地鐵區(qū)間排水設(shè)計總結(jié)

馮 少 鳳

(佛山軌道交通設(shè)計研究院有限公司，廣東 佛山 528000)

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·水·暖·電·

地鐵區(qū)間排水設(shè)計總結(jié)

馮 少 鳳

(佛山軌道交通設(shè)計研究院有限公司，廣東 佛山 528000)

針對地鐵區(qū)間排水工程的特點，從地下區(qū)間排水系統(tǒng)、高架區(qū)間雨水系統(tǒng)、設(shè)計接口、防雜散電流等方面，闡述了地鐵區(qū)間排水設(shè)計與計算方法，旨在迅速排除地鐵區(qū)間的廢水與雨水，確保行車的安全性。

地鐵區(qū)間，排水系統(tǒng)，廢水泵，雨水系統(tǒng)

0 引言

軌道交通已經(jīng)成為城市交通運輸?shù)闹匾M成部分，尤其在經(jīng)濟發(fā)達(dá)的一二線城市，軌道交通是解決城市道路擁堵的不可或缺的交通工具。區(qū)間排水關(guān)系著行車安全，將廢水、雨水迅速排除是排水設(shè)計的最終目的。區(qū)間排水主要為結(jié)構(gòu)滲漏水、消防廢水、洞口雨水。由于地下區(qū)間位于地下，廢水、雨水不能靠重力排出地面，需要設(shè)置提升泵站，將廢水、雨水集中收集后通過提升泵提升至地面，再接入市政排水系統(tǒng)中。

1 地下區(qū)間排水系統(tǒng)設(shè)計

1.1 區(qū)間排水量計算

根據(jù)GB 50157—2013地體設(shè)計規(guī)范第12.1.5.3“隧道工程中漏水的平均滲漏量不應(yīng)大于0.05 L/(m2·d)，任意100 m2防水面積滲漏量不應(yīng)大于0.15 L/(m2·d)”，地下區(qū)間結(jié)構(gòu)滲漏水量按1 L/(m2·d)計算，滲漏水面積=區(qū)間斷面周長×區(qū)間長度。消防廢水量以區(qū)間消防用水量100%計算。

根據(jù)經(jīng)驗，一般盾構(gòu)區(qū)間(斷面直徑6 m，長度小于1.5 km)，結(jié)構(gòu)滲漏水量不大于49 m3/d，區(qū)間最大時排水量不大于40 m3/h。明挖區(qū)間橫斷面較盾構(gòu)區(qū)間橫斷面大，相同長度下，明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)滲漏水量大于盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)滲漏水量。水泵流量可選20 m3/h～35 m3/h。

1.2 廢水泵房設(shè)計

廢水泵房設(shè)于線路的最低點，根據(jù)線路平縱斷面圖、結(jié)構(gòu)平縱斷面圖確定區(qū)間最低點，設(shè)置廢水泵房。廢水池必須同時滿足有效容積和有效深度要求。

廢水池有效容積按不小于最大一臺水泵15 min～20 min流量計算。規(guī)范規(guī)定水泵每小時啟泵次數(shù)不應(yīng)超過6次。水泵啟動頻繁容易磨損零部件，降低壽命。水泵平時靠液位自動控制。水位達(dá)到設(shè)定水泵啟、停位置水泵自動啟動或停止。

有效容積應(yīng)是指停泵水位和最高水位之間水容積，而設(shè)計人員常常將池底到池頂?shù)乃腥莘e當(dāng)做有效容積，結(jié)果導(dǎo)致水泵頻繁啟動。正確理解有效容積的概念及計算方法是很重要的。

廢水池有效水深指的是最高水位與停泵水位的高差，凈水深指的是最高水位與池底的高差，深度廢水池有效水深應(yīng)滿足要求。以設(shè)置兩臺水泵為例，有效水深h=h2+h3+h4+h5；凈水深h=h0+h1+h2+h3+h4+h5(見圖1)。其中,h0為低報警水位；h1為一泵停泵水位；h2為一泵啟泵水位；h3為二泵啟泵水位；h4為高報警水位；h5為超高，一般取0.3 m。

