地下空間局部排水智能化應用實踐

陸新生

摘要：城市軌道交通包括地鐵和輕軌，具有大容量、高效率、低污染、集約化的特點。無論是建設速度，還是建設規(guī)模，目前我國的軌道交通發(fā)展正經(jīng)歷一個前所未有的發(fā)展期，中國已經(jīng)成為世界上最大的城市軌道交通建設市場。地鐵設計涉及專業(yè)眾多，地下空間受限的情況下專業(yè)之間協(xié)調(diào)難度較大，管線的走向、材質(zhì)及安裝稍不注意就會出現(xiàn)問題，從而給施工單位的安裝和運營單位的運營維修帶來各種不便。本文以以長沙地鐵3號線東塘站-桂花公園站為例，談一下自己的看法和體會。

關鍵詞：地下;排水系統(tǒng);方案

一、背景簡介

城市軌道交通在解決群眾交通出行、促進城市發(fā)展等方面作用巨大，現(xiàn)在全國各地具備條件的城市也掀起了一股興建地鐵的小高潮。但站點布置及運營對周邊市政條件依賴性較高，如車站布置需考慮吸引客流、交通條件銜接等因素。對于給排水專業(yè)來說，傳統(tǒng)方案是在各個排水點設置基坑和潛水泵，通過潛水泵排出積水。

傳統(tǒng)方案需要在車站設置較多的集水坑，且集水坑大而深，不方便擴展。對于車站區(qū)間，一般需要設置聯(lián)絡通道和區(qū)間泵房。受限于土建施工和區(qū)間盾構工藝，聯(lián)絡通道施工存在施工周期長和較大的施工安全隱患。

二、地下車站常規(guī)排水系統(tǒng)介紹及局限性分析

1）地鐵車站局部排水點多，如出入口、風亭集水坑、電梯基坑、轉(zhuǎn)轍機基坑、電纜夾層、區(qū)間集水坑等位置，一般車站約15～20處。常規(guī)做法是采用逐點排水方案，每處設置集水坑及潛污泵，以泵組為單位設置排水管，并考慮市政排水接駁。

2）采用逐點排水方案，每個排水井相對獨立，安全可靠性高。但具有如下不足：市政接駁工作量較大;各排水點相對獨立，擴展性差，土建新增集水點需增設排水泵組;配電及BAS系統(tǒng)監(jiān)控點較分散;受制于潛污泵水位限制，停泵水位以下的集水無法排除;因集中收集較困難，車站實現(xiàn)中水回用難度較大等。

3）為解決地下車站常規(guī)逐點排水方案的部分缺陷，探索一種新的排水模式，深入研究智能中央排水系統(tǒng)并嘗試應用，實現(xiàn)地下車站排水系統(tǒng)的可擴展性很有必要。

三、智能中央排水系統(tǒng)簡介及優(yōu)缺點分析

（一）系統(tǒng)方案簡介

車站設置一套智能中央排水機組，并在各排水點設置真空隔膜閥及真空管道，集水經(jīng)真空管抽至中央機組，再統(tǒng)一外排至市政管網(wǎng)。各排水點排水流量可達3-15L/s，并可根據(jù)流量確定管徑和真空抽吸閥口徑。

系統(tǒng)具備良好的可擴展性，對于不確定的排水點也可提前預留。各排水點無需配電，并通過RS485接口聯(lián)網(wǎng)集中到中央機組管理。所有排水點的數(shù)據(jù)集中收集至中央控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理更方便可靠。

（二）系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)利用各排水點的集水坑作為中間收集單元，當達到指定液位后，液位傳感器發(fā)出信號給控制柜，控制柜打開真空隔膜閥開關，通過負壓將集水坑內(nèi)的積水抽吸至真空機組的真空罐;真空罐內(nèi)設有液位計，真空罐內(nèi)的液位到指定液位后，通過排污泵將真空罐里的水排至排水管網(wǎng)。

工作狀態(tài)下系統(tǒng)始終維持在一定的真空度（-0.04MPa～-0.07MPa）。真空度不足時啟動真空泵抽負壓，真空度過高時開啟真空罐上的放空閥。

（三）系統(tǒng)的主要優(yōu)勢與不足

1）優(yōu)勢：

①各排水點通過真空管路聯(lián)網(wǎng)，擴展方便，排除局部滲水;

②配電點只有一處（真空機組處），各排水點只需從真空機組敷設信號線和24V電源，系統(tǒng)集成度高;

③各排水點通過RS485通訊接口聯(lián)網(wǎng)，與BAS系統(tǒng)接口集中;

④檢修較方便，各排水點現(xiàn)場只有管道和閥門，僅真空機組有水泵，控制柜配備人機互動界面，后期維護簡單明了;

⑤利用PLC編程可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，輸出包含“泵啟動時間”、“泵啟動次數(shù)”、“故障信息統(tǒng)計”、“不同時間段的設備工作頻率”、“泵站工作效率”等項目報表，并可實現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的分析處理，方便維護人員快速做出判斷，實現(xiàn)智能化管理;

