虹吸式雨水系統(tǒng)在蘇州火車站的應(yīng)用

徐海英

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝有限責(zé)任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

蘇州火車站改造工程為鐵路蘇州站新客運(yùn)用房，位于新、老區(qū)交界的原站房位置，南臨北環(huán)路及古護(hù)城河風(fēng)景帶，北依蓬勃發(fā)展的平江新城商業(yè)金融中心區(qū);東西兩側(cè)分別是人民路和廣濟(jì)路，是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現(xiàn)代化大型交通樞紐。主體站房二層，其他附屬建筑為一層(局部帶二層夾層)。主體高度31．25 m，附屬建筑高度10．9 m。總建筑面積85 717 m2，其中，地上54 445 m2，地下31 272 m2。建筑耐火等級(jí):主體和地下室為一級(jí)，附屬建筑二級(jí)。本工程高架候車室屋面和北站房屋面雨水采用虹吸雨水系統(tǒng)，雨水量按50年重現(xiàn)期計(jì)，并按100年重現(xiàn)期校核降雨歷時(shí)5 min。超設(shè)計(jì)重現(xiàn)期雨水通過溢流口排除。

2 虹吸式雨水系統(tǒng)工作原理

虹吸式雨水系統(tǒng)一般由虹吸式雨水斗、各種規(guī)格管道、管道配件和固定支架組成。蘇州站虹吸雨水斗采用SY56和SY90型雨水斗，菱形屋面上設(shè)置了60 cm高的擋板，使雨水在梯形天溝內(nèi)匯集，當(dāng)天溝雨水水位淹過雨水斗時(shí)，雨水夾帶的空氣量變得很少，達(dá)到汽水分離，形成了滿流的狀態(tài)，并利用雨水斗至排出管之間的有效壓力差產(chǎn)生動(dòng)能，加快排水管內(nèi)雨水的流速，形成虹吸現(xiàn)象，這就是虹吸式雨水工作原理。

在設(shè)計(jì)理論上，保證立管頂端形成真空，是虹吸排放的關(guān)鍵，滿管流是形成虹吸狀態(tài)的必需條件，當(dāng)立管過高時(shí)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，立管頂端的壓力會(huì)低于水的飽和蒸汽壓力，這時(shí)在立管頂端會(huì)出現(xiàn)大量水汽，影響虹吸過程。過分縮小管徑又會(huì)造成立管流速過高，如果流速不大于10 m/s時(shí)，可增粗下部分立管，使流動(dòng)狀態(tài)變成滿管流。但注意最低點(diǎn)壓力區(qū)如果管道的環(huán)鋼度不足，可能會(huì)被大氣壓壓癟。并在立管最低端管設(shè)置支墩，管道內(nèi)基本呈負(fù)壓狀態(tài)，對(duì)管道剛性、密閉性有要求。所以我們大部分采用HDPE管，局部選擇鋼塑管，滿足剛性要求。HDPE管與鋼塑管采用專用管件，HDPE管采用熱熔連接，這些也保證了密閉性。

