嚴(yán)寒地區(qū)城市軌道交通給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

毛天廣，周明俊，張永恒

（1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037；2.中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

軌道交通現(xiàn)在是城市最受歡迎的交通工具之一，其具有大容量、高速度、高頻次、低污染、不擁堵、簡(jiǎn)約化、環(huán)境舒適等特點(diǎn)，為人們提供一個(gè)綠色環(huán)保的出行條件。給排水及消防系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)生活給水系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器的配置。既為人們的出行安全保駕護(hù)航，也對(duì)提高服務(wù)質(zhì)量及舒適性至關(guān)重要，是城市軌道交通建設(shè)不可或缺的一部分。

然而在我國(guó)北方地區(qū)，尤其是東北和西北，冬季溫度極低且時(shí)間長(zhǎng)。以長(zhǎng)春市為例，年平均氣溫僅4.6℃，1月份平均氣溫-15.1℃，最低溫度達(dá)-36.5℃，全年冰凍期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，凍土層厚度1.69m，給排水及消防管道凍裂現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，對(duì)給排水及消防系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)是一大難題。本文筆者根據(jù)從事多條嚴(yán)寒地區(qū)城市軌道交通線路給排水及消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總結(jié)一些應(yīng)對(duì)方法，希望為廣大設(shè)計(jì)者們提供一些參考。

1正文

1.1管道保溫系統(tǒng)

管道保溫系統(tǒng)必不可少，保溫材料選用不燃級(jí)（A級(jí)）的防火保溫材料，絕熱層采用復(fù)合硅酸鎂管殼，外包不燃性玻璃布復(fù)合鋁箔防潮層，并在防潮層外表面包鋁合金薄板保護(hù)層。防凍保溫材料的絕熱層厚度為50mm，防結(jié)露保溫材料的絕熱層厚度為30mm。由于普通防結(jié)露保溫和防凍保溫作用有限，溫度過(guò)低區(qū)域還需設(shè)置電保溫系統(tǒng)。采用串聯(lián)型恒功率加熱電纜，當(dāng)管道溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，伴熱系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)伴熱回路開(kāi)始工作，即對(duì)管道進(jìn)行加熱，管道溫度上升，當(dāng)管道溫度上升到設(shè)定溫度時(shí)，伴熱系統(tǒng)自動(dòng)停止加熱。此伴熱程序周而復(fù)始的進(jìn)行，使得管道溫度始終保持穩(wěn)定，從而起到主動(dòng)為管道伴熱保溫的作用，保證管道系統(tǒng)冬季正常運(yùn)行。保溫材料及電保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》（16S401）的相關(guān)要求。所有設(shè)置電保溫的管道均應(yīng)設(shè)置常規(guī)防凍保溫，與出入口相連的站廳公共區(qū)及站臺(tái)板下給排水及消防管道應(yīng)設(shè)置常規(guī)防凍保溫，除做防凍保溫的管道外，其他敷設(shè)在車站吊頂內(nèi)或穿過(guò)設(shè)備區(qū)走道房間的給排水管均應(yīng)設(shè)防結(jié)露常規(guī)保溫。對(duì)于電保溫設(shè)置范圍，各地根據(jù)具體天氣情況有所差別，一般越往北設(shè)置范圍越大。

1.2消防管道防凍方案

城市軌道交通內(nèi)要設(shè)置消火栓給水系統(tǒng)，并且是消防的主要方式，在常規(guī)設(shè)計(jì)中，消防給水管道一般采用濕式系統(tǒng)，管道處于常態(tài)充水狀態(tài)［1］。在嚴(yán)寒地區(qū)，缺乏熱源，如果不采取有效措施，則會(huì)造成消防管道內(nèi)的水結(jié)冰，形成阻塞或凍漲，破壞管道、閥門和消火栓等，嚴(yán)重影響了消防設(shè)施使用可靠性，危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全［2］。設(shè)置電保溫系統(tǒng)投資大，每延米造價(jià)高達(dá)500～600元，同時(shí)需消耗大量電能，平均每米功率將近50W，不利于可持續(xù)發(fā)展，因此電保溫能少用盡量少用。

