東北鐵路站房雨棚電伴熱虹吸排水系統(tǒng)研究

張 云 志

(中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000)

·水·暖·電·

東北鐵路站房雨棚電伴熱虹吸排水系統(tǒng)研究

張 云 志

(中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000)

結合長春樞紐長春站改造工程實例，分析了無柱雨棚虹吸排水系統(tǒng)在東北地區(qū)冬季及春融階段的運行情況，提出了鐵路線路上解決無柱雨棚冬季融雪和春融排水問題的一些方法，避免了無柱雨棚融雪凍害現(xiàn)象，提高了春融階段線路運營的安全性。

鐵路，無柱雨棚，融雪，春融，虹吸排水

0 引言

隨著我國高鐵的發(fā)展，東北大型鐵路站房也陸續(xù)新建和改建，其中很多大型站房采用的站臺雨棚結構形式為鋼結構無站臺柱雨棚，覆蓋面積大，其中雨棚屋面的排水系統(tǒng)的設置和如何面對東北地區(qū)冬季積雪問題顯得尤為重要。

無柱雨棚的排水形式大部分為虹吸排水，應用很廣泛，本文基于長春樞紐長春站改造工程的無柱雨棚工程，通過施工過程中的經(jīng)驗和教訓，對東北地區(qū)大型站房無柱雨棚排水系統(tǒng)進行了初步的研究，旨在為相關工程提供合理方案的參考，完善無柱雨棚排水系統(tǒng)在應對東北地區(qū)積雪春融等方面的施工經(jīng)驗。

1 工程概況

長春樞紐長春站改造工程是既有線施工本站過渡，施工過程不停運，施工難度非常大，其中無柱雨棚設計總面積為89 756 m2，跨越9個站臺16條鐵路線。雨棚主體結構為鋼管立柱+鋼管桁架，桁架共5跨，其中普速場3跨，高速場2跨，最大跨度為59 m，最小跨度為31 m。雨棚屋面板為鍍鋁鋅壓型鋼板，站臺上方吊頂板設計是鋁條板。排水系統(tǒng)設計為虹吸式，天溝及排水立管敷設電伴熱線，共有72套立管系統(tǒng)。主要解決雨季排水，冬季積雪融化排水問題。

2 方案設計、問題應對與設計優(yōu)化

2.1 原設計情況

長春站設計無柱雨棚立柱共有72組，無柱雨棚位于高架候車室兩側，共有天溝18條，天溝中設雨水斗，采用融雪型虹吸雨水斗，采用HDPE管連接至鋼結構立管，在鋼結構立管處，采用法蘭與柱內(nèi)鍍鋅鋼管立管連接，通過熱鍍鋅鋼制管連接至站場排水溝。天溝、HDPE管內(nèi)部、鍍鋅鋼管外部均采用25 W/m電伴熱線敷設或纏繞，形成融雪和虹吸排水效果。

天溝排水示意圖見圖1。

2.2 問題應對與設計優(yōu)化

1)原排水管內(nèi)置，發(fā)生凍害不利于日常維護維修。

原設計排水管置于鋼結構立柱內(nèi)，并纏繞電伴熱線和保溫材料，見圖2。此設計可以起到更好的立管保溫效果，但是一旦電伴熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或立管堵塞，無法維修。通過設計優(yōu)化，將虹吸排水立管改為鋼結構雨棚立柱外掛式，同時加厚保溫層，解決日常維護維修問題，見圖3。

2)沒有設置防溢口，無法應對超量雨雪水排除。原設計天溝沒有設置防溢口，沒有溢流的雨水系統(tǒng)是不安全的。防溢口的功能主要是預防雨水系統(tǒng)排水故障和過量雨水的排除。因此建議設計院增加溢流口的設計，設計院采納后，增加了不銹鋼溢流口，每道天溝設置兩個溢水口，連接至鋼結構立柱，排入鐵路線間。

3)電伴熱系統(tǒng)應對積雪春融等問題。長春地區(qū)冬季氣溫(12月至次年2月底)最低可達-35 ℃左右，平均氣溫在-13 ℃左右，平均降雪量27 mm，最高降雪量可達50 mm以上。本工程天溝電伴熱采用28 W/m恒功率電伴熱線水平通長鋪設，立管采用25 W/m恒功率電伴熱線內(nèi)外混合纏繞，外包保溫材料的方式，電伴熱線最高維持溫度65 ℃，管道內(nèi)維持溫度5 ℃。電伴熱系統(tǒng)立管剖面圖見圖4。

