一種地鐵地下站雨水防倒灌的設備

張亞彤　劉莉　逯紅霞

摘 要：近年來全球極端天氣的出現頻次越來越高，地下軌道交通的劣勢盡顯，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不鮮。本文針對防淹門、防淹擋板等現有地鐵防倒灌設備的局限性，并結合對地鐵汛期內澇工況構建和基于實際應用工況本文致力于設計一種新型地鐵智能防倒灌設備，在不影響行人進出和保證行人安全的情況下，完成對高水位的有效控制。

關鍵詞：地鐵口積水 防倒灌設施 智能設備

1 引言

隨著社會經濟的飛速發展，中國城市軌道交通的發展已經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輸壓力，而城市軌道交通中地下交通軌道是目前我國主要選擇[1-5]。近年來全球極端天氣的出現頻次越來越高，地下軌道交通的劣勢盡顯，每年雨水豐富的季節，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，造成巨大財產損失，故屢見不鮮。因此，地下交通防洪安全勢必受到廣泛關注，科學合理的解決地鐵口防澇防汛是城市發展亟待解決的問題。

2 地下站雨水防倒灌研究現狀

經查閱資料發現，由于地下軌道交通的建設年限尚淺，對于地下軌道交通方面的災害研究和防治也是起步階段，不論是研究水平還是相關技術尚不成熟?，F有研究著力于對現有地下工程在雨水倒灌時表現出來的局限性和無力感提出一些理論意見或是建議。盧偉華等對上海市地下空間，婁夏等研究地下交通設施分別進行了防汛防洪能力方面的調查分析，論證了現有地下工程在設計之初已經考慮到了防洪防淹，并為之做了相應的設計，但是應用于實踐中雨水倒灌事故并沒有得到有力的控制；湯洪亮結合上海市大型地下工程防汛影響的專項論證，論證中對地下工程運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》，通過分析論證工程防汛對于地下工程發展的必要性；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，帶入實地考察不同時期地鐵站不同出入口的水深數據進行研究分析，提出地鐵站點周邊排水系統設計改造及地鐵站安全運營建議；鄭健吾根據地下軌道交通的防汛特點，結合上海地鐵1，2號線，提出了地鐵的防洪對策與措施[6，7]。趙庚潤等人建立了內澇模型用于研究上海五角場區域地下民防工程對城市內澇積水的防御能力，計算得出了該區域在不同降雨重現期下的積水范圍和深度。

3 智能防倒灌設備

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發生水浸現象而采取的一系列措施。以下是幾種常見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，保障地鐵內部的安全。

（2）排水系統：地鐵站內設置排水系統，能夠將雨水、泥漿等流出地鐵站的污水迅速排出，避免積水導致的安全隱患。

（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，保障地鐵內部的安全，確保地鐵內部的正常運行和乘客的安全。

（4）門窗防護：地鐵口出入口處的門窗設置防護措施，防止強風、暴雨等天氣對地鐵內部造成影響。

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生水浸，保障了公眾的出行安全。地鐵站或隧道時，可以將水引入集水井，并通過排水管道排出去。

（6）集水井： 在地鐵沿線的下方設立集水井，當地下水淹沒地鐵站或隧道時，可以將水流引入集水井內匯集，并通過排水管道排出。

（7）增加大氣壓吸附系統：在雨水或洪水嚴重的情況下，可以使用大氣壓吸附系統來防止地鐵底下空間內的水位上漲。該系統會產生一個負壓區域，使地鐵站和隧道內的空氣壓力降低，從而避免水進入。

