张贺 林峰

(河海大学土木与交通工程学院，江苏南京 210098)

1 我国城市化进程造成地下工程与防洪有关的特性

伴随城市化的高速发展，人口逐渐增多，人民对地表土地面积的需求也会逐渐增多。随之而来的是住房、停车、轨道交通等等土地需求之间的土地分配矛盾。地下工程在一定程度上缓解了这一矛盾，一、二线城市大多已经陆续建设地下隧道、地下停车场、地铁等地下工程，近十年建设的中高层楼房也大多带有地下室。

但是，我国地下空间开发起步较晚，经验不够丰富，在地下建筑建设数量不断增多的同时其防洪设计上的不足及洪涝灾害应对措施的缺乏等问题也逐渐暴露出来。2011年6月19日，重庆三峡广场地下通道被淹;2011年7月19日，南京玄武湖隧道陷入“汪洋”;2012年7月21日北京降下特大暴雨，导致5条运行地铁线路的12个站口因漏雨或进水临时封闭、地铁6号线金台路工地发生路面塌陷等事故，不仅对市民生命财产安全造成威胁，也严重影响了城市的正常发展。

为了减少地下工程洪涝灾害的发生，确保人民生命财产安全，有必要对地下工程洪涝灾害的根源进行剖析并且对地下工程洪涝灾害的预报防护措施提出改进。

2 地下工程洪涝灾害产生的原因

2.1 地下工程的先天因素

地下工程顾名思义其主体工程位于地表以下，处于城市建筑高程的最低处。以上海地铁一号线为例，车站顶部覆土深度在0.7 m ～5.0 m之间，隧道中心覆土深度为 5.8 m ～16.9 m。而地下工程没有独立的排水系统，必须依赖市政排水系统。由于地下工程处于市政排水系统以下，当市政排水系统饱和时污水可能涌入地下工程。而且地下工程是一个半封闭的系统，一旦污水涌入就难以排出。

2.2 强降雨导致的洪水、泥石流等次生灾害

强降雨会引发地表径流水位上升导致洪水、泥石流等自然灾害。洪水和泥石流对地下工程的危害可分为两类。一类是，从入口入侵，例如2012年8月5日凌晨雅西高速2 058 km石棉隧道处洪水夹着泥浆石块倾泻而下，并不断地涌入，在隧道内形成30 cm以上的积水。另一类是引起主体工程渗漏甚至破裂(如图1所示)。

对于穿过流域的隧道，强降雨可能会引发河流发生极端洪水，洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈，极端洪水条件下河床的冲刷深度如果大于隧道的覆土深度就会对隧道造成危险。而且，强降雨引发的流域水位上升也会引起隧道渗水量增加，严重的渗漏会导致隧道破裂甚至引起塌方。

对于穿过山体的隧道，强降雨同样会引起隧道内的渗漏量增多，产生一系列事故隐患，甚至在正在施工的隧道中引发隧道泥石流。隧道泥石流又称地下泥石流或者坑道泥石流，它是指隧道在掘进的过程中，遇到断层破碎带、饱和松软围岩、充填岩溶洞穴、侵入岩接触破碎带时引发的泥水混合物突然大规模涌出，是一种具极强破坏力的隧道地质灾害［7］。山体内部土石结构复杂，强降雨可能会在山体中形成新的富水层或者使已有含水层的水量增多。含水层通过断层及岩体变形产生的裂缝与隧道发生水力联系，水既软化断层破碎带岩体又冲刷带走了岩体结构面内的泥质粘土质沉积物，使断层带形成大范围强度极低的松动区，松动区岩体构成隧道泥石流的基本物质，条件成熟，水又帮助引发泥石流。

图1 雅西高速隧道积水

2.3 城市路面积水引发雨水倒灌

城市在建设过程中，由于路面硬化、部分市区内河道被填埋，导致地表对雨水的调蓄能力下降。近乎全部的降水都要依赖于市政排水管网。当降水量超过排水管网的排水能力时，雨水会在地表积累并向地势低洼处汇聚，产生内涝。由于地下工程位置大多处在市区内，城市内涝发生时如果路面积水深度超过入口处标高时，雨水会向地下工程内倒灌。

