关于地铁进水这件事,聊点你可能不知道的

编注:

作者系地铁从业人员,本文仅从技术角度出发作科普目的,旨在让读者了解地铁内相关技术应用和特殊情况危害,部分技术内容已进行精简或省略。

专业知识有限,文中内容如有谬误请及时指正。


河南灾情备受关注,郑州地铁 5 号线被水淹没的情况更是令人感到揪心。即便从轨道交通行业从业人员的角度出发,如此严重的隧道内积水也可以说是极其罕见,关注此事的同时我也和身边的同事或多或少分析了一下前因后果和灾后恢复。

关于地铁进水这件事,除了我们在网络上能够看到的灾情讯息,背后还有哪些我们可以额外了解的知识呢?

地铁会被淹,但不是你想的那样

首先需要明确的一点是:这次事件并不是因为车站外的积水涌入站内和隧道所致。

根据国家强制标准 GB 50157-2013《地铁设计规范》:

地下车站出入口、消防专用出入口和无障碍电梯的地面标高,应高出室外地面 300mm~450mm,并应满足当地防淹要求,当无法满足时,应设防淹闸槽,槽高可根据当地最高积水位确定。

你在进入地铁站前踏上的那两三级台阶,正是用于防汛目的;大部分时候即便城市内涝导致积水涌入地下,也很难对地下车站造成过于严重的影响。

地铁入口的台阶并不是为了故意要让你多走两步

既然不是从车站外涌入,那水又从何而来?

我们首先要知道,虽然是「地下铁路」,但地铁并不完全位于地下。与高铁列车一样,地铁列车也有用于检修和停放的车辆段和停车场。它们一般都会设置在地面上,运营时再调度车辆从地面行驶到隧道当中。

上海地铁 6 号线的地面车辆段(来源:上海地铁官网)

根据 @郑州发布@郑州地铁 官方微博通报,本次事件是由于停车场及周边严重积水,水量超过极限承受范围后冲入正线区间,在低洼地段形成积水。

这里所说的「正线区间」我们可以分开来理解:「正线」通俗点讲就是地铁正常运营所在区域,基本上除了车辆段和停车场管辖范围以外的地铁区域,都可以称之为「正线」;「区间」即代表着 A 点到 B 点的一段路,例如这条微博里所说的受淹隧道,就可以简称为「海沙区间」。

海(滩寺街站)沙(口路站)区间

另一个需要明确的事实是,地铁站内的排水效果一定程度上也与当地城市市政管网有关。由于郑州当地连续大量降雨,市政排水管网已自顾不暇,地铁站站内积水排放受阻,也在一定程度上加剧了 5 号线的受灾情况。

积水的危害有多大?主要是这些地方

哪些区域以及哪些电气化设备有可能被水浸泡出现损坏?从相关报道来看,郑州地铁 5 号线积水情况严重时甚至已经淹没了站台层、区间隧道以及区间内的地铁列车。

这些被淹的部分你平时坐地铁时其实也见过不少,我们一个个来梳理一下:

站台层

在地铁车站里,划分楼层和区域的称呼其实不是「几楼」,而是按照功能区分,例如乘客所能到达的地方会分为两个部分:站厅层和站台层。

站厅层即我们买票、安检、刷卡进站所在的那一层;站台层就是有车辆驶入驶出的那一层。如果是换乘站,根据换乘线路数量、线路规划、土建结构方面的不同,有可能会有多个站厅层和站台层。

上海地铁两种站层图对比(来源:上海地铁官网)

在站台层里,受淹比较严重的设备则很可能包括站台门(屏蔽门)、电梯和扶梯以及相关的电气线路;根据各地建设标准不同,其他为乘客服务的设备也会受到影响。这些设备虽有专门用于室外的型号,但地下站属于室内空间,一般不会单独对防护性能尤其是防水性能做要求。

提到站台门,尽管随着技术发展,站台门开始普及并成为标准配置,绝大部分的地下车站会使用全高站台门,极少数地下车站会使用半高站台门,地上车站则基本都采用半高站台门。不过一些老旧地铁线路依然是没有设置站台门的。

站台门整体不具备防水性能。尽管其中某些器件会有防水涂层,一般高架站的半高站台门也会要求防喷淋之类的检测,但站台门本身并非完全密闭。

它的作用之一就是防止人员有意或无意掉入地铁区间造成危险,而对于地下车站所使用的全高站台门来说,还有一个作用就是隔离隧道和站内环境,因为这两个区域内的空气质量和温度等相差比较大,使用站台门隔离有助于维持站内干净整洁、提升空调工作效率,在区间内发生火灾时,全高站台门还可以隔离烟雾,便于人员逃生。

