地鐵盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)置式泵房設(shè)備配置方案研究

文｜廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 崔家琪

常規(guī)地鐵地下區(qū)間廢水泵房通常結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道設(shè)置在區(qū)間最低點(diǎn)，然而，針對軟土地區(qū)聯(lián)絡(luò)通道（兼廢水泵房）的施工，一般采用“凍結(jié)法加固、礦山法暗挖”，存在施工風(fēng)險(xiǎn)大、工程造價(jià)高，后期融沉沉降量大，持續(xù)時(shí)間長等缺點(diǎn)。區(qū)間內(nèi)置式泵房就是創(chuàng)新性的將廢水泵房從聯(lián)絡(luò)通道調(diào)整至區(qū)間隧道軌行區(qū)下方，利用軌道下方道床及隧道結(jié)構(gòu)空間作為集水池。

本文針對區(qū)間內(nèi)置式泵房的設(shè)置特點(diǎn)，著重研究與之相符合的設(shè)備配置方案。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為了研究盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)置式泵房的設(shè)備配置方案，搭建實(shí)體試驗(yàn)平臺開展試驗(yàn)。試驗(yàn)測試在正常工況下及消防工況下，泵房內(nèi)潛污泵運(yùn)行的排水效果，以及液位控制方案的運(yùn)行效果。同時(shí)指導(dǎo)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 試驗(yàn)條件

2.1 結(jié)構(gòu)條件

試驗(yàn)現(xiàn)場拼裝12 環(huán)盾構(gòu)管片模擬地鐵盾構(gòu)區(qū)間，其中在第4 環(huán)和第9 環(huán)盾構(gòu)管片底部采用鑿除的方式分別設(shè)置兩處潛水泵泵坑，泵坑尺寸480mm（L）×800mm（W）×220mm（D）。

2.2 道床條件

在拼裝好的盾構(gòu)管片上澆筑混凝土，在底部中間預(yù)留14400mm（L）×800mm（W）×600mm（D）集水池，兩端設(shè)混凝土擋水墻封閉。道床混凝土澆筑前，道床與管片貼合面底部、管片與擋水墻貼合面頂部均采用遇水膨脹聚氨酯止水膠封閉，避免水進(jìn)入道床下或滲出擋水墻外。兩側(cè)道床之間每間隔1.2m 設(shè)置一處橫撐，橫撐尺寸800mm（L）×200mm（W）×200mm（H）。道床面預(yù)留水管槽和電纜槽，槽深寬均為100mm。道床澆筑完畢后在整個(gè)集水池底部涂抹20mm 厚防水砂漿。泵房試驗(yàn)土建條件布置圖詳見圖1、圖2。

3 試驗(yàn)設(shè)備

3.1 設(shè)備參數(shù)

潛水泵選用A、B、C 三種型號水泵各兩臺進(jìn)行對比試驗(yàn)。潛水泵參數(shù)對比如表1。

3.2 試驗(yàn)管道設(shè)置

圖1 泵房試驗(yàn)土建條件平面布置圖

圖2 泵房試驗(yàn)土建條件橫斷面圖

考慮限界要求及管路水力條件，單泵出水管設(shè)置為DN65，雙泵出水管設(shè)置為DN125，反沖洗管設(shè)置為DN40。并在單管出水管路上設(shè)置橡膠軟接頭、壓力表、止回閥、流量計(jì)、閘閥等管道附件。壓力表和流量計(jì)分別用來測試潛水泵運(yùn)行過程中的揚(yáng)程和流量。

3.3 控制系統(tǒng)工作方式

集水池中設(shè)液位傳感器，液位傳感器提供就地高報(bào)警水位、1#開泵水位、2#開泵水位、停泵水位、低報(bào)警水位顯示，通過控制柜實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)控制泵的啟、停。

集水池內(nèi)設(shè)潛水泵兩臺，平時(shí)一用一備，依次輪換工作，消防或必要時(shí)兩臺同時(shí)工作。集水池內(nèi)設(shè)四個(gè)水位，分別是：超低報(bào)警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、第二臺泵啟泵水位兼超高報(bào)警水位。

