地铁防淹门系统设计

张建伟

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510010）

1 引言

下穿河流或湖泊等水域的地铁隧道工程，应在进出水域的隧道两端适当位置设防淹门或采取其他防水淹措施[1]。防淹门是地铁线路穿越江河湖泊时防御水淹灾害的重要安全设备，主要用于防范隧道破裂造成水流涌进隧道、车站导致的水淹灾害，防淹门能阻止水灾范围的进一步扩大，以保护车站人员和设施的安全。本文根据实践经验，总结了防淹门设置需要考虑的风险因素、设置原则和控制系统构成，以及防淹门的土建设计及其与相关专业的接口设计等。

2 防淹门设置需要考虑的风险因素和设置原则

2.1 风险因素

（1）地铁线路穿越的水域是否通航，通航等级的高低，是否有发生意外的沉船和抛锚等人为风险；（2）穿越的水域是否在河网节制闸门的保护范围内，水量是否无限不可控，是否具备应急处置的条件；（3）水域的宽度、深度、水量、流速等，是否为区间隧道破坏的潜在危险源；（4）河道、河床的稳定性，是否经常变化；（5）设防水域百年一遇的设计水位、水域两端车站的地下埋深，以及车站最低轨面标高是否低于河面最高水位；（6）地质灾害风险，河道是否处于断裂带（断层）或断裂带附近以及地震强度和频度等[2]。

2.2 防淹门的布置原则

在理解相关规范内涵的基础上，考虑上述风险因素，地铁防范此类水淹灾害的要求是：地铁水灾影响范围必须得到控制，灾害损失是可以预见的，并且是可以承受的。水灾范围可通过自然限定的条件（水源有限或车站轨面标高高于水面）进行控制，当自然条件无法限定时，可通过设防水域设施（如节制水闸）、地铁内部设施（如防淹门、区间人防门）、外部人工堵截等方法进行控制。

当下穿河流湖泊等水域的地铁隧道工程有很大的破裂风险，且地铁内部区间人防门和外部措施不能及时控制水灾范围，无法判断损失时，应设置防淹门控制风险，具体如下：（1）地铁线路穿越通航（客轮、货轮、游轮）河道（江河湖），且为主航道，存在沉船、抛锚及其他人为风险因素；（2）线路穿越的水域不在河网节制闸门的保护范围内，水量无限不可控，外部无法采用止水围堰或抛沙袋等人工截堵措施，内部采用区间人防门控制无法满足驱动力和危险处置时间要求；（3）参考国内其他城市经验，河道常年宽度大于100 m，常年水深大于4 m，河水的流速大于1.5m/s，河道经常改动，河床不稳定；（4）地质条件不好（有流沙、淤泥、软土）、地质风险较大或河道处于断裂带（断层）或断裂带附近、或位于地震高发的中强震的区域。

其他情况，应综合工程的实际风险因素评估确认是否需要设置防淹门，也可以内部采用区间人防门兼顾防淹的措施，即在设防水域的隧道两端设置区间人防门，并增设适当的监控辅助，此时应根据设防水头验算区间人防门的抗力，且人防门关门操作和密闭措施应更为快捷、有效；外部可采用起闭节制水闸、设置止水围堰和抛沙袋等人工截堵（无堵塞航道导致的船舶航行危险）等措施。另外，穿越通航水域的隧道，应考虑未来一百年河床断面受冲淤的变化对隧道安全的影响[3]，增加隧道埋深，合理拟定隧道顶部的覆土厚度。

3 防淹门系统的构成

地铁防淹门主要有升降式和平开立转式两种类型，一般根据车站的土建条件选定。两种类型的防淹门均由机械部分和控制系统两部分组成。

3.1 机械部分

3.1.1 升降式防淹门

升降式防淹门机械部分由门体（门框、门扇、门槽埋件）、驱动系统和安全系统组成。

门扇为梁板结构，由槽钢、工字钢和面板组焊而成，门扇强度应根据设计水头验算；门扇底部与轨道配合设计，排水沟挡板与门扇连为一体，实现排水洞与门洞的同时关闭；门扇上设置直径递减、交错布置的挤压轮，增强设备运行的流畅性；门框、门槽埋件与门扇配合设计，门框上布置胶条和密封胶块，门扇关闭后形成封闭环，保证门扇与门框之间的密闭。