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50974-2014）第7.1.3條：室內(nèi)環(huán)境溫度低于4℃或高于70℃的場(chǎng)所，宜采用干式消火栓系統(tǒng)；第7.1.5條：嚴(yán)寒、寒冷等冬季結(jié)冰地區(qū)城市隧道及其他構(gòu)筑物的消火栓系統(tǒng)，應(yīng)采取防凍措施，并宜采用干式消火栓系統(tǒng)和干式室外消火栓［3］。同時(shí)，天津市已經(jīng)出臺(tái)了地鐵干式消火栓系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適用于地下區(qū)間和地面站、高架站的干式消火栓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為城市軌道交通內(nèi)采用干式消防系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。與濕式消防系統(tǒng)相比，干式系統(tǒng)平時(shí)管道內(nèi)無(wú)水，不存在凍結(jié)問(wèn)題，因此不需要電保溫系統(tǒng)，可以減少工程投資、運(yùn)營(yíng)成本。

然而《水消規(guī)》中第7.1.6條也對(duì)干式消火栓系統(tǒng)提出了要求，即干式消火栓系統(tǒng)的充水時(shí)間不應(yīng)大于5min。在流速受限的情況下，5min內(nèi)所能充水長(zhǎng)度較為有限，對(duì)于地鐵車站的規(guī)模，5min內(nèi)達(dá)不到最不利點(diǎn)充水要求，因此，可以采取局部干式系統(tǒng)，即在車站風(fēng)道、出入口、出入段線洞口等溫度較低區(qū)域局部采用干式系統(tǒng)，設(shè)備區(qū)走廊、公共區(qū)等溫度較高部位采取濕式系統(tǒng)，既能滿足充水時(shí)間要求，又能減少工程投資及運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)于車站規(guī)模較小的地上站，能夠滿足充水時(shí)間要求，由于地上站內(nèi)冬季更加寒冷，且設(shè)置保溫影響裝修效果，采用干式系統(tǒng)則避免了問(wèn)題的發(fā)生。

對(duì)于干式消防系統(tǒng)，若要5min內(nèi)充滿更長(zhǎng)管道或者方案更加穩(wěn)妥，可適當(dāng)縮小管徑及增大泵的流量，使流速增大，充水速度能夠加快。另外，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，入冬之前切記要將管道內(nèi)水放空，以免氣溫驟降凍裂管道。

1.3出入段線洞口防凍方案

出入段線洞口一直敞開(kāi)，加之列車往返，溫度極低，尤其是雪融水，白天融化，夜間結(jié)凍，反復(fù)凍融，導(dǎo)致出入段線洞口附近冰坨較大，覆蓋線路排水溝和軌道，影響列車運(yùn)行，需安排專人鑿冰，大大增加了工作量，在線路排水溝設(shè)置加熱電纜，可達(dá)到融冰的作用，提高運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化程度。然而，較長(zhǎng)區(qū)域線路排水溝、給排水及消防管道需設(shè)置電保溫，消耗大量電能，大大增加了運(yùn)營(yíng)成本。因此，可在出入線洞口設(shè)置防寒門，將隧道密封，列車經(jīng)過(guò)時(shí)將門開(kāi)啟，列車走后將門關(guān)閉，達(dá)到保溫的效果，可大大縮短電保溫的長(zhǎng)度，降低運(yùn)營(yíng)成本。