其控制要求如下：

（1）超低水位報(bào)警，同時(shí)控制回路保證水泵均處于停泵狀態(tài)。

（2）當(dāng)水位達(dá)到停泵水位時(shí)，兩臺泵均能停止工作。

（3）當(dāng)水位上升到達(dá)第一臺泵啟泵水位時(shí)，第一臺泵啟動(dòng)。

（4）當(dāng)水位繼續(xù)上升到達(dá)第二臺泵啟泵水位時(shí)，第二臺泵啟動(dòng)，控制回路保證兩臺泵都處于運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號。

4 試驗(yàn)內(nèi)容

圖3 泵房試驗(yàn)管道連接平面布置圖

以5m3/h（正常工況）、38m3/h（消防工況）的流量往集水池中注入水，潛水泵在自動(dòng)控制模式下運(yùn)行，主要考察潛水泵是否能將注入的水及時(shí)排出集水池，同時(shí)檢測如下指標(biāo)。

檢測潛水泵的如下指標(biāo)：

（1）流量；（2）揚(yáng)程。

檢測液位控制系統(tǒng)的如下指標(biāo)：

（1）第一臺水泵啟動(dòng)水位動(dòng)作；（2）第二臺水泵啟動(dòng)水位動(dòng)作；（3）超高水位動(dòng)作（報(bào)警）；（4）停泵水位動(dòng)作；（5）超低水位動(dòng)作（報(bào)警）。

5 試驗(yàn)結(jié)果

5.1 潛水泵參數(shù)測試

在相同的管路條件下，測試潛水泵的流量、揚(yáng)程參數(shù)。（見表2）

表1 潛水泵參數(shù)

表2 潛水泵參數(shù)測試

5.2 控制系統(tǒng)測試

潛水泵在自動(dòng)控制模式下運(yùn)行，設(shè)置超低水位報(bào)警液位H1，停泵液位H2，一泵啟泵液位H3，二泵啟泵水位兼超高水位報(bào)警液位H4。以5m3/h（正常工況）、38m3/h（消防工況）的流量往集水池中注入水，測試潛水泵控制系統(tǒng)動(dòng)作情況。為測試超低水位報(bào)警情況，手動(dòng)開啟潛水泵將集水池液位抽至設(shè)定H1 值，測試控制系統(tǒng)報(bào)警情況。（試驗(yàn)液位至均以潛水泵所處泵坑位置底面為0.00）

（1）試驗(yàn)1（設(shè)計(jì)液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.55m，H4=0.75m。（見表3）

（2）試驗(yàn)2（100mm 液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.35m，H3=0.45m，H4=0.55m。（見表4）

（3）試驗(yàn)3（50mm 液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.35m，H4=0.40m。（見表5）

在設(shè)計(jì)液位間隔、100mm 液位間隔、50mm 液位間隔條件下，三種潛水泵控制系統(tǒng)均能夠正常運(yùn)行，正常控制潛水泵的動(dòng)作，能夠發(fā)出設(shè)定的液位報(bào)警信號。但C型潛水泵由于采用浮球式液位計(jì)，受限于液位計(jì)精度問題，水泵動(dòng)作水位較設(shè)計(jì)水位偏離較大。

表3 設(shè)計(jì)液位間隔潛水泵動(dòng)作情況

表4 設(shè)計(jì)液位間隔潛水泵動(dòng)作情況

表5 設(shè)計(jì)液位間隔潛水泵動(dòng)作情況

6 結(jié)論

試驗(yàn)中選用的三種潛水泵采用不同的液位控制系統(tǒng)、不同的水泵電機(jī)冷卻系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果顯示三種設(shè)備均能在設(shè)定情況下有效動(dòng)作，但是隨著控制系統(tǒng)的精度提升，設(shè)備的動(dòng)作靈敏程度也逐步增強(qiáng)。另外，由于C 型水泵不具備自冷卻系統(tǒng)，在試驗(yàn)過程低液位運(yùn)行的情況下，水泵出現(xiàn)了發(fā)熱較為嚴(yán)重的情況。

綜上，建議在盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)置式泵房中選用控制系統(tǒng)精度高，水泵具備自冷卻系統(tǒng)的設(shè)備。