防淹门驱动系统应安全可靠，在供电系统、控制系统或机械装置出现故障时，吊住闸门不能出现下滑，启闭设备设置手动开关门的操作装置。升降式防淹门驱动系统有卷扬机、手电动葫芦两类。

升降式防淹门的安全系统主要包括挡板小车、电动推杆、轨道系统、下压机构和下压辅助机构，主要功能是平时开门状态下承载门扇，保证列车运营安全和关门困难时可提供额外的下压力。

3.1.2 平开立转式防淹门

平开立转式防淹门机械部分由门体（门框、门扇、门槽埋件）、闭锁、铰页、驱动系统和安全系统组成。

门扇为双面板+型钢组成的梁板结构，其上布置胶条、闭锁、支撑锁定机构等，门扇通过闭锁约束，左右两侧为主受力方向。闭锁为明装闭锁，锁头数目根据抗力需求合理设置，密封梁及升降机构与闭锁联动。采用重载双轴铰页，加强传力路线上各部件强度。

驱动系统采用模块化液压直驱启闭装置，其结构简单，安装容差性好，液压油缸配套成熟，满足大启闭力的要求。

平开立转式防淹门设有液压保压系统、手动及电动机械锁和自适应支撑装置等，用以锁定门扇。

3.2 控制系统

3.2.1 控制系统组成

在防淹门控制室内，每套防淹门系统设一面控制柜，控制柜由防淹门控制器（PLC）、电动机启动主回路、I/O模块、模拟模块、继电器、DC24V电源设备、端子排和按钮、表示灯等组成，并应配置不间断电源。

防淹门系统设置水位自动探测及报警装置，探测装置一般布置于区间隧道的废水泵房集水井内，用于采集水位信息，水位信息按“三取二”逻辑自动确认，传送至PLC，水位信息在防淹门控制柜上显示、报警，并上传至综合监控系统，报警信号上传至车控室综合后备盘（IBP盘）及地铁运行控制中心（OCC）。区间水位可按四级监视、两级报警设置。

3.2.2 控制原理

防淹门控制系统是一套相对独立的系统，具有中央、车站、就地三级监视和车站、就地二级控制功能，中央级、车站级监视功能应由综合监控系统实现。

防淹门控制器设置车站层监控、就地监控两种选择方式。（1）车站层监控：综合监控系统对本站防淹门状态、区间水位及其上涨速度进行监视，并传送至OCC。在车控室通过IBP盘可操作防淹门开/关门动作。（2）就地监控：就地监控具有区间水位采集处理、设备全运行状态的监视和就地显示及报警、电气联锁和保护、就地操作防淹门开/关控制等功能，并利用PLC通信接口模块、光纤、硬线实现与综合监控系统的通信、与车控室IBP盘的连接及与信号系统的联锁。

当过江隧道发生水灾触发报警信号时，控制系统将报警信号报送至车站层综合监控系统和车控室IBP盘，再由车站综合监控系统上传至中央级监控并报警。经综合研判需要关闭防淹门时，操控IBP盘或就地控制器向信号系统发出“请求关门”信号，信号系统确认可以关门时，则封闭相应区段的信号机，向防淹门发出“允许关门”信号，然后才可以操作IBP盘或就地控制器，人工下达关门指令。

4 防淹门与其他专业接口设计

4.1 与综合监控系统的接口

防淹门由其通信模块与综合监控系统的交换机连接，通信介质为光缆，接口界面在综合监控室内的接线端子排，防淹门向车站综合监控系统传输区间水位信息、报警信息、防淹门状态信息，综合监控负责对防淹门信息的采集、备份、显示、实时查询并形成运营报表，对故障信息进行报警及上传至OCC。防淹门与车控室IBP盘接口硬线连接，接口界面在IBP盘接线端子排，防淹门向IBP盘传输水位报警和运行状态信息，接收来自综合监控系统的IBP盘控制指令，并能驱动IBP盘的指示灯、警铃等。

