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1、城市轨道交通规划与设计第十一章城市轨道交通系统的安全防护设计 了解：安全防护设计的原则及技术要求。了解：安全防护设计的原则及技术要求。理理解解和和掌掌握握：地地震震防防护护、火火灾灾防防护护、水水灾灾防防护护、杂散电流防护、其他防护。杂散电流防护、其他防护。第第1111章章 轨道交通系统的安全防护设计轨道交通系统的安全防护设计11.1 11.1 安全防护设计的原则及技术要求安全防护设计的原则及技术要求 11.2 11.2 地震防护地震防护11.3 11.3 火灾防护火灾防护11.4 11.4 水灾防护水灾防护11.5 11.5 杂散电流防护杂散电流防护11.6 11.6 其他防护其他防护11.
2、1 11.1 安全防护设计的原则及技术要求安全防护设计的原则及技术要求11.1.1 防灾设计原则防灾设计原则 1. 严格执行各种设计施工的规范和规程严格执行各种设计施工的规范和规程2.2.预防为主预防为主 3.3.确保安全确保安全 4. 系统设施的选择必须符合防灾要求系统设施的选择必须符合防灾要求5. 建立联防体系建立联防体系 11.1.2 技术要求技术要求 1. 防火技术要求防火技术要求 2. 抗震设防技术要求抗震设防技术要求 3. 防水灾技术要求防水灾技术要求 4. 杂散电流腐蚀防护的要点杂散电流腐蚀防护的要点 5. 其它防护要求其它防护要求 1）对施工引发环境病害的防护要求）对施工引发环
3、境病害的防护要求 2）防空袭技术要求）防空袭技术要求 11.2 地震防护地震防护 11.2.1 震灾的破坏形式震灾的破坏形式 根据对阪神地震的调查，地铁车站和区间隧道的破根据对阪神地震的调查，地铁车站和区间隧道的破坏形式为：中柱开裂、坍塌、顶板开裂、坍塌，以坏形式为：中柱开裂、坍塌、顶板开裂、坍塌，以及侧墙开裂等。地铁轻轨线高架桥破坏的形式主要及侧墙开裂等。地铁轻轨线高架桥破坏的形式主要表现为支座锚固螺栓拔出剪断、活动支座脱落或者表现为支座锚固螺栓拔出剪断、活动支座脱落或者支座本身构造上的破坏等。支座本身构造上的破坏等。 11.2.2 地上结构与地下结构的地震反应有不同的特点地上结构与地下结构
4、的地震反应有不同的特点(自学自学) 11.2.3抗震设计方法抗震设计方法 1. 设计中应考虑的地震影响因素有以设计中应考虑的地震影响因素有以下几个方面：下几个方面：1) 地震时地基下层土和结构的变形；地震时地基下层土和结构的变形；2) 结构自重产生的惯性力；结构自重产生的惯性力；3) 地震时的土压力；地震时的土压力；4) 地震时的动水压力。地震时的动水压力。 2. 设计方法设计方法 1）拟静力设计方法）拟静力设计方法 2）反应谱理论反应谱理论 3）时程分析方法时程分析方法 11.2.4 抗震构造措施抗震构造措施 1.地基处理地基处理2.结构构造措施结构构造措施 11.3 火灾防护火灾防护 11
5、.3.1 地下工程火灾发生的特征和危害地下工程火灾发生的特征和危害1. 排烟困难，散热慢排烟困难，散热慢 2. 高温高热全面燃烧高温高热全面燃烧 3. 安全疏散困难安全疏散困难 4. 扑救困难、危害大扑救困难、危害大 11.3.2 地铁工程火灾的防护对策地铁工程火灾的防护对策 1. 规划布局合理规划布局合理 2. 选择钢筋混凝土结构选择钢筋混凝土结构 3. 合理选择装修材料合理选择装修材料 4. 合理选择出入口位置和数量合理选择出入口位置和数量 5. 防火分区划分及要求防火分区划分及要求 6. 联络通道的防火作用联络通道的防火作用 7. 钢结构的防火保护处理钢结构的防火保护处理 8. 地铁车站
