地铁无水源车站临站取水系统探究

2021-11-16史云天

智能城市 2021年19期

史云天

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300142）

地铁线路多设在城市主要客运通道上，建于城区各主要道路、商业区、住宅区的车站，周边市政管网相对完善，具备从自来水管网接入2根或1根给水引水管的条件，以满足车站用水要求。综合考虑城区带动近郊区县发展建设的方案，部分地铁线路延伸至郊区，因沿线市政管网不完善或其规划建设晚于车站建设等原因，车站运营初期无可用的自来水管网，影响车站必要用水的供应。鉴于此，文章以某地铁线路为研究对象，对多座无水源车站经由区间布设的给水管道自相邻车站取水的设计方案进行研究，并探讨其经济性，为相关工作提供参考。

1 给水系统方案设计

地铁线路某区段内设有A、B、C三座连续的地下二层岛式车站。B、C车站均无可用水源，仅第一座车站A周边城市自来水管网完善，可满足自身及后续两座车站用水量要求。鉴于此，设计采取自第一座车站A室外自来水管网取水（市政管网供水水压0.18～0.25 MPa），由新风井引入车站，于区间隧道内安装给水管道为后续两个车站逐级供水的形式。其中车站B由车站A室外自来水管网经由区间管道直供，车站C再经设于车站B内的变频给水设备加压供水。

供水设备、管道布置如表1所示。

表1 供水设备、管道布置

2 取水系统方案计算

研究中，车站A为水源车站，自车站A站外DN400自来水管道引1根DN200给水管，依靠市政压力将水经由地下隧道输送至车站B。

供水压力满足车站B内消防水池补水、卫生洁具水压要求（以站厅层设置的冲洗水栓应满足0.10 MPa计算）和贮水箱进水压力要求。

用于服务车站C的贮水箱、变频给水设备设于车站B的站厅层给水泵房内。水箱需储存车站C25%的最高日用水量以及变频给水设备10 min流量的总和。

变频给水设备流量由车站C生产生活用水流量、消防水池补水流量具体确定，扬程选择满足车站C消防水池正常补水及站厅层卫生洁具水压要求。

车站B、C用水量经计算应满足高峰时生产、生活用水量的同时，可实现48 h内补足消防水池360 m3有效用水（补水流量取4.0 L/s）的要求。

各车站取水、用水点高差变化如表2所示，管道水力计算如表3所示。

表2 车站供水高差变化单位：m

表3 管道设置及参数

2.1 车站A水源点所需水压计算

A站水源点至B站消防水池补水点（富余水头0.02 MPa）及站厅层0.10 MPa用水点处的管网损失依次为：Hg（1a）=0.054 MPa，Hg（1b）=0.042 MPa。

如满足车站B内a、b用水点的水压要求，则车站A水源点所需自来水管网压力为：

式中：Hdl——倒流防止器的损失（MPa），按5 m计算；Hg——车站自供水点至用水点处管网损失（MPa）；Hp——车站用水点处所需压力值（MPa）；HZ——车站供水点至用水点处高差（m）；Hsb——通过水表的损失（MPa），按5 m计算。

经计算，车站B内a、b用水点处水压满足要求时，水源点供水压力值需分别为Ha=0.168 MPa，Hb=0.178 MPa，均未超过水源点处自来水管网0.18～0.25 MPa的压力限值，可实现站内的正常用水[1]。

2.2 车站C变频给水设备流量、扬程计算

自车站B内变频给水设备至车站C消防水池补水点（富余水头按0.02 MPa计）及站厅层0.1 MPa用水点处的管网损失依次为：Hg（2a）=0.043 MPa，Hg（2b）=0.004 MPa。

如满足车站C内a、b用水点的水压要求，则车站B内变频给水设备扬程为：

经计算，车站C内a、b用水点处水压满足要求时，车站B变频给水设备扬程需分别为13、14.1 m，两者取最大值，则变频给水设备扬程取15 m，最大流量为10 L/s（36 m3/h）。车站C最高日用水量约为200 m3/d，则车站B内变频给水设备配套水箱容积V=200×25%+36/6=56 m3。水箱尺寸5.00 m×4.00 m×3.50 m。

3 主要经济因素分析

3.1 给水系统经济分析

给水系统主要设备及材料包括变频给水设备1组（有效容积56 m3水箱1套），主输水管道4 250 m（室外De200PE管100 m、室内DN200内外涂塑钢管2 550 m、DN150内外涂塑钢管1 600 m）以及电伴热保温共计1 100 m（电伴热以被保温管道长度计，DN200管道用电伴热650 m、DN150管道用电伴热450 m）。设备设施总投资约为251万元，另有电伴热系统年运营费用约10.68万元。

3.2 管材选取分析

输水管道绝大部分布设于区间隧道内（其中A～B区间长为2 250 m，B～C区间长为980 m）。考虑隧道内-15～50 ℃的环境温度、10%～100%相对湿度以及强电磁干扰环境。本研究中车站及区间内的管道均采用内外涂塑钢管，因其兼备金属管及塑料管的优点，耐腐蚀性能良好，机械强度高，安装方便，同时管道内壁光滑，阻力系数小，可以实现高效输水。相比于内外涂塑钢管，部分工程的区间输水管道采用球磨铸铁管，其强度高、电阻大、耐电腐蚀性强、造价低，但安装及固定难度较大。

上述两类管材对于隧道内的潮湿环境均具有良好的适用性，但就本研究而言，球墨铸铁管阻力系数大，如果将方案中A～B区间内的DN200管道及B～C区间内的DN150管道改用球墨铸铁管，管道总造价降低约50万元，但管道损失加大，车站A水源点处水压要求将由0.178 MPa升高为0.215 MPa，如果车站A市政给水压力低于0.18 MPa，车站B内用水点的水压难以保证。车站C的变频给水设备的扬程也将升高，增加了电机功率及设备造价。

3.3 管径选取分析

地铁区间隧道内管线多，设备安装空间紧张。A～B区间DN200管道及B～C区间DN150管道安装时需要严格遵守《地铁设计规范》（GB 50157—2013）对设备限界及管道间距等的要求。如DN200管道可减小为DN150规格，则更利于管线排布和设备安装。本研究中DN200内外涂塑钢管如在区间内调整为DN150规格，流速变为0.92 m/s，管道水损明显增大，对车站A水源点处水压要求将由0.178 MPa升高至0.282 MPa，远大于市政管网可提供的压力，无法保证后续车站的供水安全。但对于区间较短、市政给水压力大的车站，采用此取水方案，获得消防部门及运营部门允许后，可根据具体的计算结果选取管道，以DN150管道为宜。