1.4敞口風(fēng)井及出入口排水管防凍方案

地鐵車站兩端設(shè)有風(fēng)亭，當(dāng)風(fēng)井為敞口時(shí)，為了防洪，底部設(shè)有集水坑，坑內(nèi)設(shè)置潛污泵，將水抽至室外。同時(shí)，集水坑兼顧收集結(jié)構(gòu)滲漏水的作用；同時(shí)，車站出入口扶梯底部為了防止電梯被淹，也設(shè)置有集水坑，主要收集結(jié)構(gòu)滲漏水及沖洗廢水，通過(guò)泵將水排至室外市政排水管網(wǎng)。然而，由于風(fēng)井及出入口與外界連通，冬季溫度極低，管道及集水坑容易結(jié)凍，管道可通過(guò)設(shè)置電保溫進(jìn)行保溫，然而集水坑保溫卻是一大難題，目前還沒(méi)有較為成熟的方案，水泵被凍現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此，嚴(yán)寒地區(qū)冬季風(fēng)井及出入口排水系統(tǒng)基本上處于癱瘓狀態(tài)。鑒于冬季降水主要為雪，且土壤結(jié)凍，很少有結(jié)構(gòu)滲漏水，因此，風(fēng)井及出入口底部集水坑冬季基本沒(méi)水，排水系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)。為了防止水泵凍壞及節(jié)約電能，水泵冬季需提出集水坑，管道可不設(shè)置電保溫，冬季將管道內(nèi)水瀉空，防止凍裂，這在東北地區(qū)是較為普遍的方案。

1.5站臺(tái)層管道防凍方案

站臺(tái)層由于受風(fēng)井及列車往返活塞風(fēng)影響較大，溫度比站廳層低，尤其是端門外設(shè)備區(qū)走廊，管道若設(shè)置于吊頂，需設(shè)置電保溫，不僅增加投資，同時(shí)增加運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用。站臺(tái)板下層是相對(duì)封閉空間，溫度較高，可不設(shè)置電保溫。因此，可將站臺(tái)層管道設(shè)置于站臺(tái)板下層，提高經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)，站臺(tái)板下層管道安裝及檢修較為方便，不影響公共區(qū)乘客乘車。

1.6小管徑給水立管防凍方案

管道公稱直徑越小，就越容易凍結(jié)［4］；而在城市軌道交通車站內(nèi)部，生產(chǎn)、生活給水管管徑基本上小于DN80，尤其地鐵地下站站臺(tái)層廢水泵房及沖洗栓給水管管徑通常為DN25，下到站臺(tái)層時(shí)可設(shè)置于站臺(tái)板下進(jìn)行保溫，但立管若通過(guò)風(fēng)道下至站臺(tái)層，尤其是新風(fēng)道，即使設(shè)置電保溫，也很難避免不結(jié)凍，因?yàn)樾」軓诫姳夭荒茈p路纏繞敷設(shè)，只能單路直線敷設(shè)，存在受熱不均現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)時(shí)立管盡量避開(kāi)設(shè)置于風(fēng)道，設(shè)置于設(shè)備房間內(nèi)是一種有效避免結(jié)凍的方法。

1.7主廢水泵房防凍方案

南方地區(qū)車站主廢水泵房通常設(shè)置為敞開(kāi)式，結(jié)合站臺(tái)層端頭活塞風(fēng)閥處設(shè)置，水泵、閥門等設(shè)備均設(shè)于敞開(kāi)式泵房?jī)?nèi)，可縮短車站長(zhǎng)度，減少投資。而在北方地區(qū)，水泵必須設(shè)置于室內(nèi)，要有獨(dú)立的封閉房間，一方面便于冬季維護(hù)檢修，另一方面也是考慮到防凍保溫。

