张亚彤 刘莉 逯红霞
摘 要：近年来全球极端天气的出现频次越来越高，地下轨道交通的劣势尽显，地铁口雨水倒灌造成的交通瘫痪影响市民出行甚至造成事故屡见不鲜。本文针对防淹门、防淹挡板等现有地铁防倒灌设备的局限性，并结合对地铁汛期内涝工况构建和基于实际应用工况本文致力于设计一种新型地铁智能防倒灌设备，在不影响行人进出和保证行人安全的情况下，完成对高水位的有效控制。
关键词：地铁口积水 防倒灌设施 智能设备
1 引言
随着社会经济的飞速发展，中国城市轨道交通的发展已经称为城市人口日常通行的必备交通工具，城市轨道交通大大缓解了交通运输压力，而城市轨道交通中地下交通轨道是目前我国主要选择[1-5]。近年来全球极端天气的出现频次越来越高，地下轨道交通的劣势尽显，每年雨水丰富的季节，地铁口雨水倒灌造成的交通瘫痪影响市民出行，乃至交通事故大面积乘客拥挤踩踏威胁生命安全，造成巨大财产损失，故屡见不鲜。因此，地下交通防洪安全势必受到广泛关注，科学合理的解决地铁口防涝防汛是城市发展亟待解决的问题。
2 地下站雨水防倒灌研究现状
经查阅资料发现，由于地下轨道交通的建设年限尚浅，对于地下轨道交通方面的灾害研究和防治也是起步阶段，不论是研究水平还是相关技术尚不成熟。现有研究着力于对现有地下工程在雨水倒灌时表现出来的局限性和无力感提出一些理论意见或是建议。卢伟华等对上海市地下空间，娄夏等研究地下交通设施分别进行了防汛防洪能力方面的调查分析，论证了现有地下工程在设计之初已经考虑到了防洪防淹，并为之做了相应的设计，但是应用于实践中雨水倒灌事故并没有得到有力的控制；
汤洪亮结合上海市大型地下工程防汛影响的专项论证，论证中对地下工程运行期自身的防汛安全做了全面论述；
郑建楠解读了《上海市防汛条例》，通过分析论证工程防汛对于地下工程发展的必要性；
方正等人建立理论模型，研究城市地下轨道交通降雨径流，综合城市流域排水ICM模型的建立，带入实地考察不同时期地铁站不同出入口的水深数据进行研究分析，提出地铁站点周边排水系统设计改造及地铁站安全运营建议；
郑健吾根据地下轨道交通的防汛特点，结合上海地铁1，2号线，提出了地铁的防洪对策与措施[6，7]。赵庚润等人建立了内涝模型用于研究上海五角场区域地下民防工程对城市内涝积水的防御能力，计算得出了该区域在不同降雨重现期下的积水范围和深度。
3 智能防倒灌设备
3.1 地铁地下防倒灌新方案
地铁底下空间防洪是指为了避免地铁站或地铁隧道在雨季或洪水时发生水浸现象而采取的一系列措施。以下是几种常见的地铁底下空间防洪措施：
（1）防水挡板：地铁口出入口处安装防水挡板，能够有效地防止洪水灌入地铁站，保障地铁内部的安全。
（2）排水系统：地铁站内设置排水系统，能够将雨水、泥浆等流出地铁站的污水迅速排出，避免积水导致的安全隐患。
（3）防汛沙袋：地铁口出入口处防汛沙袋，能够在汛期有效地防止洪水灌入地铁站，保障地铁内部的安全，确保地铁内部的正常运行和乘客的安全。
（4）门窗防护：地铁口出入口处的门窗设置防护措施，防止强风、暴雨等天气对地铁内部造成影响。
总之，地铁底下空间防洪措施是非常重要的，可有效避免地铁站或隧道发生水浸，保障了公众的出行安全。地铁站或隧道时，可以将水引入集水井，并通过排水管道排出去。
（6）集水井：
在地铁沿线的下方设立集水井，当地下水淹没地铁站或隧道时，可以将水流引入集水井内汇集，并通过排水管道排出。
（7）增加大气压吸附系统：在雨水或洪水严重的情况下，可以使用大气压吸附系统来防止地铁底下空间内的水位上涨。该系统会产生一个负压区域，使地铁站和隧道内的空气压力降低，从而避免水进入。
（8）加强排水管道清理和维护：保持排水管道畅通，定期清理和维护排水设施以确保其正常运行，避免堵塞问题。
