地鐵盾構區間內置式泵房設備配置方案研究

文｜廣州地鐵設計研究院股份有限公司 崔家琪

常規地鐵地下區間廢水泵房通常結合聯絡通道設置在區間最低點，然而，針對軟土地區聯絡通道（兼廢水泵房）的施工，一般采用“凍結法加固、礦山法暗挖”，存在施工風險大、工程造價高，后期融沉沉降量大，持續時間長等缺點。區間內置式泵房就是創新性的將廢水泵房從聯絡通道調整至區間隧道軌行區下方，利用軌道下方道床及隧道結構空間作為集水池。

本文針對區間內置式泵房的設置特點，著重研究與之相符合的設備配置方案。

1 試驗目的

為了研究盾構區間內置式泵房的設備配置方案，搭建實體試驗平臺開展試驗。試驗測試在正常工況下及消防工況下，泵房內潛污泵運行的排水效果，以及液位控制方案的運行效果。同時指導系統方案優化設計。

2 試驗條件

2.1 結構條件

試驗現場拼裝12 環盾構管片模擬地鐵盾構區間，其中在第4 環和第9 環盾構管片底部采用鑿除的方式分別設置兩處潛水泵泵坑，泵坑尺寸480mm（L）×800mm（W）×220mm（D）。

2.2 道床條件

在拼裝好的盾構管片上澆筑混凝土，在底部中間預留14400mm（L）×800mm（W）×600mm（D）集水池，兩端設混凝土擋水墻封閉。道床混凝土澆筑前，道床與管片貼合面底部、管片與擋水墻貼合面頂部均采用遇水膨脹聚氨酯止水膠封閉，避免水進入道床下或滲出擋水墻外。兩側道床之間每間隔1.2m 設置一處橫撐，橫撐尺寸800mm（L）×200mm（W）×200mm（H）。道床面預留水管槽和電纜槽，槽深寬均為100mm。道床澆筑完畢后在整個集水池底部涂抹20mm 厚防水砂漿。泵房試驗土建條件布置圖詳見圖1、圖2。

3 試驗設備

3.1 設備參數

潛水泵選用A、B、C 三種型號水泵各兩臺進行對比試驗。潛水泵參數對比如表1。

3.2 試驗管道設置

圖1 泵房試驗土建條件平面布置圖

圖2 泵房試驗土建條件橫斷面圖

考慮限界要求及管路水力條件，單泵出水管設置為DN65，雙泵出水管設置為DN125，反沖洗管設置為DN40。并在單管出水管路上設置橡膠軟接頭、壓力表、止回閥、流量計、閘閥等管道附件。壓力表和流量計分別用來測試潛水泵運行過程中的揚程和流量。

3.3 控制系統工作方式

集水池中設液位傳感器，液位傳感器提供就地高報警水位、1#開泵水位、2#開泵水位、停泵水位、低報警水位顯示，通過控制柜實現就地自動控制泵的啟、停。

集水池內設潛水泵兩臺，平時一用一備，依次輪換工作，消防或必要時兩臺同時工作。集水池內設四個水位，分別是：超低報警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、第二臺泵啟泵水位兼超高報警水位。

其控制要求如下：

（1）超低水位報警，同時控制回路保證水泵均處于停泵狀態。

（2）當水位達到停泵水位時，兩臺泵均能停止工作。

（3）當水位上升到達第一臺泵啟泵水位時，第一臺泵啟動。

（4）當水位繼續上升到達第二臺泵啟泵水位時，第二臺泵啟動，控制回路保證兩臺泵都處于運行狀態，并發出報警信號。

4 試驗內容

圖3 泵房試驗管道連接平面布置圖

以5m3/h（正常工況）、38m3/h（消防工況）的流量往集水池中注入水，潛水泵在自動控制模式下運行，主要考察潛水泵是否能將注入的水及時排出集水池，同時檢測如下指標。

檢測潛水泵的如下指標：

（1）流量；（2）揚程。

檢測液位控制系統的如下指標：

（1）第一臺水泵啟動水位動作；（2）第二臺水泵啟動水位動作；（3）超高水位動作（報警）；（4）停泵水位動作；（5）超低水位動作（報警）。

5 試驗結果

5.1 潛水泵參數測試

在相同的管路條件下，測試潛水泵的流量、揚程參數。（見表2）

表1 潛水泵參數

表2 潛水泵參數測試

5.2 控制系統測試

潛水泵在自動控制模式下運行，設置超低水位報警液位H1，停泵液位H2，一泵啟泵液位H3，二泵啟泵水位兼超高水位報警液位H4。以5m3/h（正常工況）、38m3/h（消防工況）的流量往集水池中注入水，測試潛水泵控制系統動作情況。為測試超低水位報警情況，手動開啟潛水泵將集水池液位抽至設定H1 值，測試控制系統報警情況。（試驗液位至均以潛水泵所處泵坑位置底面為0.00）

（1）試驗1（設計液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.55m，H4=0.75m。（見表3）

（2）試驗2（100mm 液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.35m，H3=0.45m，H4=0.55m。（見表4）

（3）試驗3（50mm 液位間隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.35m，H4=0.40m。（見表5）

在設計液位間隔、100mm 液位間隔、50mm 液位間隔條件下，三種潛水泵控制系統均能夠正常運行，正常控制潛水泵的動作，能夠發出設定的液位報警信號。但C型潛水泵由于采用浮球式液位計，受限于液位計精度問題，水泵動作水位較設計水位偏離較大。

表3 設計液位間隔潛水泵動作情況

表4 設計液位間隔潛水泵動作情況

表5 設計液位間隔潛水泵動作情況

6 結論

試驗中選用的三種潛水泵采用不同的液位控制系統、不同的水泵電機冷卻系統，試驗結果顯示三種設備均能在設定情況下有效動作，但是隨著控制系統的精度提升，設備的動作靈敏程度也逐步增強。另外，由于C 型水泵不具備自冷卻系統，在試驗過程低液位運行的情況下，水泵出現了發熱較為嚴重的情況。

綜上，建議在盾構區間內置式泵房中選用控制系統精度高，水泵具備自冷卻系統的設備。