6、和隧道的机械通风及排烟地铁车站和隧道的机械通风及排烟 9. 地铁火灾自动报警系统设置地铁火灾自动报警系统设置 10. 灭火系统的选择灭火系统的选择 11. 灾后处理的一般性办法灾后处理的一般性办法11.3.3 地铁火灾的监控、报警与消防地铁火灾的监控、报警与消防 1. 火灾监控与报警火灾监控与报警1）监控与报警系统的组成）监控与报警系统的组成 2）系统功能）系统功能 3）系统设备）系统设备 4）系统电源设备）系统电源设备 2. 消防系统消防系统 1）水消防系统）水消防系统 (1) 消防水源与进水方式消防水源与进水方式 (2) 消火栓系统消火栓系统 (3) 水幕系统水幕系统 (4) 闭式自动喷水
7、灭火系统闭式自动喷水灭火系统 2）化学灭火系统）化学灭火系统 (1) 喷洒系统喷洒系统(2) 控制系统控制系统 11.3.4 地铁火灾救援地铁火灾救援 1. 突发火灾的应急人员疏散突发火灾的应急人员疏散 1）列车在行驶中着火）列车在行驶中着火 (1) 火灾发生在站台附近火灾发生在站台附近 (2) 火灾发生在隧道中央处。火灾发生在隧道中央处。 2）车站发生火灾）车站发生火灾 2. 救援队伍的组织救援队伍的组织 11.4 水灾防护水灾防护 11.4.1 防洪涝积水回灌防洪涝积水回灌 夏季暴雨在街道沉积，如没有足够的排涝设备，夏季暴雨在街道沉积，如没有足够的排涝设备，地面水位高，当地面水位高于地铁车
8、站入口标高地面水位高，当地面水位高于地铁车站入口标高或风亭、排烟、排水孔标高时，就可能大量向车或风亭、排烟、排水孔标高时，就可能大量向车站回灌。沿海城市受到海潮汛影响，海水沿内陆站回灌。沿海城市受到海潮汛影响，海水沿内陆河道回流，漫出防汛堤，也可能向地铁出入口回河道回流，漫出防汛堤，也可能向地铁出入口回灌。灌。 车站出入口及通风亭的门洞下沿应高出室外地面车站出入口及通风亭的门洞下沿应高出室外地面150450mm。必要时设临时防水淹措施，例如在洪汛期做好封。必要时设临时防水淹措施，例如在洪汛期做好封堵进出口水流通道的材料和施工预案。在地铁车站、区间堵进出口水流通道的材料和施工预案。在地铁车站、区
9、间隧道设置足够的泵房设备，一旦进水时能及时外排，防止隧道设置足够的泵房设备，一旦进水时能及时外排，防止水淹地铁工程的设施。位于水域下的区间隧道两端应设电水淹地铁工程的设施。位于水域下的区间隧道两端应设电动、手动防淹门。动、手动防淹门。 11.4.2 地铁工程防水材料地铁工程防水材料 1. 防水卷材防水卷材 2. 防水涂料防水涂料 3. 结构自防水材料结构自防水材料 4. 嵌缝密封材料嵌缝密封材料 11.4.3 地铁车站防水地铁车站防水 1. 离壁式衬套拱顶与侧墙防水技术离壁式衬套拱顶与侧墙防水技术 2. 复合式衬砌防水技术复合式衬砌防水技术 3. 卷材防水技术卷材防水技术 4. 涂料防水涂料防
10、水 5. 接缝防水接缝防水 1）施工缝）施工缝 2）伸缩缝（诱导缝）伸缩缝（诱导缝） 3）后浇带（后浇缝）后浇带（后浇缝） 11.4.4 防水设计防水设计 1. 结构自防水设计结构自防水设计 1）以高强度混凝土代替防水混凝土）以高强度混凝土代替防水混凝土 2）混凝土施工质量问题）混凝土施工质量问题 (1) 应重视粗骨料的选择应重视粗骨料的选择 (2) 应优先采用掺外加剂的防水混凝土应优先采用掺外加剂的防水混凝土 (3) 重视粉煤灰掺合料的应用重视粉煤灰掺合料的应用 (4) 结构上尽可能不留或少后浇缝结构上尽可能不留或少后浇缝 (5) 适当增加墙体水平构造筋适当增加墙体水平构造筋 2. 复合式衬
