城市轨道交通地下区间排水系统设计分析

辛振兴 孟继来

摘 要：雨水及废水泵房集水池容积应根据雨水及废水的计算水量合理设置，避免设置过大，同时要根据水泵特性及启停要求合理选取水泵流量。为保证工程质量及运营可靠性，优先采用一根扬水管设置方案，并加强区间各专业接口管理。

关键词：城市轨道交通;区间排水;水泵选型;废水池深度;扬水管

中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）14-0095-03

Abstract： The volume of the rainwater and waste water pump room collection tank should be set reasonably according to the calculated water volume of rainwater and waste water to avoid setting it too large， at the same time， the pump flow rate should be selected reasonably according to the pump characteristics and start-stop requirements. In order to ensure the quality of the project and the reliability of operation， a water-raising pipe setting plan is given priority， and the management of each professional interface in the interval is strengthened.

Keywords： urban rail transit;section drainage;water pump selection;wastewater tank depth;water-raising pipe

某市城市軌道交通一期工程线路长度约为32 km，其中，地下区间线路长度约为23 km，高架区间线路长度约为8 km，剩余过渡段长度约为0.9 km。全线共设17座车站，其中，地下车站有14座，高架车站有3座，车辆基地设置为一段一场，地下车站穿越市内两条河流。

1 区间废水泵房设计

为了便于排水及节能，区间线路均为“高站位、低区间”的V字形，废水系统的区间废水泵房设置在区间线路实际坡度最低点，一般与区间联络通道合建在一起，废水泵房位于联络通道的下方，目前，绝大部分地铁线路采用这种形式，内设两台排水泵，一用一备，交替启动，必要时2台同时工作。

1.1 区间最大小时排水量的计算

1.1.1 区间隧道结构渗漏水。根据《地铁设计规范》（GB 50157—2013）相关条款要求，区间隧道结构渗漏水的平均渗漏量不应大于0.05 L/（m2·d），任意100 m2防水面积渗漏量不应大于0.15 L/（m2·d）。取渗漏量[q]为0.15 L/（100 m2·d），广东某线盾构区间直径[D]为6 m，对于不设中间风井的区间，距离一般不超过1.5 km，为便于计算，取长度[L]为1.5 km，则区间隧道结构设计渗漏水量[Qs]=[πD]×2L×[q]/100=84.78 L/d。

1.1.2 区间隧道消防废水。按照相关规范，全线消防按同一时间发生一次火灾考虑，车站发生火灾时，消防废水汇入车站废水泵房，区间发生火灾时，消防废水汇入区间废水泵房。由于空间受限，地铁在区间发生火灾时一般采用2支消防水枪同时灭火[1]。每支水枪的出水量为5 L/s，即隧道消火栓给水系统用水量定额为10 L/s，消防废水的排水量与用水量相同，即区间隧道消防废水量[Qx]=36 m3/h。

1.1.3 区间最大小时设计排水量。区间发生火灾时，根据实际运营情况，此时会停止区间隧道冲洗等与消防无关的工作，所以区间最大小时排水量的计算仅需要考虑消防废水量与区间渗漏水量。区间最大小时设计水泵的排水量为消防时的排水量与结构渗漏水量之和，由于结构渗漏水量极少，可忽略不计，即[Qf]=[Qx]=36 m3/h，区间最大小时设计排水量[Qf]取36 m3/h。

1.2 潜污泵及废水泵房计算

废水泵房内设2台排水泵，互为备用，交替启动，必要时（如消防工况），两台水泵同时启动，即每台水泵的计算出水流量[qf]>[Qf]/2=18 m3/h。由于两台水泵同时运行与单台水泵运行时管路特性曲线的差异，本研究确定单台水泵流量为20～35 m3/h。集水池有效容积按取一台水泵流量30 m3/h、运行20 min计算，则集水池有效容积约为6.7 m3。

集水池内设超低报警水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、第二台泵启泵水位和超高报警水位，共计5个水位。超低报警水位为水泵的最低保护水位，低于此水位，水泵电机暴露在空气中长期运行，容易因发热而烧坏，根据常用废水泵产品特性，一般流量20～35 m3/h、扬程30 m左右的废水泵的最低保护水位介于300～500 mm，取500 mm;受水泵运行时液面波动的影响，停泵水位一般高于最低报警水位100 mm左右;为有效保证容积水位，停泵水位至第一台泵启泵水位之间的距离为1 200 mm;受水泵运行时液面波动起伏的影响，第二台泵启泵水位一般高于第一台泵启泵水位100 mm左右;超高报警水位一般高于第二台泵启泵水位100 mm，同时低于预埋进水管水位100 mm左右[2]。

本项目中预埋进水管深度为1 100 mm，即超低报警水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、第二台泵启泵水位和超高报警水位分别为-2.70 m、-2.60 m、-1.40 m、-1.30 m、-1.20 m。集水池的尺寸为3 000 mm×2 000 mm×3 200 mm（长×宽×深），如图1所示。

如果区间废水泵房位于河流等水域下方，潜污排水泵排水流量应加大，使得2台排水泵的总排水能力达到非水域下方泵房内3台排水泵的能力，潜水泵排水能力一般为30～55 m3/h，按排水能力50 m3/h计算，得出超低报警水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、第二台泵启泵水位和超高报警水位分别为-3.90 m、-3.70 m、-1.40 m、-1.30 m、-1.20 m。集水池的尺寸为3 000 mm×2 500 mm×4 500 mm（长×宽×深）。