左:成都地铁骡马市站全高站台门 | 右:上海地铁嘉定北站半高站台门(来源:维基百科)

站台层内另一个值得一提的地方是非公共区,也就是乘客去不到的地方。非公共区内会分为很多房间,有各个系统的设备房、风水电泵房以及管理用房。

机房、配线柜、蓄电池组(来源:作者各地学习和下工地拍的)

地铁正常运营所需要的服务器、交换机、存储阵列、后备蓄电池组、风机、水泵、配电柜等都在这里,正是各个系统间的各司其职、紧密配合,才提升了地铁的现代化水平。

区间隧道

相比站台区域,区间隧道遭受的影响可能更为严重——在当时发布的 视频中 可以看到,积水最严重时水位已经到达车厢中部了。

(来源:央视新闻官方微博)

积水如果涌入站台区间损害会进一步加大,首当其冲是钢轨(走行轨)和供电系统

地铁依靠电力前行,通过接触轨(俗称三轨)或接触网供电,经由地铁列车的碳刷或受电弓到达列车牵引制动系统后流向回流轨,使用钢轨的线路可以直接通过钢轨形成电力回路。

根据国家标准《地铁设计规范》:

15.1.18 牵引网电压等级可分为直流 750V 和直流 1500V,牵引网馈电形式可分为接触轨和架空接触网。牵引网制式应结合车辆受电要求、牵引负荷容量、列车运行最高速度、线网及城市特点等因素综合分析确定。

国内地铁使用 DC 750V 和 DC 1500V 两种供电电压,它们经由电网高压电引入到变电所经过一系列变换后输出至供电系统。接触轨采用金属复合材料,具有良好的导电性、耐磨性,钢轨会使用例如锰钢这种强度高、柔韧性好、耐磨性好的材料。

接触轨(来源:维基百科)

还有另一类非常重要的系统是信号系统,也是列车控制的核心之一

区间内常见的信号系统设备主要有转辙机、应答器、信号机、无线通信设备等:转辙机用于控制道岔,可以给列车「变道」;应答器则是辅助定位使用,可以看作是地铁的「GPS」;信号机也就是给司机指示交通规则的设备,如果你想惹怒身边学习铁路信号专业的同学,可以在他们面前喊一声「红绿灯」;无线通信设备是列车和地面传输列控信号的途径,简言之就是有了它,你即使错过这班车,也不需要等待很久才能坐上下一班车了。

关于信号系统在我们乘车方面的作用,感兴趣的朋友可以关注后续文章。

信号系统中的有源应答器(来源:百度百科)

除此之外,隧道区间内还有其他多种设备,例如用于人员沟通的无线通信设备、用于区间环境控制的风机水泵,以及光缆、电缆、感温光纤等等,这些设备在本次郑州地铁 5 号线事件中均是隧道积水的重灾区。

正在建设中的区间隧道(来源:作者下工地拍的)

地铁列车

最后一类特殊的电气化「设备」,那就是运载乘客的地铁列车了。它集弱电、信息化、强电、机械、材料等诸多学科于一体。地铁列车和高铁列车在许多技术和结构方面都很类似,我们在新能源汽车上看到的一些技术,在地铁列车上也都有它们的影子。

碍于篇幅限制,这部分难以展开描述,不过可以说你能想到的科学技术,它这上面都有相关应用(花生瓜子八宝粥这种食品学科?别想了,记住地铁里不允许吃东西)。

维修工作量大,灾后恢复并非小事

在遭受如此严重的水灾侵袭后,郑州地铁 5 号线的灾后恢复工作已经开展,但在与各专业同事交流后我们发现,这肯定不是一件容易的事情。

为了方便理解,我们可以将所有设备分为两类:包含机械结构的设备、电气集成化的设备。

注:相关内容基于个人理解与工作经验判断,实际操作以规章手册和专业人员指导为准。

包含机械结构的设备

电扶梯、水泵、风机等设备,由于它们内部具有很多机械结构,这部分设备不一定会整体更换,其中的机械结构部分可以进行清理、干燥、润滑等工作,在零部件性能检测合格后继续使用。但其中的电气部件和绝缘部件必须进行更换。

