城市轨道交通地铁工程给排水及消防系统设计探析

2022-03-21张玉龙

甘肃科技纵横 2022年11期

张玉龙

（兰州市轨道交通建设有限公司, 甘肃兰州 730030）

当下, 经济发展快速向前, 城市化进程稳中趋快, 人们的出行频率及品质也在不断提高, 我国城市轨道交通从无到有, 迅速发展, 恰恰满足了人们“安全、便捷、品质”的出行服务需求。西部主要城市也积极推动了地铁系统发展, 促进城市内部的互联互通。在地铁建设过程中, 排水及消防系统设计对其长期稳定运行有极其重要的基础作用。现就西部某市地铁站设计和施工过程中给排水和消防系统遇到的需求及问题, 做出总结及探讨。

1 工程概况

该站位于3条主干道交接的十字路口, 车站呈东西方向布置。该地铁车站的有效站台中心里程YDK24+060.445, 标准段宽23.3 m, 标准段高13.54 m, 线间距为17.2 m。站厅有效站台中心里程处装修面相对标高为5.10 m, 绝对标高为1 506.403。车站线路纵坡为由西向东2‰的下坡, 站位处地形平缓。本站为地下四层站, 其中, 地下一层、地下二层为商业开发层, 地下三层为车站站厅层, 地下四层为车站站台层。车站设3个出入口, 2个风亭组, 6个风井。

2 给水系统

该站所在地铁线路的给水系统首要功能是监控各车站内、外的给水情况, 将相关设备的参数控制在合理范围。地铁给水系统的设计主要考虑3 大因素, 即水质、水压和水量, 应根据生产、生活和消防等各项实际运用的不同要求, 结合市政给水系统等因素确定。

给水水源采用城市自来水, 此方式安全、经济、便捷。市政供水压力为0.25 MPa, 由其中一个主干道的DN300 市政给水管上接出一根DN150 的给水管, 设水表井, 在引入管水表井后接一路DN100 水管供车站生产生活用水, 另一路DN100接入消防水池。

2.1 生产、生活给水系统

地铁生产、生活给水点主要包括车站卫生间、常规接触式低噪音冷却塔、污水和废水泵房、不锈钢冲洗栓、空调系统等。一般情况下, 在保证市政自来水水压在0.25 MPa 的前提下, 该类给水点通过主管道与市政自来水管道直接相连接, 加装水表及倒流防止器, 并在车站内呈枝叶状分布[1］。在进行地铁站给排水系统规划时, 需考虑节假日工作人员及乘客的高密度性, 生产生活给水系统需做好高负荷下水量的需求, 车站用水量汇总表见表1所列。

表1 车站用水量汇总表

2.2 消防给水系统

地铁线路沿线的消防给水系统设计主要考虑水源、流量。

消防水源一般情况下由市政给水管网提供, 设置给水表, 具体消防用水方案依据市政给水枝状管网或环状管网（双路、单路供水水源）确定[2］。同时, 消防水源必须同时满足供水量和供水压力要求。当供水压力低于消防用水压力要求时, 应按不同需求选择立式罐、卧式罐、补气式、胶囊式消防增压稳压给水设备；当供水量低于消防用水压力要求时, 应增加消防水池（采用预制混凝土消防水池）、消防水泵（离心消防泵）及增压稳压装置。考虑到施工难度, 在双水源车站, 建议使用“一站一区间”的消防范围保护模式, 即一个站台区间属防火环节部分, 达到简化操控的目的；若没有双水源, 为解决区间设置消防连通管难题, 建议将消防范围设置在车站两端[3］。

经测算, 该地铁车站附近的市政水源不满足车站的消防用水要求, 需设置消防水池、消火栓泵及消防稳压增压设备。消防用水量见表2所列。室内消火栓系统用水量为144 m3, 室外消火栓系统用水量为216 m3；另根据消防审查要求, 本站的站厅层和站台层公共区需设置自喷系统, 自喷水量为108 m3。因此, 消防水池有效容积不小于468 m3。消防供水范围为该地铁车站及该地铁车站—邻站区间（以车站端头为分界）。为车站消防泵房供水的消防水池设置在地下一层商业层, 储存室内和室外消防水池的用水, 有效容积468 m3, 设室外取水口, 消防水池通气管、溢水管设18目不锈钢防虫网。