如何設(shè)定最低報警水位是很多設(shè)計者的盲點，因為無論是在規(guī)范和設(shè)計手冊中都沒有明確的說明。最低報警水位的設(shè)定應(yīng)從水泵的結(jié)構(gòu)進行考慮。潛水泵最大的特點是，水泵葉輪和電機是一體化設(shè)計，水泵電機可以淹沒在水中。水泵在運行過程中，電機會發(fā)熱，為防止電機燒壞，需將水泵電機淹沒在水中以達(dá)到降溫目的。將最低報警水位設(shè)置于水泵最低運行液位(淹沒電機)之上即可滿足水泵冷卻要求。

廢水池面積和泵房面積要滿足水泵、管道安裝和檢修要求，管道前檢修空間不宜小于1.5 m。一般區(qū)間泵房面積15 m2左右，廢水池凈水深2.0 m～2.5 m。

1.3 區(qū)間廢水泵揚程計算

根據(jù)《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》第4.7.7.4條“水泵揚程應(yīng)按提升高度、管路系統(tǒng)水頭損失、另附加2 m～3 m流出水頭計算”，則水泵揚程H=H1+H2+H3。其中,H1為廢水池最低水位與地面排水管高差；H2為管路水頭損失，包括沿程水頭損失和局部水頭損失，局部水頭損失按沿程水頭損失的30%計算；H3為流出水頭，H3取3 m。

假設(shè)水泵流量為25 m3/h，排出管徑為DN100，則當(dāng)區(qū)間廢水從車站排出時，距離長為500 m，水頭損失約為11 m；當(dāng)從泵房排出時，距離長約40 m，水頭損失約為1 m。

設(shè)計要點：1)壓力廢水管流速宜為0.75 m/s～2 m/s。當(dāng)管徑過大，流速小于0.75 m/s，污水中的泥砂容易沉積堵塞管道；管徑過小，流速大于2 m/s，水頭損失增大，就要增大水泵揚程，增大設(shè)備成本。2)地下線路一般埋深為10 m～30 m，水泵流量可選20 m3/h～35 m3/h，揚程20 m～45 m。同一條線路中，為減少備用泵，水泵型號不宜超過5種，流量選擇基本一樣的，以揚程差小于5 m的為一檔。如流量25 m3/h，揚程可選20 m,25 m,30 m等。3)根據(jù)水泵流量—揚程特性曲線圖，選擇工況點在高效段的水泵型號。盡量避免選擇小流量，大揚程水泵。

1.4 洞口雨水系統(tǒng)設(shè)計

雨水系統(tǒng)主要將來自U形槽隧道洞口處敞開段的雨水排向市政排水系統(tǒng)。在車輛段出入段線U形槽隧道洞口處設(shè)置雨水泵房，洞口處敞開段的雨水，由橫截溝截流后，接入泵房內(nèi)集水池。集水池有效容積不小于最大一臺水泵5 min～10 min的出水量。雨水泵房內(nèi)設(shè)潛污泵三臺互為備用，平時依次輪換工作，小雨時一臺工作，大雨時兩臺工作，暴雨時三臺同時工作，水泵總排水能力50年一遇暴雨強度和計算的集流時間確定,按100年一遇暴雨強度校核。雨水經(jīng)排水泵提升至地面排水壓力井消能后排入市政雨水系統(tǒng)。

計算洞口雨水量時，計算匯水面積是常常會出錯的地方。按照規(guī)范，匯水面積包括U型槽的地面面積和側(cè)墻面積的1/2，許多設(shè)計人員往往忽略側(cè)墻匯水面積，設(shè)置的潛水泵總排水量小于最大暴雨量，雨水不能迅速排出，造成水澇。

與段場路基專業(yè)配合要求其U型槽起點地面設(shè)計標(biāo)高不低于周圍地面設(shè)計標(biāo)高，并設(shè)置至少一道橫截溝，攔截地面雨水流入U型槽。

1.5 水泵控制

區(qū)間廢水包括結(jié)構(gòu)滲漏水和消防廢水、洞口雨水。結(jié)構(gòu)滲漏水24 h都存在，消防廢水只有當(dāng)區(qū)間發(fā)生火災(zāi)時才有，選泵流量要同時滿足平時和消防時水泵都處于水泵特性曲線的高效區(qū)。設(shè)置兩臺同流量的水泵，平時互為備用，依次輪換使用滿足平時排水要求，消防時兩臺同時啟動滿足消防時排水要求。隧道位于水域下方，結(jié)構(gòu)滲漏水比一般隧道大。為提高可靠性，多設(shè)置一臺備用泵，平時兩用一備，必要時三臺同時啟動。