11、砌复合式衬砌 11.5 杂散电流防护杂散电流防护 11.5.1 产生杂散电流的原因及危害产生杂散电流的原因及危害 采用走行轨回流的直流牵引供电系统中，接触网采用走行轨回流的直流牵引供电系统中，接触网与牵引变电站的正母线连接，回流走行轨与负母与牵引变电站的正母线连接，回流走行轨与负母线连接。牵引变电所输出的直流电经导电轨（第线连接。牵引变电所输出的直流电经导电轨（第三轨）或架空线送入电动车组，流经电机电器后三轨）或架空线送入电动车组，流经电机电器后经走行轨回流，再经连接在走行轨上的导线回流经走行轨回流，再经连接在走行轨上的导线回流到变电所负母线。到变电所负母线。 走行轨具有纵向电阻，因此从运行车
12、辆至变电站负母线之走行轨具有纵向电阻，因此从运行车辆至变电站负母线之间的回流走行轨上就产生电压降，车辆附近的走行轨电位间的回流走行轨上就产生电压降，车辆附近的走行轨电位相对高一些，形成轨道阳极区，就有正向漏泄电流流入大相对高一些，形成轨道阳极区，就有正向漏泄电流流入大地。地。 因为地下埋设的钢筋、管道周围总有比较潮湿的电解质类因为地下埋设的钢筋、管道周围总有比较潮湿的电解质类物质，杂散电流在金属与电解质之间流动就加速了金属失物质，杂散电流在金属与电解质之间流动就加速了金属失去电子游离成金属离子，形成类似于电解过程的腐蚀现象，去电子游离成金属离子，形成类似于电解过程的腐蚀现象，这就是金属的电腐蚀
13、。这就是金属的电腐蚀。 11.5.2 杂散电流腐蚀机理杂散电流腐蚀机理 电化学腐蚀的发生一般应具备以下四个缺一不可电化学腐蚀的发生一般应具备以下四个缺一不可条件：条件： （1）必须有阴极和阳极。）必须有阴极和阳极。（2）阴极和阳极之间必须有电位差。）阴极和阳极之间必须有电位差。（3）阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。）阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。（4）阴极和阳极必须浸在电解质中，该电解质中）阴极和阳极必须浸在电解质中，该电解质中有流动的自由离子。有流动的自由离子。 由杂散电流引起的腐蚀简称电蚀，有如下特点：由杂散电流引起的腐蚀简称电蚀，有如下特点：（1）腐蚀激烈；）腐蚀激烈；（2）腐
14、蚀集中于局部位置；）腐蚀集中于局部位置；（3）当有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷部位。）当有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷部位。 11.5.3 影响杂散电流大小的参数影响杂散电流大小的参数 1. 供电臂长度的影响供电臂长度的影响 2. 回流走行轨纵向电阻的影响回流走行轨纵向电阻的影响 3. 回流走行轨对地的过渡电阻的影响回流走行轨对地的过渡电阻的影响 4. 机车负荷大小的影响机车负荷大小的影响 5. 排流网纵向电阻的影响排流网纵向电阻的影响 6. 是否排流的影响是否排流的影响 11.5.4 杂散电流测定杂散电流测定 测量管片内部电气连通和引出点电气连通质量的最直接的测量管片内部电气连通和引
15、出点电气连通质量的最直接的方法是测定管片连接点的电阻值。方法是测定管片连接点的电阻值。 11.5.5 杂散电流防护专业要求杂散电流防护专业要求 1.按防迷流专业提出的要求，将管片钢筋焊接连通成等电按防迷流专业提出的要求，将管片钢筋焊接连通成等电位体。位体。 2.接触网、排水管、消防水管、轨旁电话、扬声器等固定接触网、排水管、消防水管、轨旁电话、扬声器等固定设备，均采用打膨胀螺栓解决，螺栓的尺寸按各工种要求设备，均采用打膨胀螺栓解决，螺栓的尺寸按各工种要求而定。而定。 3.在预留螺栓孔中设置遇水膨胀密封垫圈，既有在预留螺栓孔中设置遇水膨胀密封垫圈，既有利于防水，又不至于影响金属垫片与预埋件的接利