除此之外还可以建造防洪墙如果地铁站周围存在泥石流等可能导致水灾的地质情况，可以在地铁站周围建造防洪墙，以保护地铁站。加强防汛演练：应定期组织地铁站和隧道的工作人员进行防汛演练，提高应急处理能力。这些措施可以有效地保障地铁底下空间防洪，确保地铁站和隧道内不会积水，避免对乘客和交通带来影响。地铁站或隧道时，可以通过集水井将水流引走，减少地铁站或隧道内的积水量[8-13]。
这些防涝装置在挡水方面都取得了良好的效果，但在安装空间、时间和人员需求等方面均存在一定的不足。地铁口防汛设施是保障地铁运营和乘客出行安全的关键措施，需要加强建设和管理，不断完善和创新，使其能够适应各种自然灾害和突发情况的挑战。其中，一些大型城市的地铁站还会采取其他防汛措施。例如，上海地铁在防汛方面，上海地铁采用了“海绵城市”理念，通过建设雨水花园、雨水蓄滞洪池等设施，缓解城市内涝问题。此外，上海地铁还在地铁站出口设置了可折叠式挡板，能够迅速应对突发暴雨等灾害情况。广州地铁设有防汛物资库，存放各种应急物资，如发电机、排水泵、抽水器等。同时，广州地铁还在站台和车站地下通道等密闭空间设置抽风设备，保证乘客的舒适和安全。
3.2 智能防倒灌设备技术
针对现有地铁防倒灌設备的局限性，并结合对地铁汛期内涝工况构建和基于实际应用工况本文致力于设计一种新型地铁智能防倒灌设备。地铁智能防倒灌设备效果如图2所示。预期能够实现对水位的实时监测，正常情况下“隐身”于地铁口，与大地“融”为一体，当地铁站内出现雨水倒灌，水位达到能够触发感应装置（水位限值）所处的位置时，感应装置在浮力的作用下迅速闭合，触发中央处理装置，控制驱动装置工作，推动挡水板向上升起，筑起一道“围堰”，阻断雨水进入站内的通道，为紧急排水和清扫作业争取时间，同时为方便行人通过，挡水板设计成逐渐升高的台阶形式，形成防倒灌阶梯，在不影响行人进出的情况下，完成对高水位的有效控制；
同时为保证行人安全，添加压力传感装置，在行人通过时不进行挡水板的升降作业。当水位下降，低于感应装置所处的位置时，感应装置断开，挡水板向下运动至地面以下，“隐身”于地铁口，与大地“融”为一体，不妨碍行人通过，设备进入待机状态。有效解决现有地铁口防汛沙袋和防汛挡板的笨重不便携、存储不方便，以及耗费大量人力，无法及时处理大面积雨水倒灌事故的问题，能弥补地铁站出入口台阶定值防水的弊端，缓解站内抽水泵的工作压力，同时方便整个站台对于水位的实时监控和自动化控制，节省大量的人力物力，提高作业效率，真正实现即时性与有效性。
该设备预埋在站厅入口处排水沟后方，由水位感应装置、中央处理装置、驱动装置、挡水板等四部分组成。地铁自动防倒灌设备结构设计图如图3所示：
（1）水位感应装置：当水位达到感应装置限定的位置时，在浮力的作用下，浮漂上升，开关闭合，发送给中央处理器预警信号。
（2）中央处理装置：中央处理装置采用单片机，水位传感器将预警信号送入单片机，单片机经过数据处理后将控制信号送给驱动装置。通过驱动装置电力推杆的正转和反转实现挡水板的伸出与缩回正功能。
（3）驱动装置：在现有防倒灌设备设计的电磁驱动的基础上优化为空气压缩机和真空泵构成驱动装置，空气压缩机和真空泵完成对气囊的供气或者抽气，随着橡胶气囊的供气或抽气，带动行人踏板在竖向导轨上升或下降，并带动连接踏板在横向导轨上进行往复运动实现防倒灌阶梯的升降。
地铁自动防倒灌设备工作流程图如图4所示：
4 结论
文本文致力于研究一种地铁智能防倒灌设备，能有效解决现有地铁口防汛沙袋和防汛挡板的笨重不便携、存储不方便，以及耗费大量人力，无法及时处理大面积雨水倒灌事故的问题。该设备预埋在站厅入口处排水沟后方，由水位感应装置、中央处理装置、驱动装置、挡水板等四部分组成，能够弥补地铁站出入口台阶定值防水的弊端，缓解站内抽水泵的工作压力，同时方便整个站台对于水位的实时监控和自动化控制，节省大量的人力物力，提高作业效率，真正实现即时性与有效性。
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