區(qū)間廢水泵、雨水泵采用一控二或一控三的控制方式，水泵通過控制箱實現(xiàn)液位自動控制和現(xiàn)場手動控制的方式。為了提高區(qū)間排水的安全等級，減少水災(zāi)的危害，區(qū)間廢水泵和雨水泵在液位自動控制和現(xiàn)場手動控制的基礎(chǔ)上增加車站遠(yuǎn)程控制的功能。

區(qū)間廢水泵及雨水泵可在泵房內(nèi)的水泵控制箱進行就地控制，就近車站車控室可以顯示每臺水泵的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)和水位狀態(tài)等，在超高水位報警時可在就近車站車控室IBP盤實行手動遠(yuǎn)程控制啟動區(qū)間廢水泵。

設(shè)置兩臺潛污泵的區(qū)間廢水泵房廢水池內(nèi)應(yīng)分別設(shè)“超低水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、超高報警水位(即第二臺泵啟泵水位)”等四個水位；設(shè)置三臺潛污泵的區(qū)間廢水泵房廢水池內(nèi)應(yīng)分別設(shè)“超低報警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、第二臺泵啟泵水位、超高水位(即第三臺泵啟泵水位)”等五個水位。

2 高架區(qū)間雨水系統(tǒng)設(shè)計

高架區(qū)間主要排除橋面雨水。高架區(qū)間排水與區(qū)間結(jié)構(gòu)同步設(shè)計同步施工，這是與地下區(qū)間排水非常重要的不同之處。高架區(qū)間雨水排水路徑：橋面雨水通過設(shè)置線路最低點處雨水斗收集后下排至橋墩上集水器，經(jīng)過集水器后通過預(yù)埋在橋墩內(nèi)排水立管排至地面壓力檢查井，最后排至市政排水系統(tǒng)。

集水器冒水是高架排水常見的問題。原因主要是集水器內(nèi)立管上設(shè)置的是水篦子，同樣規(guī)格的水篦子泄水量遠(yuǎn)小于雨水斗，導(dǎo)致集水器出水量遠(yuǎn)小于進水量，集水器的水越積越多最終從集水器溢出來。在集水器內(nèi)設(shè)置雨水斗，每一個雨水斗對應(yīng)一根排水立管是解決這個問題的常用方法。

2.1 設(shè)計雨水量計算

高架區(qū)間排水溝及排水管渠的排水能力，應(yīng)按當(dāng)?shù)?0年一遇的暴雨強度計算，降雨歷時按5 min計算。

匯水面積：如圖2所示，匯水面積FW=L×B。橋梁面為帶狀，橋面橫向上不劃分排水分界線，橋面縱向上以排水距離L≤100 m劃分為一個排水區(qū)域。當(dāng)排水距離L>100 m時，雨水匯流時間超過5 min，則按5 min降雨歷時計算暴雨量與實際暴雨量相差比較大，應(yīng)分為兩個或多個排水區(qū)域，設(shè)計雨水量等于同時到達(dá)雨水斗各排水區(qū)域不同降雨歷時設(shè)計雨水量之和。高架區(qū)間若設(shè)有聲屏障，將聲屏障面積的1/2計入?yún)R水面積。橋面雨水斗一般不宜選大于DN100的，以免安裝空間不夠。

2.2 集水器容積計算

集水器的作用是調(diào)節(jié)水量(見圖3)，其有效容積按不小于5 s進水量計算。假設(shè)橋面上設(shè)置87型DN100雨水斗2個，每個雨水斗最大泄水量12 L/s。集水器內(nèi)設(shè)置87型DN150雨水斗1個，最大泄水量26 L/s，橋墩內(nèi)設(shè)置一根排水立管DN150，設(shè)計最大泄水量大于進水量。集水器有效容積為5×12×2=120 L，集水器尺寸為0.5 m×0.5 m×0.5 m。

校核計算：87型DN150雨水斗要求斗前水深0.088 m，驗算得進水1 s后雨水斗開始滿負(fù)荷排水，集水器有效容積按5 s進水量設(shè)計滿足不溢水要求。