16、于防水，又不至于影响金属垫片与预埋件的接触，保证防止杂散电流的传播。触，保证防止杂散电流的传播。 4.所有衬砌管片连接件、外露件，均需要镀锌处所有衬砌管片连接件、外露件，均需要镀锌处理，防止连接件、预埋件的锈蚀，并且所有连接理，防止连接件、预埋件的锈蚀，并且所有连接件、预埋件及钢筋必须可靠电焊连接，以防止杂件、预埋件及钢筋必须可靠电焊连接，以防止杂散电流侵蚀。散电流侵蚀。 5.结构表面应做防水防腐涂层。结构表面应做防水防腐涂层。 6.消防管道防迷流消防管道防迷流 11.5.6 杂散电流的控制杂散电流的控制 （1）减小回流轨的电阻）减小回流轨的电阻（2）增加泄漏路径对地电阻）增加泄漏路径对地电阻
17、（3）增加大地和地下金属结构之间的电阻）增加大地和地下金属结构之间的电阻（4）增加地下金属结构的电阻）增加地下金属结构的电阻11.6 其它防护其它防护 11.6.1 施工诱发环境灾害的防护施工诱发环境灾害的防护 1. 环境土工公害问题环境土工公害问题 1）市区地铁车站施工）市区地铁车站施工 2）地铁区间隧道施工）地铁区间隧道施工 3）高架桥施工）高架桥施工 2. 建筑物及管线的保护方法建筑物及管线的保护方法 11.6.2 战争破坏防护战争破坏防护 地铁作为城市客运交通的动脉，重要的城市市政地铁作为城市客运交通的动脉，重要的城市市政设施，既是战时敌人袭击的目标，也是战时我方设施，既是战时敌人袭击
18、的目标，也是战时我方防御的重点。地铁工程的车站和区间隧道一般都防御的重点。地铁工程的车站和区间隧道一般都埋置在岩土介质中，加上自身用钢筋混凝土支护埋置在岩土介质中，加上自身用钢筋混凝土支护衬砌，本身具有对爆炸冲击破坏的防御能力。地衬砌，本身具有对爆炸冲击破坏的防御能力。地铁工程具有通风、给排水、通信、讯号、自动报铁工程具有通风、给排水、通信、讯号、自动报警和防灾的系统，如果与城市民防系统连通，经警和防灾的系统，如果与城市民防系统连通，经过改进，可以很好地为战争时防空袭服务。过改进，可以很好地为战争时防空袭服务。 小结小结城市轨道交通系统通常是城市最大的基础设施之一，由于城市轨道交通系统通常是城
19、市最大的基础设施之一，由于轨道交通运量大，设施设备的科技含量较高，一旦发生灾轨道交通运量大，设施设备的科技含量较高，一旦发生灾害事故就会形成比较严重的后果。因此城市轨道交通系统害事故就会形成比较严重的后果。因此城市轨道交通系统的安全防护问题具有重要意义。的安全防护问题具有重要意义。 本本章章从从城城市市轨轨道道交交通通系系统统施施工工和和运运营营期期间间可可能能发发生生的的灾灾害害（自自然然灾灾害害和和人人为为灾灾害害）出出发发，从从地地震震、火火灾灾、水水灾灾及及杂杂散散电电流流的的防防护护角角度度探探讨讨了了安安全全防防护护设设计计的的原原则则及及技技术术要要求求，结结合合地地铁铁设设计计
20、规规范范（GB50167-2003）的的规规定定，介介绍绍了地铁规划与设计中相关防灾抗灾设施的配置。了地铁规划与设计中相关防灾抗灾设施的配置。思考题思考题1. 试述轨道交通系统安全防护的主要技术要求。试述轨道交通系统安全防护的主要技术要求。2. 设设n50年年，地地震震周周期期为为0.55s，参参数数B0.6，1，0.3，地地震震危危害害系系数数R0.52，纵纵波波速速4km/s，可可能能的的地地震震10度，求水平和垂直地震作用系数。度，求水平和垂直地震作用系数。3. 试试述述地地下下铁铁路路火火灾灾发发生生的的特特征征和和危危害害以以及及火火灾灾防防护护的的对对策。策。4. 地铁工程的防水材料有哪些？如何进行防水设计？地铁工程的防水材料有哪些？如何进行防水设计？5. 简述杂散电流产生的原因和机理，及其防护要求。简述杂散电流产生的原因和机理，及其防护要求。6. 城市轨道交通系统施工活动诱发的环境灾害有哪些？有城市轨道交通系统施工活动诱发的环境灾害有哪些？有哪些防护措施？哪些防护措施？