2.4 设计标准过低，对灾害估计不足

地下工程在我国发展较晚，在相应的规范与标准中难以对地下工程防洪问题有较明确的规定和要求，地下工程洪涝问题的相关规定还被包含在设计规范当中。

现行关于地铁工程防洪设计的规定仅有GB 50157地铁设计规范中的“地下车站出入口的地面标高应高出室外地面，并应满足当地防洪要求。”“对于单建的风亭，如城市环境有特殊要求时，可采用敞口低风井，风井底部应有排水设施，风口最低高度应满足防淹要求，开口处应有安全装置。”“露天出入口及敞开通风口排水泵房的雨水排放设计按当地50年一遇暴雨强度计算，集流时间为5 min～10 min。”公路隧道关于防洪设计规定仅有JTGD70公路隧道设计规范中的“为防止洞外水流入隧道内，可在洞口外设置反向排水边沟或采取截留措施。”地下停车场、地下商场的排雨设计往往是参照GB 50014室外排水设计规范，按照当地5年一遇暴雨强度计算，集流时间为5 min。

但是，随着气候的变化，许多大城市例如北京，从图2可以看出自1960年～2000年暴雨日数和大暴雨日数逐渐提高，而且北京在2011年7月24日和2012年7月21日都降下超过50年一遇的特大暴雨。而现有的地下工程除地铁外一般都是按照降雨量在3年～5年一遇暴雨设计的排雨标准，不足以应对当今的恶劣天气。

图2 1960年～2000年北京6月～8月降雨量、暴雨日数曲线

3 地下工程防洪对策和建议

地下工程防洪对策，就是利用地下工程内的防灾设施以及已有的防灾疏散路线和应急预案，在保障洪涝灾害发生时人员和工程建筑的安全，又不影响地下建筑的日常使用。地下工程在总体规划时，在条件允许的情况下，应考虑与地面建筑的相互关系。合理设置救灾、逃生通道的同时要保证地下工程的正常使用以及地道内排水的畅通。

3.1 城市排水系统的综合规划

地下空间与地面空间相互辅助、相互依存共同构成了城市空间。地下工程排雨系统应与地面防灾空间配合设置，相互补充，统一规划。在现有的城市排水管线的基础上，结合地面防灾设施和疏散通道的设置，对地下工程防涝排水进行合理有序的规划，形成点状、线状、网状的地下防洪空间。地下工程不仅要满足城市发展的使用需求，同时要构建与地面防灾空间相协调的城市立体防灾空间。

3.2 洪涝预警分级与动态的抢险方案

在洪水预警机制中，参照其他灾害预警，制定洪水灾害指标与等级划分制度。例如，可以将洪水预警等级分为正常状态，轻度水灾，重度水灾或特大水灾。地下工程根据不同的水灾的等级，在不同阶段分别以正常使用、限制使用、疏散撤离为手段，及时做到关闭防淹门、中断运营、疏散内部人员车辆等措施，从而使灾害所造成的损失降到最低。此外，由于洪灾突发性强、影响面广、危害性大，应提前对内部人员进行培训，以防止在事故发生时造成混乱。

3.3 加快防灾规范制定，完善防洪标准并加强利用地下空间主动防灾意识

现颁布的防洪标准中，未将地下交通设施和商业建筑放在内容列入。一般在设计中都是参照GB 50014室外排水设计规范，而地下空间和地面空间在结构和组成上存在差异，因而地面的防洪、排水规范不一定适用于地下设施。为使得今后地下工程建设对防洪设计有章可循，应结合当地的水文因素和发展需要制定出相应的规范标准。

作为城市空间的子系统，地下空间应是城市防灾空间体系的重要组成部分，是地面防灾功能的扩展和延伸［3］。因此，在地下工程规划、设计、建设、施工等各个环节中，应提高防洪意识、注重防洪建设，主动进行洪涝防御。

4 结语

我国地下工程起步较晚，对地下工程防洪防涝的研究不够深入，相关的规范和标准有待完善。随着城市化的进程加快，大力发展地下工程是必然趋势。而在全球气候变化暴雨、台风等极端天气增多的条件下，地下工程的设计者和运营者要加强对防洪的重视。相关的管理部门也要完善地下工程的防洪措施，建立完备的地下工程洪涝预警系统，以预防极端天气下灾害的发生。

［1］严志权.地铁防淹门系统及其旋工接口［J］.城市轨道交通研究，2007，10(10)：105-108.

［2］郑健吾.地铁工程的防洪对策与措施研究［J］.城市道桥与防洪，2004(3)：15-17.

［3］张 平，陈志龙，赵旭东.基于防灾视角下地下道路开发利用［J］.地下空间与工程学报，2012(6)：98-100.

［4］GB 50157-2003，地铁设计规范［S］.

［5］JTG-D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［6］GB 50014-2006，室外排水设计规范［S］.

［7］杨新安，姚宝珠，苗同锁.隧道泥石流形成机理与预防［J］.上海铁道大学学报，2010，21(10)：57-58.

［8］孙建华，张小玲，卫 捷，等.20世纪90年代华北大暴雨过程特征的分析研究［J］.气候与环境研究，2005，10(3)：87-89.