地鐵道岔基坑排水裝置研究與應(yīng)用

帥品格 舒叔軍

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330038）

道岔是實(shí)現(xiàn)車輛從一條線路轉(zhuǎn)向另一條線路的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障，是地鐵軌道系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。在已運(yùn)營地下線路中普遍存在道岔基坑積水問題，積水主要來自于道床沖洗水、結(jié)構(gòu)滲漏水和消防廢水等[1]。道岔基坑安裝了轉(zhuǎn)轍機(jī)及其控制設(shè)備，積水會使轉(zhuǎn)轍機(jī)桿件等機(jī)械部分銹蝕、老化，極端情況下也會造成電路短路、設(shè)備燒毀，導(dǎo)致信號失表、道岔線路轉(zhuǎn)換不到位，影響地鐵正常運(yùn)營，引發(fā)運(yùn)營事故。

1 當(dāng)前積水治理方法

1.1 堵漏法

對基坑進(jìn)行仔細(xì)勘察，找出滲漏點(diǎn)，對滲漏部位進(jìn)行鉆孔、注漿，然后重新涂刷防水材料[2]。

此方法對堵漏工藝要求較高，施工難度較大，雖然在短期內(nèi)解決了滲漏水問題，但存在長期、重復(fù)多次堵漏的可能性，且未從根本上解決排水問題。

1.2 人工排水法

每天運(yùn)營結(jié)束后，由維護(hù)人員巡查各道岔基坑，用水勺等工具將基坑積水清除[3]。

此方法實(shí)施難度小，積水清除也較為徹底，但人力成本較高，如果出現(xiàn)積水嚴(yán)重或突發(fā)情況無法及時應(yīng)對。

1.3 潛污泵排水法

在基坑低洼處安裝一小型潛污泵，設(shè)置高低水位傳感器，實(shí)現(xiàn)自動排水功能[4]。

此方法實(shí)施難度較大，且因基坑深度有限，傳統(tǒng)潛污泵安裝擺放存在困難，也無法將積水排除干凈，又因水位高低差較小，水泵頻繁啟停，故障率較高。

以上為當(dāng)前治理道岔基坑積水問題的主要方法，雖有實(shí)際應(yīng)用但效果均不太理想。道岔基坑積水問題已成為地鐵運(yùn)營管理的一道難題，研究一套新方法、設(shè)計(jì)一套新裝置已是迫切需要。

2 新型氣壓排水方法

設(shè)計(jì)一款新型氣壓排水裝置，主要是由真空泵、集水箱、控制箱、吸水裝置、傳感器、閥門和管路等組成。

當(dāng)吸水裝置中的液位傳感器檢測到道岔基坑高水位后，真空泵啟動抽真空；當(dāng)集水箱到達(dá)一定真空度后，道岔基坑積水在大氣壓力下進(jìn)入集水箱；當(dāng)?shù)啦砘拥退换蚣涓咚粫r，真空泵停止運(yùn)行；當(dāng)集水箱到達(dá)高水位后，排水口電磁閥打開，水在正壓（可利用真空泵打正壓）或自身勢能作用下排出至就近排水溝或集水井。氣壓排水原理如圖1 所示。

圖1 氣壓排水原理圖

3 氣壓排水裝置設(shè)計(jì)

3.1 吸水裝置

吸水裝置安裝在道岔基坑內(nèi)，底部和側(cè)面均采用304不銹鋼濾網(wǎng)式設(shè)計(jì)；上部預(yù)留吸水管和液位計(jì)安裝孔；吸水裝置參考尺寸為200mm×200mm×250mm，也可根據(jù)現(xiàn)場工況做非標(biāo)設(shè)計(jì)。吸水裝置示意圖如圖2 所示。

圖2 吸水裝置示意圖

吸水裝置的立體式濾網(wǎng)設(shè)計(jì)，不但能有效隔離較大顆粒物和廢物垃圾，防止管路堵塞，而且徹底解決了液位傳感器的固定問題，使液位信號更準(zhǔn)確，啟停泵控制更到位。

3.2 集水箱

集水箱可掛墻安裝，也可落地安裝。集水箱建議采用304 不銹鋼材質(zhì)，容積不小于40 L，耐壓不低于1.0 MPa；頂部預(yù)留真空泵和液位計(jì)安裝接口，上部預(yù)留進(jìn)水管接口，下部預(yù)留排水管接口，底部預(yù)留排污管接口，所有接口建議采用內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)；正面安裝一個壓力真空表；根據(jù)需要安裝落地支架或掛墻掛鉤。集水箱示意圖如圖3 所示。

