(duì)城市內(nèi)澇積水的防御能力，計(jì)算得出了該區(qū)域在不同降雨重現(xiàn)期下的積水范圍和深度。

3 智能防倒灌設(shè)備

3.1 地鐵地下防倒灌新方案

地鐵底下空間防洪是指為了避免地鐵站或地鐵隧道在雨季或洪水時(shí)發(fā)生水浸現(xiàn)象而采取的一系列措施。以下是幾種常見(jiàn)的地鐵底下空間防洪措施：

（1）防水擋板：地鐵口出入口處安裝防水擋板，能夠有效地防止洪水灌入地鐵站，保障地鐵內(nèi)部的安全。

（2）排水系統(tǒng)：地鐵站內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)，能夠?qū)⒂晁?、泥漿等流出地鐵站的污水迅速排出，避免積水導(dǎo)致的安全隱患。

（3）防汛沙袋：地鐵口出入口處防汛沙袋，能夠在汛期有效地防止洪水灌入地鐵站，保障地鐵內(nèi)部的安全，確保地鐵內(nèi)部的正常運(yùn)行和乘客的安全。

（4）門窗防護(hù)：地鐵口出入口處的門窗設(shè)置防護(hù)措施，防止強(qiáng)風(fēng)、暴雨等天氣對(duì)地鐵內(nèi)部造成影響。

總之，地鐵底下空間防洪措施是非常重要的，可有效避免地鐵站或隧道發(fā)生水浸，保障了公眾的出行安全。地鐵站或隧道時(shí)，可以將水引入集水井，并通過(guò)排水管道排出去。

（6）集水井： 在地鐵沿線的下方設(shè)立集水井，當(dāng)?shù)叵滤蜎](méi)地鐵站或隧道時(shí)，可以將水流引入集水井內(nèi)匯集，并通過(guò)排水管道排出。

（7）增加大氣壓吸附系統(tǒng)：在雨水或洪水嚴(yán)重的情況下，可以使用大氣壓吸附系統(tǒng)來(lái)防止地鐵底下空間內(nèi)的水位上漲。該系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)域，使地鐵站和隧道內(nèi)的空氣壓力降低，從而避免水進(jìn)入。

（8）加強(qiáng)排水管道清理和維護(hù)：保持排水管道暢通，定期清理和維護(hù)排水設(shè)施以確保其正常運(yùn)行，避免堵塞問(wèn)題。

除此之外還可以建造防洪墻如果地鐵站周圍存在泥石流等可能導(dǎo)致水災(zāi)的地質(zhì)情況，可以在地鐵站周圍建造防洪墻，以保護(hù)地鐵站。加強(qiáng)防汛演練：應(yīng)定期組織地鐵站和隧道的工作人員進(jìn)行防汛演練，提高應(yīng)急處理能力。這些措施可以有效地保障地鐵底下空間防洪，確保地鐵站和隧道內(nèi)不會(huì)積水，避免對(duì)乘客和交通帶來(lái)影響。地鐵站或隧道時(shí)，可以通過(guò)集水井將水流引走，減少地鐵站或隧道內(nèi)的積水量[8-13]。

這些防澇裝置在擋水方面都取得了良好的效果，但在安裝空間、時(shí)間和人員需求等方面均存在一定的不足。地鐵口防汛設(shè)施是保障地鐵運(yùn)營(yíng)和乘客出行安全的關(guān)鍵措施，需要加強(qiáng)建設(shè)和管理，不斷完善和創(chuàng)新，使其能夠適應(yīng)各種自然災(zāi)害和突發(fā)情況的挑戰(zhàn)。其中，一些大型城市的地鐵站還會(huì)采取其他防汛措施。例如，上海地鐵在防汛方面，上海地鐵采用了“海綿城市”理念，通過(guò)建設(shè)雨水花園、雨水蓄滯洪池等設(shè)施，緩解城市內(nèi)澇問(wèn)題。此外，上海地鐵還在地鐵站出口設(shè)置了可折疊式擋板，能夠迅速應(yīng)對(duì)突發(fā)暴雨等災(zāi)害情況。廣州地鐵設(shè)有防汛物資庫(kù)，存放各種應(yīng)急物資，如發(fā)電機(jī)、排水泵、抽水器等。同時(shí)，廣州地鐵還在站臺(tái)和車站地下通道等密閉空間設(shè)置抽風(fēng)設(shè)備，保證乘客的舒適和安全。

