严寒地区城市轨道交通给排水及消防系统设计探讨

毛天广，周明俊，张永恒

（1.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037；2.中国市政工程东北设计研究总院有限公司，吉林 长春 130000）

轨道交通现在是城市最受欢迎的交通工具之一，其具有大容量、高速度、高频次、低污染、不拥堵、简约化、环境舒适等特点，为人们提供一个绿色环保的出行条件。给排水及消防系统主要包括生产生活给水系统、水消防系统、排水系统、气体灭火系统及灭火器的配置。既为人们的出行安全保驾护航，也对提高服务质量及舒适性至关重要，是城市轨道交通建设不可或缺的一部分。

然而在我国北方地区，尤其是东北和西北，冬季温度极低且时间长。以长春市为例，年平均气温仅4.6℃，1月份平均气温-15.1℃，最低温度达-36.5℃，全年冰冻期长达5个月，冻土层厚度1.69m，给排水及消防管道冻裂现象屡见不鲜，对给排水及消防系统的运营维护是一大难题。本文笔者根据从事多条严寒地区城市轨道交通线路给排水及消防系统设计，总结一些应对方法，希望为广大设计者们提供一些参考。

1正文

1.1管道保温系统

管道保温系统必不可少，保温材料选用不燃级（A级）的防火保温材料，绝热层采用复合硅酸镁管壳，外包不燃性玻璃布复合铝箔防潮层，并在防潮层外表面包铝合金薄板保护层。防冻保温材料的绝热层厚度为50mm，防结露保温材料的绝热层厚度为30mm。由于普通防结露保温和防冻保温作用有限，温度过低区域还需设置电保温系统。采用串联型恒功率加热电缆，当管道温度低于设定温度时，伴热系统自动启动伴热回路开始工作，即对管道进行加热，管道温度上升，当管道温度上升到设定温度时，伴热系统自动停止加热。此伴热程序周而复始的进行，使得管道温度始终保持稳定，从而起到主动为管道伴热保温的作用，保证管道系统冬季正常运行。保温材料及电保温系统的设计均应满足国家标准图集《管道和设备保温、防结露及电伴热》（16S401）的相关要求。所有设置电保温的管道均应设置常规防冻保温，与出入口相连的站厅公共区及站台板下给排水及消防管道应设置常规防冻保温，除做防冻保温的管道外，其他敷设在车站吊顶内或穿过设备区走道房间的给排水管均应设防结露常规保温。对于电保温设置范围，各地根据具体天气情况有所差别，一般越往北设置范围越大。

1.2消防管道防冻方案

城市轨道交通内要设置消火栓给水系统，并且是消防的主要方式，在常规设计中，消防给水管道一般采用湿式系统，管道处于常态充水状态［1］。在严寒地区，缺乏热源，如果不采取有效措施，则会造成消防管道内的水结冰，形成阻塞或冻涨，破坏管道、阀门和消火栓等，严重影响了消防设施使用可靠性，危及人民生命财产安全［2］。设置电保温系统投资大，每延米造价高达500～600元，同时需消耗大量电能，平均每米功率将近50W，不利于可持续发展，因此电保温能少用尽量少用。

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）第7.1.3条：室内环境温度低于4℃或高于70℃的场所，宜采用干式消火栓系统；第7.1.5条：严寒、寒冷等冬季结冰地区城市隧道及其他构筑物的消火栓系统，应采取防冻措施，并宜采用干式消火栓系统和干式室外消火栓［3］。同时，天津市已经出台了地铁干式消火栓系统技术标准，适用于地下区间和地面站、高架站的干式消火栓系统的设计，为城市轨道交通内采用干式消防系统提供了理论依据。与湿式消防系统相比，干式系统平时管道内无水，不存在冻结问题，因此不需要电保温系统，可以减少工程投资、运营成本。

然而《水消规》中第7.1.6条也对干式消火栓系统提出了要求，即干式消火栓系统的充水时间不应大于5min。在流速受限的情况下，5min内所能充水长度较为有限，对于地铁车站的规模，5min内达不到最不利点充水要求，因此，可以采取局部干式系统，即在车站风道、出入口、出入段线洞口等温度较低区域局部采用干式系统，设备区走廊、公共区等温度较高部位采取湿式系统，既能满足充水时间要求，又能减少工程投资及运营成本。对于车站规模较小的地上站，能够满足充水时间要求，由于地上站内冬季更加寒冷，且设置保温影响装修效果，采用干式系统则避免了问题的发生。

对于干式消防系统，若要5min内充满更长管道或者方案更加稳妥，可适当缩小管径及增大泵的流量，使流速增大，充水速度能够加快。另外，在运营过程中，入冬之前切记要将管道内水放空，以免气温骤降冻裂管道。

1.3出入段线洞口防冻方案

出入段线洞口一直敞开，加之列车往返，温度极低，尤其是雪融水，白天融化，夜间结冻，反复冻融，导致出入段线洞口附近冰坨较大，覆盖线路排水沟和轨道，影响列车运行，需安排专人凿冰，大大增加了工作量，在线路排水沟设置加热电缆，可达到融冰的作用，提高运营的自动化程度。然而，较长区域线路排水沟、给排水及消防管道需设置电保温，消耗大量电能，大大增加了运营成本。因此，可在出入线洞口设置防寒门，将隧道密封，列车经过时将门开启，列车走后将门关闭，达到保温的效果，可大大缩短电保温的长度，降低运营成本。