設(shè)計要點：1)集水器、橋墩排水管立管(如圖3所示)都是和土建同時設(shè)計同時施工，設(shè)計人員必須與土建專業(yè)密切配合，切勿遺漏提資，否則后期將無法保證排水的順暢。2)集水器上設(shè)格柵蓋板，防止大顆粒垃圾掉入集水器中堵塞雨水斗。3)集水器平面尺寸要滿足雨水斗安裝空間要求，深度高出雨水斗至少0.1 m。

3 設(shè)計接口

區(qū)間排水涉及以下專業(yè)的接口設(shè)計：

1)與車站給排水專業(yè)接口：區(qū)間廢水從車站排出，向車站給排水專業(yè)提供區(qū)間廢水排出管進入車站的位置、管徑、排水量。

2)與車站建筑專業(yè)接口：區(qū)間廢水從車站排出，需要車站建筑專業(yè)提供建筑圖以計算水泵提升高度、管路水頭損失。

3)與區(qū)間結(jié)構(gòu)接口：需要區(qū)間結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)圖，并向區(qū)間結(jié)構(gòu)專業(yè)提泵房面積、廢水池容積、泵房預(yù)埋件及孔洞、地面檢修井位置等。需要向高架區(qū)間結(jié)構(gòu)提集水器容積、橋梁預(yù)埋管管徑、位置、雨水斗安裝預(yù)留孔等。

4)與軌道專業(yè)接口：需要軌道專業(yè)提供道床斷面圖，向軌道專業(yè)提供區(qū)間廢水管過軌里程、軌道排水接入?yún)^(qū)間廢水池預(yù)埋管里程、軌道排水溝斷面尺寸、道床集水坑尺寸。

5)與低壓配電專業(yè)接口：向車站低壓配電專業(yè)提區(qū)間水泵用電負(fù)荷。

6)與BAS專業(yè)接口：向BAS專業(yè)提區(qū)間廢水泵的監(jiān)控要求。

7)與限界專業(yè)接口：向限界專業(yè)提區(qū)間廢水管位置要求。

8)與市政排水接駁專業(yè)接口：向市政接駁專業(yè)提供區(qū)間廢水地面檢修井位置、排水量。

9)與線路專業(yè)接口：需要線路提供線路圖。

10)與路基專業(yè)接口：需要路基專業(yè)提供洞口U型槽圖紙以計算洞口雨水泵房設(shè)計雨水量。

區(qū)間給排水設(shè)計接口要重點抓住與前期專業(yè)的設(shè)計接口,做好前期配合,區(qū)間排水設(shè)計接口多，為避免設(shè)計接口遺漏，建議區(qū)間排水設(shè)計人員分區(qū)間、分專業(yè)建立完善的設(shè)計接口文檔。

4 防雜散電流

地鐵金屬給排水管道及設(shè)備，應(yīng)采取防止雜散電流腐蝕的措施。金屬給排水管道應(yīng)用電纜和接地母排相連。進出主體外墻的金屬管道應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)可曲撓橡膠接頭。過軌金屬管道應(yīng)刷防腐漆，并在外層刷絕緣漆絕緣。

5 結(jié)語

排水量、水泵流量揚程、雨水量等計算是區(qū)間工程排水設(shè)計最基本的計算，通過本文分析介紹希望對設(shè)計人員有所幫助。區(qū)間排水設(shè)計受前期土建施工影響很大，在整個設(shè)計過程中應(yīng)重視與土建專業(yè)的緊密配合，應(yīng)重視專業(yè)之間的資料互提及會簽。

[1] GB 50157—2013，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50490—2009，城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 50015—2003，建筑給水排水設(shè)計規(guī)范(2009年版)[S].

On summary for drainage design of subway sections

Feng Shaofeng

(Foshan Rail Traffic Design and Research Institute, Foshan 528000, China)

According to the features of the drainage projects of subway sections, the paper illustrates the drainage design and calculation methods for the subway sctions from the underground section drainage system, viaduct rainwater system, design of joints, and stray current protection, so as to eliminate the waste water and rainwater of the subway sections and ensure the traffic safety.

subway section, drainage system, waste water bump, rainwater system

1009-6825(2017)08-0128-03

2017-01-07

馮少鳳(1985- ),女,工程師

U231

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