特殊情況下地鐵軌道道床兼設廢水泵房的研究與思考

徐彩彩

（中國鐵路設計集團有限公司，300251，天津∥工程師）

在常規的地鐵工程中，地下線區間一般采用將廢水泵房與聯絡通道合并建設的模式，即聯絡通道兼設廢水泵房。例如，某項目地質軟弱，其中一區間左線與右線疊落布置，聯絡通道及泵房施工風險極高，且易引發地鐵內涌水及結構破壞，給運營安全帶來極大隱患。考慮到近些年來，聯絡通道和廢水泵房合建項目施工事故頻發。因此，該區間聯絡通道被取消，改為在道床內設置廢水泵房。

對國內地鐵項目中軌道道床兼設廢水泵房的設計情況及應用現狀進行了調研，在此基礎上，針對具體情況，分析研究了在軌道道床內設置廢水泵房的方案及措施。

1 軌道道床兼設廢水泵房現狀的調研分析

取消區間聯絡通道，將廢水泵房設在軌道道床內作為工程項目特殊情況下的一種處理措施，在天津、寧波及廣州等城市的地鐵項目中均有應用。其中，天津地鐵5號線，道床內開了4個0.5 m×0.5 m的孔，鋼彈簧浮置板基底設置1處10.0 m（長）×0.7 m（寬）×0.2 m（深）的集水坑。集水坑內設置4臺額定流量為10 m3/h的潛污泵。天津地鐵6號線也有利用軌道道床設置廢水泵房的情況。其軌道道床內設置約10.0 m（長）×0.50 m（寬）×0.37 m（深）的集水坑，且在集水坑內設置了潛污泵。寧波軌道交通1號線（東南路站—出入段線區間）軌道道床設置2處2.2 m（長）×0.6 m（寬）×0.5 m（深）的集水坑，每處集水坑內各設置2臺額定流量為10 m3/h的潛污泵。

通過調查發現，天津地鐵軌道道床內泵房使用情況進行調查，存在以下問題：①由于潛污泵所在的軌道道床集水坑長期積水，故鋼軌及扣件等部件銹蝕較嚴重，浮置板道床內隔振器也被水浸泡。②潛污泵故障次數多，更換較頻繁。③道床表面出現破碎、掉塊等現象。

2 軌道道床內廢水泵房集水坑尺寸計算

以某采用盾構法施工的地鐵工程項目為例，分析軌道道床內廢水泵房集水坑尺寸的計算方法。

2.1 軌道結構高度

盾構法施工地鐵隧道內徑為5.9 m，外徑為6.6 m，管片為厚350 mm的C50鋼筋混凝土管片。為盡可能降低道床積水對軌道結構的影響，在取消聯絡通道的特殊區間內，鋼軌頂面至建筑限界的垂向距離加大至940 mm，鋼軌頂面至盾構管片內壁最大距離為1 090 mm。

2.2 道床內廢水泵房集水坑容積

受限界與道床結構的影響，廢水泵房設于道床內時，集水坑的深度和寬度均受限制。因此，須選擇結構緊湊、占地面積小的潛污泵。經核算，案例工程采用設計額定流量為10 m3/h的潛污泵。根據《地鐵設計規范》要求，區間排水泵站的集水池有效容積不應小于1臺最大排水泵15～20 min的出水量［1］。經計算，道床內集水坑的有效容積約為2.5 m3。

2.3 廢水泵房集水坑尺寸

綜合考慮道床斷面、軌距、軌枕尺寸、道床鋼筋布置、廢水泵房容積要求等因素，泵房集水坑深度取0.7 m，寬度取0.6 m。根據集水坑有效容積、寬度、深度及水泵啟泵水位高度等進行計算，集水坑長度取10 m。道床結構及集水坑尺寸如圖1所示。

圖1 地鐵隧道軌道道床結構示意圖

道床內設置廢水泵房后，原來的整體道床幾乎被分割成2個近似三角形的承軌臺，道床與盾構管片間的主要受力接觸面為沿盾構壁的傾斜弧面。道床的整體性被削弱。列車運行過程中，在垂向荷載和橫向荷載的作用下，道床與盾構管片之間易產生相對位移，存在道床剝離、軌道穩定性降低的風險。

為分析道床在列車荷載作用下的受力及位移變形情況，采用有限元法建立隧道與道床結構計算模型。在模型中，道床及盾構隧道均采用實體單元模擬，混凝土道床與盾構管片之間通過接觸單元聯系，盾構管片外部進行全約束。由于隧道內溫差較小，因此不考慮溫度變化對道床的受力變形影響。主要計算參數如表1所示。

表1 主要設計參數

建立10 m長的道床模型，并在道床中部施加1個轉向架（即2個輪對）產生的垂向荷載與橫向荷載，且左右2塊道床的橫向荷載方向相同。經計算分析，輪對作用位置所在的道床斷面的應力及位移較其他地段大。故圖2中僅列出了輪對作用位置所對應的道床斷面的道床應力及位移分析結果。