1.4敞口风井及出入口排水管防冻方案

地铁车站两端设有风亭，当风井为敞口时，为了防洪，底部设有集水坑，坑内设置潜污泵，将水抽至室外。同时，集水坑兼顾收集结构渗漏水的作用；同时，车站出入口扶梯底部为了防止电梯被淹，也设置有集水坑，主要收集结构渗漏水及冲洗废水，通过泵将水排至室外市政排水管网。然而，由于风井及出入口与外界连通，冬季温度极低，管道及集水坑容易结冻，管道可通过设置电保温进行保温，然而集水坑保温却是一大难题，目前还没有较为成熟的方案，水泵被冻现象时有发生，因此，严寒地区冬季风井及出入口排水系统基本上处于瘫痪状态。鉴于冬季降水主要为雪，且土壤结冻，很少有结构渗漏水，因此，风井及出入口底部集水坑冬季基本没水，排水系统处于闲置状态。为了防止水泵冻坏及节约电能，水泵冬季需提出集水坑，管道可不设置电保温，冬季将管道内水泻空，防止冻裂，这在东北地区是较为普遍的方案。

1.5站台层管道防冻方案

站台层由于受风井及列车往返活塞风影响较大，温度比站厅层低，尤其是端门外设备区走廊，管道若设置于吊顶，需设置电保温，不仅增加投资，同时增加运营维护费用。站台板下层是相对封闭空间，温度较高，可不设置电保温。因此，可将站台层管道设置于站台板下层，提高经济性，同时，站台板下层管道安装及检修较为方便，不影响公共区乘客乘车。

1.6小管径给水立管防冻方案

管道公称直径越小，就越容易冻结［4］；而在城市轨道交通车站内部，生产、生活给水管管径基本上小于DN80，尤其地铁地下站站台层废水泵房及冲洗栓给水管管径通常为DN25，下到站台层时可设置于站台板下进行保温，但立管若通过风道下至站台层，尤其是新风道，即使设置电保温，也很难避免不结冻，因为小管径电保温不能双路缠绕敷设，只能单路直线敷设，存在受热不均现象。因此，设计时立管尽量避开设置于风道，设置于设备房间内是一种有效避免结冻的方法。

1.7主废水泵房防冻方案

南方地区车站主废水泵房通常设置为敞开式，结合站台层端头活塞风阀处设置，水泵、阀门等设备均设于敞开式泵房内，可缩短车站长度，减少投资。而在北方地区，水泵必须设置于室内，要有独立的封闭房间，一方面便于冬季维护检修，另一方面也是考虑到防冻保温。

1.8室外重力排水管线防冻方案

市政公用排水管线起点埋深较浅，但是其流量大，污水自身带有一定温度，虽然在冰冻线之上，一般也不会出现冻结现象。对排水用户支线及流量较小的市政管段影响较大。当市政管线较浅时，为保证排水正常运行，通常对埋深更浅的出户管段进行保温处理［5］。根据现行《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003（2009年版）要求，生活污水接户管道埋设深度不得高于土壤冰冻线以上0.15m，当采用埋地塑料管道时，排出管埋设深度可不高于土壤冰冻线以上0.50m［6］。因此，当标高不够时，可改用塑料管，适当抬高标高；当塑料管标高仍不满足要求时，可增加保温层，在管道外包裹聚氨酯材料，达到保温的效果。对于标高能够满足要求的重力排水管道，若平时系统排水量较小，可适当增大排水管坡度以减少管线冻结［7］。

1.9室外消火栓防冻方案

室外管道必须设置在冻土层以下，室外消火栓应设置为地下式，室外消火栓和阀门井均应采用双层保温井盖，并宜设置于背风向阳处。

1.10地上站卫生间防冻方案

地上站通常地上一层为站厅层，地上二层为站台层，由于墙体较薄，且为了美观，经常采用钢结构及幕墙形式，基本上不做墙体保温，加之站台层与室外相通，列车进出带有活塞风，基本上与室外温度一致，因此站台层更加寒冷，站厅层空间相对较为封闭，温度较高。若将卫生间设置在站台层，给水及排水管需设置在站台板下层，站台板下层与室外连通，类似通风道，管道极易结冻，造成卫生间不能使用，给乘客和工作人员带来不便。因此，地上站尽量将卫生间设置在站厅层，排水管道可埋地敷设，给水干管敷设在吊顶内，支管尽量设置在内墙，避免在外墙剔槽暗装，卫生间内设置采暖措施，可有效防止卫生间结冻；同时，由于地上站通常为侧式站台，卫生间设置在站台层对于相反方向乘客需跨越站台，不甚方便，框架式车站将卫生间设置在站厅层，对于两个方向乘客都方便使用。

1.11其他方案

对于出入口，可设置电热风幕，阻挡冷空气进入车站；风道内设置墙体保温，阻挡站内热量散失；对于消防泵房，由于规范有最低温度要求，并且消防泵房通常设置在风道、出入口等附属部位，温度较低，因此需设置电采暖器；室外消防水池水位应控制在冻土层以下等。

2结论及建议

总之，轨道交通是城市的重点工程，给排水及消防系统是轨道交通的重要组成部分，在严寒地区设计重点是防冻，如果防冻方案合理，既可以保证消防、行车等诸多方面的安全，又减少工程投资，也可以降低运营维护成本，延长使用寿命。设计者需本着安全、节约、合理设计的原则，对整个给排水及消防系统的防冻统一考虑，在重点环节上多下功夫，多总结，敢于突破，探索出一套合理的给排水及消防系统保温方案，保证寒冷季节水系统功能的正常发挥。