圖3 集水箱示意圖

3.3 集水坑

對于新建或部分在建道岔基坑，建議在基坑內(nèi)設(shè)置300mm×300mm×200mm 的集水坑，即可滿足氣壓排水裝置的工作要求。集水坑的面積和深度也可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。道岔基坑積水通過車站2‰的縱坡，匯流至集水坑，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)水位后，氣壓排水裝置啟動將水吸走。

對于已建成的道岔基坑，在確定氣壓排水裝置位置后，將吸水裝置直接固定在基坑相對低洼處即可。

3.4 真空泵及其他

真空泵建議采用旋片式，抽氣速率不低于10 m3/h，功率不超過1 kW，自帶良好的散熱功能，具備良好的防塵防水功能或配備防塵防水罩。

液位傳感器采用電極式，三極一體化安裝，電極長度分別與吸水裝置和集水箱高度匹配，探針采用304 不銹鋼材質(zhì)。

電磁閥、排污閥等水閥門建議采用304 不銹鋼材質(zhì)，水管可選用不銹鋼管、鍍鋅鋼管或性能良好的PVC 供水管。

就地控制箱應(yīng)具備IP65 防護(hù)等級。若需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，應(yīng)配備相對應(yīng)的通信模塊或端口。

3.5 電路控制

主回路主要包括斷路器、接觸器、熱繼電器和真空泵等元器件?？刂苹芈吠扑]選用PLC 控制，也可根據(jù)實(shí)際需要采用繼電器控制，并用馬達(dá)保護(hù)器替代熱繼電器。下面以采用繼電器控制為例作簡要說明。

就地控制箱面板設(shè)置指示燈有5 個，分別為真空泵運(yùn)行指示燈LD1、停止指示燈LD2，排水閥開啟指示燈LD3和關(guān)閉指示燈LD4，真空泵故障指示燈LD5；設(shè)置手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)一個（SA1）；設(shè)置按鈕4 個，分別為真空泵手動開啟按鈕SB2、停止按鈕SB1，排水閥手動開啟按鈕SB4、停止按鈕SB3。

配備中間繼電器7 個，分別為基坑高水位KA1、低水位KA2，集水箱高水位KA3、低水位KA4，真空泵自動控制KA6，排水閥手動控制KA5、排水閥自動控制KA7；配備時間繼電器一個，為排水閥自動延時KT1；排水閥2 個，分別為Y1 和Y2?？刂苹芈吩韴D如圖4 所示。

圖4 控制回路原理圖

4 氣壓排水優(yōu)勢及推廣應(yīng)用

4.1 氣壓排水的優(yōu)勢

針對道岔基坑排水2 種不同方案（潛污泵排水和氣壓排水裝置排水）的比較見表1。

表1 2 種排水方案比較

從表1 中可看出，氣壓排水裝置排水相對于潛污泵排水，除初期投資較高外，在安裝要求、排水效果、維護(hù)管理和維護(hù)費(fèi)用等方面，均存在明顯優(yōu)勢。

4.2 推廣應(yīng)用

氣壓排水裝置較完美地解決了既有線路上單個道岔基坑的積水問題。對于同區(qū)域的多個道岔基坑，也可只設(shè)置一個氣壓排水集中控制站，每個基坑安裝一套吸水裝置、控制閥門和管路與集中控制站相連，當(dāng)有基坑積水到達(dá)高水位時，就打開相應(yīng)的閥門進(jìn)行抽真空排水。此方案通過集中抽真空，就地解決了分散道岔基坑的排水難題，較單體氣壓排水裝置有很高的經(jīng)濟(jì)性。因涉及大量的管路安裝，故在既有線路上改造有一定的難度，但在新線設(shè)計(jì)中有很高的推廣價值。

5 結(jié)論

利用氣壓排水裝置的技術(shù)優(yōu)勢，可以有效解決道岔基坑積水問題，尤其是對既有線路的改造簡單可行，成本低、工期短、見效快。在新線設(shè)計(jì)中，可根據(jù)現(xiàn)場需要，設(shè)置氣壓排水集中控制站，同時解決多個道岔基坑積水問題，實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)安全與經(jīng)濟(jì)效益的雙提升。