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汩鴻環保蔡晙雯:極端暴雨情況下,地下空間如何防護?

本文就“7.20”鄭州暴雨事件,討論保護地下空間安全性的難點,參考日本及德國的工程案例,分析德國水泰和易拆卸式防洪擋板及電動防洪擋板的功效,為今后極端暴雨情況下地下空間的防護提供思路。

極端暴雨事件頻發

2021年7月20日,鄭州市發生特大暴雨,20日16時~17時,一個小時的降雨量達到了201.9mm;19日20時到20日20時,單日降雨量552.5mm。其中小時降水,單日降水均已突破自1951年鄭州建站以來60年的歷史記錄。

該暴雨事件導致了嚴重的洪澇災害,造成了嚴重的人員傷亡和財產損失。汛情發生后,各方力量馳援河南,配合當地政府全力搶險救援。特別是7月20日晚,由于雨勢過大、進水過多,鄭州地鐵5號線站內積水嚴重,500多名乘客在地鐵內被困超過3個小時。最終造成12人經搶救無效死亡、5人受傷,令人扼腕嘆息。源:《新華社》

這場特大暴雨毫無疑問,引發了全民對城市安全的思考。

其實,這并不是國內第一次地下空間遭受洪水災害的案例。北京2011年“6.23”、2012年“7.21”暴雨災害,廣州2020年“5.21”特大暴雨,均出現了地下商場、地下車庫、下沉通道等區域的內澇事件,造成了人民生命財產的威脅和損失。

近年來,隨著氣候變化的加劇,國內大規模降雨的現象顯著增多。洪水災害的防治工作越來越成為市政工作中不可或缺的一項。地下空間安全性的規劃和防護必須提上議程。

地下空間防護難點

為什么地下空間的安全性如此重要?

其實,不同于地上空間,地下空間遭受洪水災害后主要有以下幾個特征:源:《地下空間淹沒對策指南》日本國土交通省

一是疏散線路有限。當洪水倒灌進入地下空間時,地下人員疏散出口與水流入口必然重合,人員逆水流疏解時難度極大,且極易發生危險。

二是災害發生迅速、反應時間短。由于地下空間與地上空間隔絕,處在地下空間的人員對地面情況掌握較少,在主觀判斷上容易出現遲緩。一旦出現出入口被淹的情況,地下空間會迅速被淹沒。此時如果水深超過一定水平,還會存在因水壓差別造成無法開門的情況。

三是浸水停電導致各種設備停運的可能性極高。地鐵機電設備往往設在地下,浸水后電力系統會遭到破壞,這就會造成運行的列車停運(且位置極有可能在隧道而非站臺內)、地下空間能見度降低、自動門無法開啟、防水門無法關閉、排風換氣系統癱瘓而導致人員窒息等多種問題,給人員疏散帶來了極大困難。

日本經驗

在日本,根據《水防法》及《消防法》,地下空間所有者必須制定避難和防水的措施計劃,并按要求安裝擋水設施,避免水流進入地下空間,確保發生洪水時人員可以迅速逃離。一般除了在地鐵出入口設置臺階外,還會針對不同類型的地上地下連通口,常備了不同的防水措施,通過多種方式協同發揮作用。

目前常用的出入口的擋水設施有三大類:

一是可移動型,如沙袋、水袋、擋水板、片式伸縮門等,主要用于應對常規水量;

二是固定型,如固定擋水板、防水門等,其中防水門可封閉地下空間,用于阻擋較大水量;

三是防水結構體,這種結構通常和站體一體打造,幾乎可以做到完全防水。

德國水泰和防洪設備

德國水泰和防洪設備主要分為防洪擋板及閘門,適用于所有防洪工程、水利工程,在充分考慮周邊環境下,可進行臨時性或持續性防洪,已在全球范圍內被證明有效。

01.易拆卸式防洪擋板

德國水泰和防洪擋板由預制箱型防水鋁材EN-AW AlMgSi-6060 T66制成,既可以設計為固定式,也可以設計為移動式安裝。主要應用場所包括:地下空間入口處、阻隔間、河道等。

HydroBeam?系統中,由堆砌的鋁制空心框組成擋板,安裝在不銹鋼支撐柱之間。壩梁擋板的長度根據實際情況而定,最長可達7米。設備可以迅速搭建安裝,采用了對稱設計(比如兩側都有密封支撐架,底部密封可以插接每個壩梁),即使是未經培訓的人員也可以快速安全地搭建移動式防洪擋板。特殊的PU密封設計,不平坦的地面(落差約15mm)也可以達到密封標準,不銹鋼支撐桿承受水壓,且可以和現有景觀結合。

下圖為其一種安裝方式示意:

防洪擋板拆除后,只剩下設備基礎,不影響日常任何其他功能需求。

02.電動防洪擋板

同時,也可以在地下空間入口處設置電動式防洪擋板,不需要人工操作,通過電機或液壓驅動短時間內自動上升,不占用其他空間,適應于新老建筑。同時能夠和預警系統聯動,自動運行、自動報警。

03.易拆卸式管道疊梁閘

除了在一般地下空間內,在管道內也可以設置德國水泰和易拆卸式管道疊梁閘,控制管道斷面過流,也可以抵抗回水。設備表面可以加贈覆蓋防爆涂層或抗化學腐蝕的涂層,以減少長期污水侵蝕的影響。疊梁閘門也可設計為管道的形狀。

根據不同的工況,疊梁閘在管道內可以有如下不同的安裝方式:在墻體內部、墻體前側、墻體后側;兩側導軌導向架密封。

04.防洪閘門

在有河湖水倒灌風險的管道排水口處,也應該設置防洪閘門,以保證在極端暴雨情況下不會發生河湖水倒灌進入管網系統的事件。

防洪閘門可以設置為鉸鏈在上,下方開啟的形式,如上圖。也可以設置為鉸鏈在下,上方開啟的形式,如下圖。

目前,這些設備在中國市場已由水泰和的中國合資企業——汩鴻環保全權生產制造。在保證產品德國精工品質的同時,汩鴻環保還進行了研發升級,以便更加適合中國城市的防洪和水利工程。

隨著氣候變化,極端天氣頻發出現,全球范圍內都面臨著相似的問題。城市水基礎設施及極端雨洪事件的應對,必須作為日后的建設重點。一方面,在城市規劃和開發建設中,給水留出足夠的空間修復自然水生態空間,結合海綿城市、泵站調蓄等措施,提升城市排水防澇能力;另一方面,面對極端暴雨情況,啟動應急預案、綜合地面行泄等方式,才能保證人民群眾的生命財產安全,合理采用不同工藝的防洪擋板、防洪閘門等,確保地下空間的安全性,減少災害損失。

>>參考文獻

https://www.bmbf.de/de/wasser-n---forschung-und-innovation-fuer-nachhaltigkeit-10281.html

地下空間淹沒對策指南,日本國土交通省。

瞭望東方——《韌性城市》——王家卓

洞見城市交通——《他山之石——從日本地鐵的防汛經驗中我們能學到什么》

新華社新聞——河南鄭州“7·20”特大暴雨災害


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