表2 车站消防用水量汇总表

3 排水系统

该地铁车站排水系统的首要功能是保证车站排水不出现堵塞, 安全运营。其次对生活、生产污水进行初步处理, 减少环境污染, 达到排放标准, 从而实现社会水资源集约化管理。现采用分流制排水方式, 遵守《城市轨道交通给水排水系统技术标准》GB51293-2018, 生活污水和生产废水分类收集, 并匹配环评报告。每个地下车站的污水都将增加独立的污水收集排放系统, 设置除臭装置特殊处理。一般排水预处理工艺选择生物接触氧化或膜生物法。

3.1 污水系统

该地铁车站污水来源主要为站内卫生器具排水。卫生间内污水通过重力流和管道坡度进入污水集水池, 后通过潜污泵提升至地面排水压力检查井清除堵塞, 消能后排入三相分离化粪池, 最终排入市政污水管道。车站排水量汇总表见表3所列。本车站在站厅层和站台层分别设有男、女厕所各一处。站台层污水泵房内设置污水密闭提升装置（外置式两台污水泵, 单台参数Q=15 m3/h, H=35 m, N=7.5 KW/台）, 污水扬水管由排风井引出排至室外检查井, 经化粪池处理后排入临夏路上DN400 市政污水管道。污水处理主要通过沉淀、过滤、生物氧化等工艺除去悬浮物及生物性污染物后排放, 降低污染。

表3 车站排水量汇总表

在进行车站的污水系统规划时, 需加强防渗漏措施, 确保不造成地下水污染。此外, 在车站污水泵房设计中, 真空泵无法在复杂的乘客环境下达到理想的排污效果, 可考虑密闭水箱污水提升设备。现行地铁排污系统主要有重力排污、真空排污、生态厕所以及一体化排污, 设计时根据技术特点、经济性、环保性、运行可靠性合理选择。

3.2 废水系统

该地铁车站地下车站及地下区间的生活及消防等各类废水通过DN100 排水地漏流入轨道排水明沟, 再次进入废水池。然后在主废水泵站, 用螺旋泵或污水泵泵入城市污水压力检查井。待废水水位升至高于内部水位, 通过重力作用排入市政污水系统, 再汇流到城市污水处理厂[4］。值得注意的是, 地铁结构渗漏水如蜂窝麻面漏水、变形裂缝漏水、施工缝漏水、结构裂缝漏水均加速管线锈蚀, 故需优选抗腐蚀性较高的给排水系统管线材料。

3.3 雨水系统

该地铁车站雨水系统主要由两部分组成, 即车站出入口与出入洞线路堑雨水系统。排水设计的标准一般按当地重现期P=30年的暴雨强度计算, 管渠集流时间根据需求按5～15 min 计。工程设计中, 综合投资、运维便捷以及防汛安全等多角度考虑, 设置雨水泵房, 明确泵站设计规模与水泵配置, 车站出入口雨水依靠泵抽升排入城市雨水管道。

一般情况下, 为高效率收集雨水, 在敞开式出入口的自动扶梯下面设置集水坑和雨水排出潜水泵, 内设2 台潜水泵, 遵从一备一用原则, 暴雨天气或消防排水时同时启动。泵提升雨水经压力井后, 最终排入市政雨水管道系统。

4 消防系统

地铁车站的消防安全不容忽视, 构建便捷高效的地铁消防系统, 保障地铁应急处置设施良好, 具有重要的现实意义。在地铁建设中水消防系统是防灾设计的重要内容之一, 而消防水源作为地铁水消防系统的根基, 其为水消防系统安全、稳定运行提供了重要保障。

4.1 消火栓系统

该地铁车站工程中设置室内、室外消防给水系统, 消火栓位置、数量严格按照国家《地铁设计防火标准》进行。在室内消火栓设计流量时, 应按安装位置划分标准。如, 位于地下车站内部至少不低于20 L/s；位于出入口通道及地下区间的至少不低于10 L/s。同时, 车站站厅层、站台层、设备层等处均应设置室内消火栓。总体而言, 消火栓设置一般交叉布置, 覆盖车站全范围, 并保证水柱保护充足。