3 虹吸式雨水斗的選型與安裝

一般來說，虹吸式雨水斗的選型，是決定整個(gè)虹吸系統(tǒng)排水效果的關(guān)鍵。雨水斗應(yīng)具有反渦流的蓋罩，有防止空氣進(jìn)入的空氣擋板，并在水位達(dá)到一定高度時(shí)能形成水封，阻斷空氣進(jìn)入。蘇州火車站北站房虹吸雨水系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，深化設(shè)計(jì)圖紙并進(jìn)行施工。采用SY56和SY90型雨水斗，有空氣擋板，設(shè)有防漩渦肋，可消除滿管流的漩渦，防止空氣進(jìn)入，使傳統(tǒng)的重力流渦旋消失。蘇州站虹吸雨水斗空氣擋板采用HDPE注塑，可經(jīng)受70℃高溫不變形，使用壽命長(zhǎng)。TY56底盤尺寸270，空氣擋板尺寸220 mm，初步最高設(shè)計(jì)排量10 L/s，天溝開孔尺寸為180 mm，天溝以下所需空隙250 mm，空氣擋板高度20 mm，TY90底盤尺寸270，空氣擋板尺寸250 mm，初步最高設(shè)計(jì)排量30 L/s，天溝開孔尺寸為180 mm，天溝以下所需空隙260 mm，空氣擋板高度25 mm。管道采用HDPE管，采用熱熔連接。HDPE管與雨水斗采用56，90鋼塑專用連接件進(jìn)行連接。TY56，TY90雨水斗安裝在天溝內(nèi)，雨水斗連接方式采用焊接，北站房天溝的寬度約為400 mm，要求天溝內(nèi)每2 m設(shè)1個(gè)雨水斗，TY56，TY90雨水斗安裝開口為200 mm×270 mm。

4 立管的安裝

蘇州站北站房屋面為鋼結(jié)構(gòu)菱形，屋面的投影面積約為30 000 m2，屋面總高度為31．225 m，虹吸式水斗TY56共115個(gè)，TY90共計(jì)31個(gè)。在屋面天溝內(nèi)要求開孔小，安裝時(shí)減少滲漏的隱患。由于站房室內(nèi)高差比較大，屋面面積大，這就給設(shè)計(jì)及施工增加了難度，我們按初步設(shè)計(jì)劃分的系統(tǒng)，因立管高度過高，通過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)分析對(duì)管徑進(jìn)行了分段，每根HDPE立管都在DN50～DN200管徑內(nèi)根據(jù)阻力在變化管徑。通過調(diào)整管徑限制流速，調(diào)整有效管長(zhǎng)，限制立管的頂部壓力，從而使虹吸雨水有更好的效果。

5 立管的固定

每根立管的固定也很重要，降雨初期，雨量較小，雨水還沒有淹沒雨水斗擋板，雨水斗內(nèi)不能有效阻止空氣進(jìn)入，此時(shí)其流態(tài)為非滿管流，也為重力流，當(dāng)雨水量增加淹沒雨水斗擋板時(shí)，管內(nèi)壓力形成真空，這時(shí)整個(gè)管道會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。為減少管道振動(dòng)，安裝固定是很重要的。

蘇州火車站固定支架采用冷軋鋼板，具有更好的抗壓、抗拉性能。沿鋼結(jié)構(gòu)屋頂及構(gòu)造柱，利用自動(dòng)升降平臺(tái)，按管徑的10倍間距安裝支架。并在立管及水平管每隔5 m設(shè)一個(gè)法蘭，以防止熱脹冷縮導(dǎo)致的管道伸縮。

6 影響虹吸過程的因素

1)梯形天溝容積、高度的影響。

2)立管的高度差的影響，高度差過小時(shí)壓力差過小，采用虹吸雨水技術(shù)沒有價(jià)值。

3)立管管徑的大小、管徑的分段、管徑的調(diào)整。

4)雨水斗的構(gòu)造和規(guī)格。

7 虹吸式雨水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

虹吸式雨水系統(tǒng)與傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)比較有很多優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)重力流排水系統(tǒng)懸吊管要求一定的坡度、大量的雨水立管、管徑大。虹吸式屋面雨水系統(tǒng)管道無需坡度，雨水立管少、雨水斗布置靈活、管徑小便于建筑處理、節(jié)約空間、管道具有自潔作用。所以蘇州火車站根據(jù)自身建筑物的構(gòu)造特點(diǎn)，選用了具有多優(yōu)點(diǎn)虹吸式雨水系統(tǒng)。

［1] GB 50242-2002，建筑給排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］．

［2] 黃曉家，趙雨舟，高 敬，等．我國(guó)屋面雨水技術(shù)應(yīng)用的研究與發(fā)展［J］．給水排水，2007，33(2):83-88．