（1）從圖2 a）、圖2 b）可知，左側道床塊在列車垂向壓力和橫向拉力的作用下，道床與管片接觸處最大垂向位移為0.004 8 mm，最大橫向位移為0.004 5 mm，位移值均很小。從圖2 c）可知，道床最大拉應力為0.81 MPa，在混凝土抗拉強度設計值1.71 MPa允許范圍內。

（2）從圖2 d）可以看出，隨著道床與盾構管片之間摩擦系數的增大，與管片接觸位置處的道床橫向位移逐漸減小。因此，可通過采取在盾構管片內植筋等措施增大道床與盾構管片之間的摩擦系數，進而減小道床與管片接觸位置處的道床橫向變形。

綜上分析可知，道床內設置廢水泵房后，軌道結構強度能滿足列車安全運行的需求。因此案例項目集水坑尺寸按10.0 m（長）×0.6 m（寬）×0.7 m（深）設計，在理論上是可行的。

3 建議

綜合考慮國內已運營地鐵項目軌道道床廢水泵房存在的問題，以及工程施工、列車運行等可能存在的不確定性情況，為進一步確保道床結構安全可靠性，同時促進廢水泵房排水功能正常發揮，提出以下幾方面建議：

圖2 軌道結構受力分析圖

（1）借鑒工程經驗，在廢水泵房兩側道床塊之間，沿縱向每隔1.5 m左右增設1道橫向鋼支撐，可進一步提高道床抵抗橫向力的能力（如圖3所示）；同時通過在盾構管片植筋的方式，加強道床與基礎結構之間的聯結，增加道床與盾構管片之間的摩擦力，從而進一步減小道床與盾構管片之間的相對變形。

圖3 道床設橫向鋼支撐示意圖

（2）集水坑內沉積的泥沙及大型污物易阻塞潛污泵的進水口，使水泵無法正常運轉。故道床內廢水泵房集水坑的上游位置處，應設置進水篦子及塵沙池，以防止泥沙及雜物進入集水坑內。此外，應選用具有自動冷卻裝置的潛污泵，以防止水泵燒壞；合理設置啟泵水位，及時排除集水坑內的廢水，避免道床積水浸泡、腐蝕軌道部件。

（3）沿泵房長度范圍內，道床表面與盾構管片銜接界面處涂刷防水砂漿之類的防水涂料，避免道床與盾構管片剝離。泵房范圍排水用的各種管線應采取在道床內預留橫槽的方式進行敷設，避免后期大量開鑿，破壞道床結構。

（4）列車運行振動易導致泵房內各設備螺栓脫落，北京、廣州地區均出現過螺栓脫落現象。因此平時應加強道床廢水泵房的日常巡檢。

（5）高等減振道床和特殊減振道床由于結構形式需要，其減振元件浸水后容易失效，不宜設置廢水泵房。如必須設置，應結合土建條件，在確保道床結構強度的前提下，加大集水坑深度，同時水泵啟泵水位應不超過基底水溝表面，避免因積水浸泡減振原件而影響軌道減振性能。

4 結語

地鐵工程項目中因特殊情況取消區間聯絡通道，而使廢水泵房必須設置在軌道道床內時，應在確保軌道強度和穩定性的前提下，根據限界、道床結構及排水要求合理確定道床集水坑尺寸。經理論計算與分析，本文研究的項目，集水坑尺寸采用10.0 m（長）×0.6 m（寬）×0.7 m（深）是可行的。通過采取在廢水泵房兩側道床塊之間增設橫向鋼支撐，在盾構管片植筋的方式，進一步增強軌道結構安全可靠性。通過采取在道床廢水泵房集水坑的上游位置處設置進水篦子及沉砂池、增強對泵房設備的巡檢維護等措施，促進廢水泵房排水功能正常發揮。

除了對軌道結構進行合理設計外，還應結合工程條件，盡可能地優化限界設計，增加廢水泵房范圍內的軌道上建高度；同時，應采用具有自動冷卻功能的水泵，并合理設置啟泵水位，及時排除廢水。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.地鐵設計規范：GB 50157—2013［S］.北京：中國建筑工業出版社，2013.

［2］ 孫雪兵.國內地鐵首條越江區間聯絡通道結構設計［J］.鐵道工程學報，2014（2）∶72.

［3］ 劉宗洲.軌道交通隧道區間排水泵房設計［J］.隧道建設，2011（5）：588.

［4］ 蔡煒，岳廣學.地鐵工程聯絡通道與廢水泵房合并施工對隧道變形的影響［J］.北京交通大學學報，2010（4）：123.

［5］ 任志堅，佘才高.南京地鐵盾構隧道聯絡通道設計與施工［J］.都市快軌交通，2005（5）：50.

［6］ 金磊.軟土地區地鐵隧道聯絡通道實施風險與監理對策［J］.城市軌道交通研究，2010，13（4）：29.