3.2 智能防倒灌設(shè)備技術(shù)

針對(duì)現(xiàn)有地鐵防倒灌設(shè)備的局限性，并結(jié)合對(duì)地鐵汛期內(nèi)澇工況構(gòu)建和基于實(shí)際應(yīng)用工況本文致力于設(shè)計(jì)一種新型地鐵智能防倒灌設(shè)備。地鐵智能防倒灌設(shè)備效果如圖2所示。預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，正常情況下“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，當(dāng)?shù)罔F站內(nèi)出現(xiàn)雨水倒灌，水位達(dá)到能夠觸發(fā)感應(yīng)裝置（水位限值）所處的位置時(shí)，感應(yīng)裝置在浮力的作用下迅速閉合，觸發(fā)中央處理裝置，控制驅(qū)動(dòng)裝置工作，推動(dòng)擋水板向上升起，筑起一道“圍堰”，阻斷雨水進(jìn)入站內(nèi)的通道，為緊急排水和清掃作業(yè)爭(zhēng)取時(shí)間，同時(shí)為方便行人通過(guò)，擋水板設(shè)計(jì)成逐漸升高的臺(tái)階形式，形成防倒灌階梯，在不影響行人進(jìn)出的情況下，完成對(duì)高水位的有效控制；同時(shí)為保證行人安全，添加壓力傳感裝置，在行人通過(guò)時(shí)不進(jìn)行擋水板的升降作業(yè)。當(dāng)水位下降，低于感應(yīng)裝置所處的位置時(shí)，感應(yīng)裝置斷開(kāi)，擋水板向下運(yùn)動(dòng)至地面以下，“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，不妨礙行人通過(guò)，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。有效解決現(xiàn)有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲(chǔ)不方便，以及耗費(fèi)大量人力，無(wú)法及時(shí)處理大面積雨水倒灌事故的問(wèn)題，能彌補(bǔ)地鐵站出入口臺(tái)階定值防水的弊端，緩解站內(nèi)抽水泵的工作壓力，同時(shí)方便整個(gè)站臺(tái)對(duì)于水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，節(jié)省大量的人力物力，提高作業(yè)效率，真正實(shí)現(xiàn)即時(shí)性與有效性。

該設(shè)備預(yù)埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應(yīng)裝置、中央處理裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、擋水板等四部分組成。地鐵自動(dòng)防倒灌設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示：

（1）水位感應(yīng)裝置：當(dāng)水位達(dá)到感應(yīng)裝置限定的位置時(shí)，在浮力的作用下，浮漂上升，開(kāi)關(guān)閉合，發(fā)送給中央處理器預(yù)警信號(hào)。

（2）中央處理裝置：中央處理裝置采用單片機(jī)，水位傳感器將預(yù)警信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后將控制信號(hào)送給驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置電力推桿的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)擋水板的伸出與縮回正功能。

（3）驅(qū)動(dòng)裝置：在現(xiàn)有防倒灌設(shè)備設(shè)計(jì)的電磁驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上優(yōu)化為空氣壓縮機(jī)和真空泵構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置，空氣壓縮機(jī)和真空泵完成對(duì)氣囊的供氣或者抽氣，隨著橡膠氣囊的供氣或抽氣，帶動(dòng)行人踏板在豎向?qū)к壣仙蛳陆担?dòng)連接踏板在橫向?qū)к壣线M(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)防倒灌階梯的升降。

地鐵自動(dòng)防倒灌設(shè)備工作流程圖如圖4所示：

4 結(jié)論

文本文致力于研究一種地鐵智能防倒灌設(shè)備，能有效解決現(xiàn)有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲(chǔ)不方便，以及耗費(fèi)大量人力，無(wú)法及時(shí)處理大面積雨水倒灌事故的問(wèn)題。該設(shè)備預(yù)埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應(yīng)裝置、中央處理裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、擋水板等四部分組成，能夠彌補(bǔ)地鐵站出入口臺(tái)階定值防水的弊端，緩解站內(nèi)抽水泵的工作壓力，同時(shí)方便整個(gè)站臺(tái)對(duì)于水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，節(jié)省大量的人力物力，提高作業(yè)效率，真正實(shí)現(xiàn)即時(shí)性與有效性。

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