增压泵扬程流量设置、消火栓泵启停控制装置、消防水泵接合器设置均应符合国家标准《消防给水及消火栓系统技术规范》GB 50974的规定。室内消火栓、室外消火栓的数量、位置、水流量设置标准为消防泵进行加压后形成消防环网, 快速扑灭火灾。其中, 地下车站的室外消火栓设置数量应满足灭火救援要求, 且不应少于2个, 其室外消火栓设计流量不应小于20 L/s。

综合考虑多方因素（车站的位置、高程、引水压力）, 制定消防方案, 确保每个消防区段内均有两路互不干涉且均满足消防水量要求的给水引入或设置消防水池。

4.2 自动喷水灭火系统

该地铁车站一期工程消防设计专向审查要求, 地下车站超过三层的站厅站台公共区域应设置自动喷水灭火系统。自动喷水灭火系统用于地铁消防, 可在火灾蔓延之前实现控制。其中, 喷淋泵组是自动喷水灭火系统的重要部件, 根据使用条件重点选择[5］。在工程设计中, 喷头布置、高位消防水箱、水泵流量和扬程、下置式稳压泵均按《消防给水及消火栓系统技术规范》严格执行。

5 存在的问题及对策

5.1 优化管线铺设连接设计

该城市地铁车站沿线基础设施多样, 市政管线繁杂, 对地铁主体施工造成较多干扰, 因此需进行移改。迁改设计方法如下：（1）就地铁路线与各市政部门沟通, 了解管线布置, 进行物探勘测；（2）梳理重点市政管线, 并整理成精准的图表资料, 商讨有效的解决方案；（3）明确各个管道的作用性质, 根据实际环境条件完成相关的管线改迁设计, 实现城市给排水和地铁给排水的周全衔接；（4）关注消防管道的管径、材质及连接方式；（5）切实参考相关管理部门意见, 对设计方案进行完善。

5.2 重视管线材料的合理选择

在地铁运营中, 给排水及消防系统的管道腐蚀是常见问题之一。管道是工程实施最重要的基础材料, 管线材料的选择更是工程设计的核心问题。选择管道主要考虑价格和耐腐蚀性。价格选择根据工程预算做出合理分配, 耐腐蚀性选择应考虑使用环境及腐蚀因素。可根据已开通地铁运营经验选择, 如参考深圳地铁给排水管材选用：室外生活给水管（衬塑钢管/PE管）、室内生活给水管（衬塑钢管）、卫生间给水管（衬塑钢管）、车站消防水管（热镀锌钢管）、区间车站消防水管（球墨铸铁/双压兰）[6］。

地铁给排水及消防工程的科学设计及应用价值取决于工程材料的合理选择。材料选择应做到以下两点：（1）充分了解材料信息, 做好相应材料的市场调研, 在价格和性能二者间做出最优选择, 为相应设计方案的不断完善提供参考信息；（2）地铁给排水管道的耐腐蚀性是关注重点, 必须严把质量标准关卡, 科学评估质量可靠性, 遵守材料采购流程, 筛选出符合实际需求的管道产品。

5.3 注重细节设计的实用性

地铁给排水工程的科学设计需要关注实用效果, 关注设计细节, 与现实使用更加贴合。因此需要做到：（1）优化通气管道布局, 减少堵塞死角, 并设计好堵塞后的管道解决方案[7］；（2）注意孔洞与套管的预留、预埋, 控制孔洞预留的准确率, 包括车站废水泵房处的预留预埋等；明确套管的材质、形状及位置[8］；（3）优化设备位置, 包括检修阀门设置位置、消火栓设置位置、污水管道设置、设备区走道内给排水管道设置等, 节省空间；（4）贯彻绿色发展理念, 优化节能节水措施, 包括污废水系统处理流程、雨水的回收与利用、消防系统稳压方式以及消防环网等[9］。