4.2 与信号系统的接口

通过硬线连接方式，信号系统将控制电缆接线在防淹门控制器端子排上。防淹门向信号系统提供防淹门状态信息，信号系统对防淹门状态进行安全监测，纳入联锁；当发生突发性水灾事故，信号系统接收到防淹门发出的“请求关门”信号时，信号系统对设防区间进行检索、分析，具备关门条件时向防淹门输出“允许关门”信号。

4.3 与动力和照明专业的接口

防淹门配电为一级负荷，防淹门与动力和照明专业接口界面在防淹门控制室的配电箱端子排。防淹门提出用电负荷要求，动照提供电源切换箱，在防淹门控制室设置接地端子。防淹门控制室、设备间应设置正常照明和应急照明。

4.4 与通信专业的接口

在防淹门控制室内安装一部电话，在紧急情况下便于与OCC、车控室及水灾现场人员联系，进行有效的调度。防淹门控制室和设备间（防淹门停靠侧）应纳入通信专业的视频监控范围，通过视频画面车控室可实时监控防淹门的运行状态，必要时，设防区间隧道内也可增设视频监控设备，做到区间全覆盖。

4.5 与轨道专业的接口

轨道专业应根据防淹门门槛结构进行道床设计，在门槛里程范围内，不得设置轨枕。防淹门下门槛混凝土宜在架设轨排完成后方可浇筑，如必须先行浇筑，下门槛结构应根据钢轨、扣件的安装要求预留轨道槽。在防淹门一侧的车站端头设有集水坑和废水泵房时，防淹门下门槛可不设置道床排水洞。

5 防淹门土建设计

1）根据车辆限界、环控（隧道活塞通风）专业的要求确定防淹门尺寸，防淹门尺寸宜统一设置，减少防淹门型号，根据土建条件选定防淹门类型。

2）防淹门位置宜避开线路的曲线段，不应设置在道岔区段内。防淹门应优先在设防水域隧道两端的车站端头设置，便于其控制设备与相关专业接口的实施以及运营期间设备的运行控制和检修。如果防淹门必要地设置在了区间风井、明挖区间等位置，防淹门防护段应具备运营人员便捷到达的条件。

3）与防淹门受力相关的土建结构构件应进行人防组合工况和防淹组合工况计算，取其中不利结果进行设计。应根据设防水域百年一遇设计水位和防淹门设置处轨面标高来计算防淹设计水头，由于地铁防淹门结构不同于一般的水工建筑物，且该水淹灾害发生概率极低，水淹荷载分项系数可以取1.0。

4）在紧邻防淹门门体停放位置设防淹门控制室，控制室应设置在防淹门保护侧。控制室的尺寸应能满足防淹门控制设备和液压泵站的布置、操作和检修要求。控制室应为封闭的空间，配置透明的观察窗，能观察到防淹门运行状态。控制室应设置空调系统，保持干燥。

5）防淹门结构复杂，其预埋件较多，应充分考虑车站空间的局限性、设备尺寸、建筑布置和土建施工工法等因素，设计阶段要准确表达预埋件的类型、数量、定位和预埋要求，施工阶段要精准复核后才可预埋安装。另外，应根据防淹门的安装、调试和检修要求，合理地设置吊环、钢爬梯、防护栏杆、检修人孔和设备运输孔等。

6 结语

防淹门属于地铁发生重大事故时，救灾模式下的安全设备，在基于各种风险因素科学评判的基础上，宜优先选择设置防淹门方案。防淹门设计涉及的专业较多，不仅包括设备本身的机械和控制系统设计，还有防淹门土建及其与相关专业的接口设计，因此，需要认真研究其上序专业的提资和下序专业的要求，保证防淹门设计的安全可靠。