1.3 区间废水泵房扬水管的设置

区间废水泵房扬水管的设置主要有三种形式，分别为顶出式、沿区间单侧引出式及沿区间双侧引出式。

1.3.1 顶出式设置方案。顶出式扬水管设置方案最显著的特点是废水扬水管不需要沿区间隧道敷设，一般在泵房顶部上方的地面道路绿化带中设置检修井，采用钻孔法，以钻孔桩的形式钻入隧道，然后设置一根DN250 mm的钢套管，泵房扬水管经钢套管接入地面检修井，如图2所示[3]。图中，管径单位均为mm。

1.3.2 单侧引出设置方案。扬水管沿隧道单侧引出时，排水方案如图1所示。此种设置方式最为常见，从区间废水泵房沿着区间隧道一侧敷设一根扬水管，经由距离较近的车站引出至地面，接入雨水井或废水检查井。

1.3.3 双侧引出设置方案。扬水管沿隧道双侧引出时，排水方案如图3所示。此种设置方式在近几年的地铁设计中逐渐被采用，从区间废水泵房沿着区间隧道两侧各敷设一根扬水管，同时由距离较近的车站引至地面，排入雨水井或废水检查井。图中，管径单位均为mm。

以上三种扬水管的设置方式在地铁中均有采用，其中第一种扬水管的设置方式在广州等地的早期地铁线路中应用较多，此方案在建设期施工的难度较大，并且在后期运营维护方面有诸多不便，一旦扬水管出现泄漏，很难维修，目前，新线已经较少应用;第二种扬水管的设置方式最为普遍，与第一种敷设方式相比，施工难度较小，后期运行维护和材料更换比较简单，扬水管如有故障，可在晚上停运检修窗口及时修复;第三种扬水管的设置方式也有应用但较少，设置2条排水管互为备用，会增加过轨管道数量，并且根据实际运营经验，地铁区间仅在夜间较短时间内进行检修维护，白天线路正常运行时很难监控或维修，因此区间敷设2条压力排水管本身也会相应增加区间运营检查维修的工作量及难度，同时由于长期处于振动状态，也需要充分考慮其管道安全性、可靠性。

2 接口

区间给排水与轨道、BAS（地铁环境与设备监控系统）专业的接口较为重要，接口设计是否合理、完善，直接关系到本专业设计质量的好坏，是工程实施的关键所在[4]。

2.1 区间废水泵房预埋管及过轨扬水管的设置

区间废水泵房预埋管常用做法是埋设球墨铸铁管，管径不小于200 mm，坡度为10‰;扬水管常用做法是预埋厚壁不锈钢管，管径为100 mm。这两处预埋管是施工中容易出现工程质量缺陷的地方，埋设精度不高、位置偏差较大是造成缺陷的主要原因，一旦出现缺陷，整改较麻烦，因此给排水设计需要加强与轨道设计的沟通，准确提供资料，做好对施工单位的交底。同时，应做好不锈钢管与其他碳素钢材料的有效隔离，避免发生电化学腐蚀。

2.2 潜污泵控制要求

雨水及废水潜污泵均通过控制箱实现液位自动控制和现场就地控制，就近车站车控室显示每台水泵的运行状态、故障状态和水位状态等[5]。当紧急水位报警发出时，在就近车站车控室IBP盘（即综合后备盘）可手动远程控制启动潜污泵，即使出现显示元件故障，也不影响潜污泵紧急启动[6]。

3 结论

雨水及废水泵房集水池的有效容积应合理选取，选取过大会增加土建造价，选取过小会造成水泵频繁启动。雨水泵房应按照雨水汇水面积及暴雨强度计算选取，目前，很多地铁过渡段会架设全封闭雨棚，这样会大大降低雨水汇水面积，雨水泵房容积也应相应减小。位于非水域下方区间的废水泵房有效容积可取6.7 m3左右，位于水域下方区间废水泵房有效容积可取16.7 m3左右。区间对运营来说维护不方便，排水泵应选择性能稳定、结构简单、便于安装调试和运营维护的产品，并且尽量统一水泵规格，减少水泵型号数;沿区间敷设的扬水管尽量采用敷设1根的形式，做好过轨处接口管理，同时做好联络通道处管线的排布，减少对联络通道疏散功能的影响，提高运营安全性。

参考文献：

[1]曾国保.地铁消火栓消防系统设计要点[J].铁道标准设计，2003（5）：60-61.

[2]冯少凤.地铁区间排水设计总结[J].山西建筑，2017（8）：128-130.

[3]涂小华.广州市轨道交通3号线区间隧道排水设计[J].都市快轨交通，2004（1）：89-91.

[4]刘云辉，彭雄略.广州地铁区间排水系统水泵控制优化改造[J].科技风，2014（7）：5-6.

[5]陈妍.北京轨道交通大兴线工程地下区间给排水及消防系统设计[J].中国新技术新产品，2011（10）：53-54.

[6]车跃龙，曾国保.地铁给排水接口设计与管理[J].城市轨道交通研究，2013（8）：152-154.