（8）加強排水管道清理和維護：保持排水管道暢通，定期清理和維護排水設施以確保其正常運行，避免堵塞問題。

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致水災的地質情況，可以在地鐵站周圍建造防洪墻，以保護地鐵站。加強防汛演練：應定期組織地鐵站和隧道的工作人員進行防汛演練，提高應急處理能力。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不會積水，避免對乘客和交通帶來影響。地鐵站或隧道時，可以通過集水井將水流引走，減少地鐵站或隧道內的積水量[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、時間和人員需求等方面均存在一定的不足。地鐵口防汛設施是保障地鐵運營和乘客出行安全的關鍵措施，需要加強建設和管理，不斷完善和創新，使其能夠適應各種自然災害和突發情況的挑戰。其中，一些大型城市的地鐵站還會采取其他防汛措施。例如，上海地鐵在防汛方面，上海地鐵采用了“海綿城市”理念，通過建設雨水花園、雨水蓄滯洪池等設施，緩解城市內澇問題。此外，上海地鐵還在地鐵站出口設置了可折疊式擋板，能夠迅速應對突發暴雨等災害情況。廣州地鐵設有防汛物資庫，存放各種應急物資，如發電機、排水泵、抽水器等。同時，廣州地鐵還在站臺和車站地下通道等密閉空間設置抽風設備，保證乘客的舒適和安全。

3.2 智能防倒灌設備技術

針對現有地鐵防倒灌設備的局限性，并結合對地鐵汛期內澇工況構建和基于實際應用工況本文致力于設計一種新型地鐵智能防倒灌設備。地鐵智能防倒灌設備效果如圖2所示。預期能夠實現對水位的實時監測，正常情況下“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，當地鐵站內出現雨水倒灌，水位達到能夠觸發感應裝置（水位限值）所處的位置時，感應裝置在浮力的作用下迅速閉合，觸發中央處理裝置，控制驅動裝置工作，推動擋水板向上升起，筑起一道“圍堰”，阻斷雨水進入站內的通道，為緊急排水和清掃作業爭取時間，同時為方便行人通過，擋水板設計成逐漸升高的臺階形式，形成防倒灌階梯，在不影響行人進出的情況下，完成對高水位的有效控制；同時為保證行人安全，添加壓力傳感裝置，在行人通過時不進行擋水板的升降作業。當水位下降，低于感應裝置所處的位置時，感應裝置斷開，擋水板向下運動至地面以下，“隱身”于地鐵口，與大地“融”為一體，不妨礙行人通過，設備進入待機狀態。有效解決現有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲不方便，以及耗費大量人力，無法及時處理大面積雨水倒灌事故的問題，能彌補地鐵站出入口臺階定值防水的弊端，緩解站內抽水泵的工作壓力，同時方便整個站臺對于水位的實時監控和自動化控制，節省大量的人力物力，提高作業效率，真正實現即時性與有效性。

該設備預埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應裝置、中央處理裝置、驅動裝置、擋水板等四部分組成。地鐵自動防倒灌設備結構設計圖如圖3所示：

（1）水位感應裝置：當水位達到感應裝置限定的位置時，在浮力的作用下，浮漂上升，開關閉合，發送給中央處理器預警信號。

（2）中央處理裝置：中央處理裝置采用單片機，水位傳感器將預警信號送入單片機，單片機經過數據處理后將控制信號送給驅動裝置。通過驅動裝置電力推桿的正轉和反轉實現擋水板的伸出與縮回正功能。

（3）驅動裝置：在現有防倒灌設備設計的電磁驅動的基礎上優化為空氣壓縮機和真空泵構成驅動裝置，空氣壓縮機和真空泵完成對氣囊的供氣或者抽氣，隨著橡膠氣囊的供氣或抽氣，帶動行人踏板在豎向導軌上升或下降，并帶動連接踏板在橫向導軌上進行往復運動實現防倒灌階梯的升降。

地鐵自動防倒灌設備工作流程圖如圖4所示：

4 結論

文本文致力于研究一種地鐵智能防倒灌設備，能有效解決現有地鐵口防汛沙袋和防汛擋板的笨重不便攜、存儲不方便，以及耗費大量人力，無法及時處理大面積雨水倒灌事故的問題。該設備預埋在站廳入口處排水溝后方，由水位感應裝置、中央處理裝置、驅動裝置、擋水板等四部分組成，能夠彌補地鐵站出入口臺階定值防水的弊端，緩解站內抽水泵的工作壓力，同時方便整個站臺對于水位的實時監控和自動化控制，節省大量的人力物力，提高作業效率，真正實現即時性與有效性。

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