站台门比较特殊。上文有提到过站台门分为全高站台门和半高站台门,其中全高站台门的机械和电气部分位于站台门顶部(即下图中百叶窗或密封盖板内),因此受损程度不大,但必须更换位于底部和侧面的绝缘零部件;而半高站台门的机械和电气结构位于底部,如果受淹则需要更换电气件和绝缘件。

全高站台门示例图

区间内的转辙机通常具有一定的防护性能,但本身并不是为了防护如此严重的浸泡情况,所以它们也必须进行检查和清理,必要时进行维修更换。

转辙机(来源:深圳地铁官网)

对于钢轨和接触轨来说,其本身并不会因为泡水而损坏,高架线路的钢轨和接触轨还会经历风吹日晒,在日常维保中工作人员也会定期冲刷隧道以保持环境。

但由于这两处都参与电力系统工作,它们的对地绝缘要求比较高。绝缘性能下降会造成杂散电流增加和电流漏泄,引起钢轨、道床等部位的腐蚀。在所有影响绝缘性能的因素中,相比水来说,更需要注意的其实是那些由积水带来的污染物,它们在修复过程中需要对扣件、绝缘橡胶垫等部位进行非常细致严苛地清理、检测,被严重污染的零部件也要视情况进行更换。

另一处需要注意的损坏就是轨面泡水后氧化生锈,以及水中夹杂的石块和异物对相关零部件造成冲击、划伤、磕碰等损坏,所以还要对它们进行探伤、打磨等工作。

一般来说,只要没有结构性损坏,钢轨和接触轨做好清洁后可以继续使用。另外郑州地铁 5 号线采用的是接触网和受电弓,所以受水淹影响应该不大。

钢轨扣件(来源:百度百科)

最后,对地铁列车本身来说,针对进水这种情况,车体、座椅之类的材料产品在清洁后可以继续使用;转向架、齿轮箱等机械结构需要解构后进行清洁和润滑;电路板、服务器等集成化设备则需要更换;电机等牵引制动相关的零部件需要视情况进水情况而定,如果进水时没有上电运行或许还有维修的余地。

地铁列车其本身是为动态行驶而设计制造的,因此对列车上机械结构和电气化设备的可靠性稳定性都提出了更高要求,在这所有清理、维护和检修工作完成后,车辆还需要再次进行各种试验,确保各零部件和组装后整体满足性能和安全要求,才能再次投入运营。

电气集成化的设备

站台区域里,如果积水侵入到设备区并且情况也像外面那般严重的话,机房内泡过水的服务器、交换机、配电柜等电气集成化设备基本就只能整体更换

区间隧道里,信号系统的应答器位于隧道底部,安装在两轨之间;信号机大多安装在隧道中上部,位于司机视野内;无线通信系统的设备规格和安装位置根据制式和传输形式而定,其他设备会根据需求不同安装在隧道不同位置。

一般来讲,用于区间隧道的设备都会有一定的防护要求,但它们绝不是为了泡水而设计的。所以还是那句话,遭遇这种程度的浸水,无论是否有防护措施,都要进行细致检查和清理,必要时整体更换。

另外,电缆、光缆需要进行外表检查、绝缘检测等工作。电气集成化设备和你家电脑一个道理,想象一下,如果你的电脑泡过了水会怎么样处理?

铁路信号机(来源:百度百科)

小结

这次的郑州地铁 5 号线的情况,从地铁工程的角度来说可谓极其严重,灾后恢复过程中,每一处都需要仔细检查和清理,大量的设备和材料也都需要维修更换,背后必然要投入大量人力、物力和财力。同样一段线路,修复工作的难度和工作量可能会比新建工程更大。

国家交通运输部于 7 月 21 日印发紧急通知,其中第五条写道:

五、稳妥有序恢复运营

对于发生淹水倒灌的线路,运营单位要抓紧处置,在积水抽排完成后,对设备系统全面深入细致排查,及时更换受损设备,必要时可以聘请第三方机构、行业专家对相关线路进行全面测试评估,经安全评估确认具备安全运营条件后,方可投入运营,严防次生灾害发生。

在郑州 5 号线灾后恢复工作完成后,可能还需要重新进行评审和验收,才能恢复正常运营。

以上就是本文全部内容了,希望能帮助大家了解到相关内容,同时也希望大家在日常生活中掌握应急知识,注意人身财产安全。

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