⑥站內(nèi)實現(xiàn)中水回用（若有）較方便。

2）不足：

對系統(tǒng)配置的關鍵部件（如真空機組、真空廢水提升器及真空隔膜閥等）的可靠性要求較高。因為部分局部排水點地處車輛運行區(qū)間，人員不方便進出維修。

（四）彌補系統(tǒng)不足的技術措施

1）真空機組：機組所有與故障有關的部件均采用備用機制。

①真空泵設備用泵;

②污水泵設備用泵。

2）真空廢水提升器：收集器與故障有關的部件均采用備用機制。

①每條抽吸管路配真空隔膜閥、檢修閥和單獨的液位感應器;②液位傳感器采用氣控和電極兩套傳感器。

3）真空隔膜閥：

①閥門保持120%開度;

②閥門開啟速度小于1秒/次;

③閥門自帶膜片破損傳感器;

4） 真空管道可根據(jù)現(xiàn)場條件任意穿越障礙，不影響其他系統(tǒng)管線敷設。管道在穿越人防門位置設置防爆閘閥，系統(tǒng)平、戰(zhàn)分離，戰(zhàn)時系統(tǒng)停止使用，可作廢棄處理。

四、 車站智能中央排水系統(tǒng)方案及比選分析

（一）范例車站的選擇

以長沙地鐵3號線東塘站-桂花公園站為例，對系統(tǒng)方案做簡要分析。

（二）東塘站-桂花公園站智能中央排水系統(tǒng)簡介

東塘站-桂花公園站包含東塘站、桂花公園站及東塘站-桂花公園站區(qū)間排水，可在東塘站和桂花公園站分別各設置1套智能中央排水系統(tǒng)，分別收集各車站衛(wèi)生間及站臺板下集水坑的廢水，其中桂花公園站的智能中央排水系統(tǒng)還負擔東塘站-桂花公園站區(qū)間的局部排水任務。

以桂花公園站為例，在車站站臺板下電梯底坑集水井位置、員工衛(wèi)生間、公共衛(wèi)生間、東塘站-桂花公園站區(qū)間電纜通道設真空抽吸管道，匯總接至真空泵組真空罐內(nèi)，罐內(nèi)設液位計，當液位到指定液位后，通過排污泵將罐內(nèi)的水排至市政排水管網(wǎng)。

根據(jù)現(xiàn)狀車站設備房布置情況，系統(tǒng)可利用原污水泵房，將真空機組布置在污水泵房內(nèi)部，泵房布局及面積可參考下圖。

桂花公園站擬通過真空排水方案的排水點排水量及管道敷設路徑如表1

五、方案對比

六、重難點分析

區(qū)別于早期的真空排水系統(tǒng)，新方案真空管道距離較長，特別是對于區(qū)間集水坑，真空管需要連續(xù)爬坡后才能接入污水泵房，真空管敷設應采用鋸齒型敷設原則，防止倒流。

采用較大罐體的真空機組，為方便施工和安裝，設備通道及設備間門寬應不小于1.5米。

考慮真空系統(tǒng)故障的應急排水，應在部分重要的節(jié)點設置備用排水方案，如采用在真空管上另設應急排水口，如下圖所示：

五、智能中央排水系統(tǒng)應用前景展望

智能中央排水系統(tǒng)因其便于管理、系統(tǒng)布置方便靈活及擴展性強等優(yōu)點備受好評，有效解決了常規(guī)排水系統(tǒng)對土建條件要求苛刻、系統(tǒng)擴展性差等帶來的一系列問題，可其視作一種新的排水模式并在新線建設中的一些特殊站點（如水源保護地站點和無市政官網(wǎng)或難接駁的站點）考慮應用。

杭州、常州等已投入使用的工程運營成果表明，智能中央排水系統(tǒng)可完美解決地鐵車站配線上方大面積物業(yè)排水困難的問題，在污水排放變化幅度較大、景觀要求高的旅游地區(qū)、遠離市政管網(wǎng)的城鄉(xiāng)結合部，以及人口密度、建筑密度高的老城區(qū)等都有很好的推廣價值，值得大力推廣。

六、結語

地鐵車站給排水系統(tǒng)的可靠安裝是保證地鐵能否安全正常運行的關鍵，作為地鐵項目中技術含量比較高的分項工程其施工優(yōu)劣對整個地鐵站和地鐵項目的整體質(zhì)量起著直接的影響。因此，需要及時了解行業(yè)最新技術動態(tài)，使地鐵車站給排水系統(tǒng)的作用得到全面發(fā)揮。

參考文獻：

[1]《地鐵設計規(guī)范》GB50157-2013.

[2]《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268-2008.

[3]《室內(nèi)真空排水系統(tǒng)工程技術規(guī)程》中國工程建設標準化協(xié)會.

[4]《真空收集排放系統(tǒng)設計規(guī)范》杭州聚川環(huán)保科技股份有限公司.

[5]《城市公共廁所設計標準》CJJ14-2005.

（作者單位：長沙市軌道交通運營有限公司）