1.8室外重力排水管線防凍方案

市政公用排水管線起點(diǎn)埋深較淺，但是其流量大，污水自身帶有一定溫度，雖然在冰凍線之上，一般也不會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。對(duì)排水用戶支線及流量較小的市政管段影響較大。當(dāng)市政管線較淺時(shí)，為保證排水正常運(yùn)行，通常對(duì)埋深更淺的出戶管段進(jìn)行保溫處理［5］。根據(jù)現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50015-2003（2009年版）要求，生活污水接戶管道埋設(shè)深度不得高于土壤冰凍線以上0.15m，當(dāng)采用埋地塑料管道時(shí)，排出管埋設(shè)深度可不高于土壤冰凍線以上0.50m［6］。因此，當(dāng)標(biāo)高不夠時(shí)，可改用塑料管，適當(dāng)抬高標(biāo)高；當(dāng)塑料管標(biāo)高仍不滿足要求時(shí)，可增加保溫層，在管道外包裹聚氨酯材料，達(dá)到保溫的效果。對(duì)于標(biāo)高能夠滿足要求的重力排水管道，若平時(shí)系統(tǒng)排水量較小，可適當(dāng)增大排水管坡度以減少管線凍結(jié)［7］。

1.9室外消火栓防凍方案

室外管道必須設(shè)置在凍土層以下，室外消火栓應(yīng)設(shè)置為地下式，室外消火栓和閥門井均應(yīng)采用雙層保溫井蓋，并宜設(shè)置于背風(fēng)向陽(yáng)處。

1.10地上站衛(wèi)生間防凍方案

地上站通常地上一層為站廳層，地上二層為站臺(tái)層，由于墻體較薄，且為了美觀，經(jīng)常采用鋼結(jié)構(gòu)及幕墻形式，基本上不做墻體保溫，加之站臺(tái)層與室外相通，列車進(jìn)出帶有活塞風(fēng)，基本上與室外溫度一致，因此站臺(tái)層更加寒冷，站廳層空間相對(duì)較為封閉，溫度較高。若將衛(wèi)生間設(shè)置在站臺(tái)層，給水及排水管需設(shè)置在站臺(tái)板下層，站臺(tái)板下層與室外連通，類似通風(fēng)道，管道極易結(jié)凍，造成衛(wèi)生間不能使用，給乘客和工作人員帶來(lái)不便。因此，地上站盡量將衛(wèi)生間設(shè)置在站廳層，排水管道可埋地敷設(shè)，給水干管敷設(shè)在吊頂內(nèi)，支管盡量設(shè)置在內(nèi)墻，避免在外墻剔槽暗裝，衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)置采暖措施，可有效防止衛(wèi)生間結(jié)凍；同時(shí)，由于地上站通常為側(cè)式站臺(tái)，衛(wèi)生間設(shè)置在站臺(tái)層對(duì)于相反方向乘客需跨越站臺(tái)，不甚方便，框架式車站將衛(wèi)生間設(shè)置在站廳層，對(duì)于兩個(gè)方向乘客都方便使用。

1.11其他方案

對(duì)于出入口，可設(shè)置電熱風(fēng)幕，阻擋冷空氣進(jìn)入車站；風(fēng)道內(nèi)設(shè)置墻體保溫，阻擋站內(nèi)熱量散失；對(duì)于消防泵房，由于規(guī)范有最低溫度要求，并且消防泵房通常設(shè)置在風(fēng)道、出入口等附屬部位，溫度較低，因此需設(shè)置電采暖器；室外消防水池水位應(yīng)控制在凍土層以下等。

2結(jié)論及建議

總之，軌道交通是城市的重點(diǎn)工程，給排水及消防系統(tǒng)是軌道交通的重要組成部分，在嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是防凍，如果防凍方案合理，既可以保證消防、行車等諸多方面的安全，又減少工程投資，也可以降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，延長(zhǎng)使用壽命。設(shè)計(jì)者需本著安全、節(jié)約、合理設(shè)計(jì)的原則，對(duì)整個(gè)給排水及消防系統(tǒng)的防凍統(tǒng)一考慮，在重點(diǎn)環(huán)節(jié)上多下功夫，多總結(jié)，敢于突破，探索出一套合理的給排水及消防系統(tǒng)保溫方案，保證寒冷季節(jié)水系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。