a.本工程由于是既有線施工，在施工完第一跨雨棚時，正值冬季到來，工程按照原設計施工了虹吸排水及電伴熱系統(tǒng)，由于工程尚未投入使用，在經(jīng)過一個冬天的積雪后，在4月中旬～5月份左右積雪開始融化，由于溫差較大，夜間氣溫低，在融化過程中，形成了雪水反復結冰的現(xiàn)象，造成了HDPE雨水管凍裂，形成凍傷和冰溜子，給行車造成了安全隱患。分析原因主要是電伴熱系統(tǒng)未正式投入使用，春融時流水容易在管道內(nèi)壁形成累積結冰現(xiàn)象。應對措施：對后續(xù)施工未投入使用的電伴熱系統(tǒng)，如果需要經(jīng)歷冬季，采用臨時供電的方式，使系統(tǒng)提前啟動；工程交付后，要求使用單位，冬季電伴熱系統(tǒng)必須根據(jù)降雪情況隨時開啟，特別是在春融階段必須保持24 h開啟，直至積雪全部融化。

b.HDPE雨水管水平管過長，只有內(nèi)部一根電伴熱線，沒有外保溫和外部電伴熱，管內(nèi)介質維持溫度達不到0 ℃以上。本工程局部HDPE水平管跨度可達24 m，在冬季融雪和春融時，此部分水平管氣溫下降迅速，與融化后的雪水溫差達到5 ℃～20 ℃以上，水流過水平管時，形成累積結冰，造成凍裂。經(jīng)過設計優(yōu)化，對HDPE管部分也采取增加一道外纏繞電伴熱線路，并做保溫層，同時保證在融雪期間電伴熱系統(tǒng)始終保持工作狀態(tài)。

c.站場排水溝無電伴熱。雨棚屋面系統(tǒng)，通過電伴熱融雪后，水通過立管進入鐵路線間排水溝，由于排水溝埋深淺，內(nèi)無電伴熱系統(tǒng)，積水排水管與排水溝連接處，形成積水成冰現(xiàn)象，只能通過人工的方式進行破冰以保證排水順暢，通過在排水溝內(nèi)增加電伴熱系統(tǒng)的方式，輔助日常加強線間排水溝巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。在今后類似的工程中，應該充分考慮排水溝埋深和保溫的問題，以應對排水管與排水溝連接處積水結冰現(xiàn)象，給線路運營帶來不利影響。

d.屋面積雪漸融導致天溝易結冰。由于東北地區(qū)降雪量大，如果不加處理，屋面在越冬過程中的積雪可達半米，如果積雪過厚，容易滑落線間對既有線造成危害，因此天溝電伴熱系統(tǒng)在第一場雪之后即啟動，隨著冰雪漸漸消融通過天溝，經(jīng)排水管排入線間，在天溝內(nèi)積雪或雪水未排凈之前，應保證天溝及立管電伴熱系統(tǒng)始終開啟，一旦形成結冰，即可能造成天溝及立管凍裂，系統(tǒng)遭到破壞，修復難度極大，此問題在冬季電伴熱系統(tǒng)運行中應加強監(jiān)控。

3 應用效果

本項目通過上述無柱雨棚電伴熱虹吸排水系統(tǒng)在施工和使用中發(fā)現(xiàn)的問題，研究和改進了設計、施工方案，總結了施工經(jīng)驗和運營使用注意事項，目前項目已經(jīng)投入使用三年，經(jīng)歷了三個春融期，沒有再出現(xiàn)排水系統(tǒng)凍害、線路上方結冰、積雪過厚等問題，排水系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證了既有線運營的安全。

4 結語

本文通過對長春樞紐長春站改造工程無柱雨棚虹吸排水電伴熱系統(tǒng)的工程實例分析，總結出了長春地區(qū)乃至東北地區(qū)關于大型站房無柱雨棚排水系統(tǒng)的設計和施工經(jīng)驗，對融雪系統(tǒng)的施工和維護提出了切實可行的解決方案，可供類似工程參考。

[1] 張紅云.淺析沈陽北站無站臺柱雨篷改造設計[J].鐵道標準設計，2015(1)：96-99.

[2] 柯小強.關于虹吸排水的幾點優(yōu)點[J].新農(nóng)村(黑龍江)，2010(6)：32-33.

[3] 張兆云.自融冰雪技術在屋面工程設計中的應用[J].中國建筑防水，2015(11)：42-46.

On drainage system for electric heat tracing siphoning drainage at canopy of railway stations in northeast of China

Zhang Yunzhi

(ArchitecturalInstallationEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailwayNo.3Group,Taiyuan030000,China)

Combining with the reconstruction at Changchun station of Changchun hub, the paper analyzes the operation of the non-pile canopy siphoning drainage system in winters and springs of northeast area of China, and points out some methods to solve these problems along the railway routes, so as to avoid the cold damages of the non-pile canopy and improve the safety of the route operation during the spring melting period.

railway, non-pile canopy, snow melting, spring melting, siphoning drainage

1009-6825(2017)03-0118-03

2016-11-14

張云志(1978- )，男，工程師

TU992

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