城市軌道交通地鐵工程給排水及消防系統設計探析

張玉龍

（蘭州市軌道交通建設有限公司, 甘肅 蘭州 730030）

當下, 經濟發展快速向前, 城市化進程穩中趨快, 人們的出行頻率及品質也在不斷提高, 我國城市軌道交通從無到有, 迅速發展, 恰恰滿足了人們“安全、便捷、品質”的出行服務需求。西部主要城市也積極推動了地鐵系統發展, 促進城市內部的互聯互通。在地鐵建設過程中, 排水及消防系統設計對其長期穩定運行有極其重要的基礎作用。現就西部某市地鐵站設計和施工過程中給排水和消防系統遇到的需求及問題, 做出總結及探討。

1 工程概況

該站位于3條主干道交接的十字路口, 車站呈東西方向布置。該地鐵車站的有效站臺中心里程YDK24+060.445, 標準段寬23.3 m, 標準段高13.54 m, 線間距為17.2 m。站廳有效站臺中心里程處裝修面相對標高為5.10 m, 絕對標高為1 506.403。車站線路縱坡為由西向東2‰的下坡, 站位處地形平緩。本站為地下四層站, 其中, 地下一層、地下二層為商業開發層, 地下三層為車站站廳層, 地下四層為車站站臺層。車站設3個出入口, 2個風亭組, 6個風井。

2 給水系統

該站所在地鐵線路的給水系統首要功能是監控各車站內、外的給水情況, 將相關設備的參數控制在合理范圍。地鐵給水系統的設計主要考慮3 大因素, 即水質、水壓和水量, 應根據生產、生活和消防等各項實際運用的不同要求, 結合市政給水系統等因素確定。

給水水源采用城市自來水, 此方式安全、經濟、便捷。市政供水壓力為0.25 MPa, 由其中一個主干道的DN300 市政給水管上接出一根DN150 的給水管, 設水表井, 在引入管水表井后接一路DN100 水管供車站生產生活用水, 另一路DN100接入消防水池。

2.1 生產、生活給水系統

地鐵生產、生活給水點主要包括車站衛生間、常規接觸式低噪音冷卻塔、污水和廢水泵房、不銹鋼沖洗栓、空調系統等。一般情況下, 在保證市政自來水水壓在0.25 MPa 的前提下, 該類給水點通過主管道與市政自來水管道直接相連接, 加裝水表及倒流防止器, 并在車站內呈枝葉狀分布[1］。在進行地鐵站給排水系統規劃時, 需考慮節假日工作人員及乘客的高密度性, 生產生活給水系統需做好高負荷下水量的需求, 車站用水量匯總表見表1所列。

表1 車站用水量匯總表

2.2 消防給水系統

地鐵線路沿線的消防給水系統設計主要考慮水源、流量。

消防水源一般情況下由市政給水管網提供, 設置給水表, 具體消防用水方案依據市政給水枝狀管網或環狀管網（雙路、單路供水水源）確定[2］。同時, 消防水源必須同時滿足供水量和供水壓力要求。當供水壓力低于消防用水壓力要求時, 應按不同需求選擇立式罐、臥式罐、補氣式、膠囊式消防增壓穩壓給水設備；當供水量低于消防用水壓力要求時, 應增加消防水池（采用預制混凝土消防水池）、消防水泵（離心消防泵）及增壓穩壓裝置。考慮到施工難度, 在雙水源車站, 建議使用“一站一區間”的消防范圍保護模式, 即一個站臺區間屬防火環節部分, 達到簡化操控的目的；若沒有雙水源, 為解決區間設置消防連通管難題, 建議將消防范圍設置在車站兩端[3］。

經測算, 該地鐵車站附近的市政水源不滿足車站的消防用水要求, 需設置消防水池、消火栓泵及消防穩壓增壓設備。消防用水量見表2所列。室內消火栓系統用水量為144 m3, 室外消火栓系統用水量為216 m3；另根據消防審查要求, 本站的站廳層和站臺層公共區需設置自噴系統, 自噴水量為108 m3。因此, 消防水池有效容積不小于468 m3。消防供水范圍為該地鐵車站及該地鐵車站—鄰站區間（以車站端頭為分界）。為車站消防泵房供水的消防水池設置在地下一層商業層, 儲存室內和室外消防水池的用水, 有效容積468 m3, 設室外取水口, 消防水池通氣管、溢水管設18目不銹鋼防蟲網。

表2 車站消防用水量匯總表

3 排水系統

該地鐵車站排水系統的首要功能是保證車站排水不出現堵塞, 安全運營。其次對生活、生產污水進行初步處理, 減少環境污染, 達到排放標準, 從而實現社會水資源集約化管理。現采用分流制排水方式, 遵守《城市軌道交通給水排水系統技術標準》GB51293-2018, 生活污水和生產廢水分類收集, 并匹配環評報告。每個地下車站的污水都將增加獨立的污水收集排放系統, 設置除臭裝置特殊處理。一般排水預處理工藝選擇生物接觸氧化或膜生物法。

3.1 污水系統

該地鐵車站污水來源主要為站內衛生器具排水。衛生間內污水通過重力流和管道坡度進入污水集水池, 后通過潛污泵提升至地面排水壓力檢查井清除堵塞, 消能后排入三相分離化糞池, 最終排入市政污水管道。車站排水量匯總表見表3所列。本車站在站廳層和站臺層分別設有男、女廁所各一處。站臺層污水泵房內設置污水密閉提升裝置（外置式兩臺污水泵, 單臺參數Q=15 m3/h, H=35 m, N=7.5 KW/臺）, 污水揚水管由排風井引出排至室外檢查井, 經化糞池處理后排入臨夏路上DN400 市政污水管道。污水處理主要通過沉淀、過濾、生物氧化等工藝除去懸浮物及生物性污染物后排放, 降低污染。

表3 車站排水量匯總表

在進行車站的污水系統規劃時, 需加強防滲漏措施, 確保不造成地下水污染。此外, 在車站污水泵房設計中, 真空泵無法在復雜的乘客環境下達到理想的排污效果, 可考慮密閉水箱污水提升設備。現行地鐵排污系統主要有重力排污、真空排污、生態廁所以及一體化排污, 設計時根據技術特點、經濟性、環保性、運行可靠性合理選擇。

3.2 廢水系統

該地鐵車站地下車站及地下區間的生活及消防等各類廢水通過DN100 排水地漏流入軌道排水明溝, 再次進入廢水池。然后在主廢水泵站, 用螺旋泵或污水泵泵入城市污水壓力檢查井。待廢水水位升至高于內部水位, 通過重力作用排入市政污水系統, 再匯流到城市污水處理廠[4］。值得注意的是, 地鐵結構滲漏水如蜂窩麻面漏水、變形裂縫漏水、施工縫漏水、結構裂縫漏水均加速管線銹蝕, 故需優選抗腐蝕性較高的給排水系統管線材料。

3.3 雨水系統

該地鐵車站雨水系統主要由兩部分組成, 即車站出入口與出入洞線路塹雨水系統。排水設計的標準一般按當地重現期P=30年的暴雨強度計算, 管渠集流時間根據需求按5～15 min 計。工程設計中, 綜合投資、運維便捷以及防汛安全等多角度考慮, 設置雨水泵房, 明確泵站設計規模與水泵配置, 車站出入口雨水依靠泵抽升排入城市雨水管道。

一般情況下, 為高效率收集雨水, 在敞開式出入口的自動扶梯下面設置集水坑和雨水排出潛水泵, 內設2 臺潛水泵, 遵從一備一用原則, 暴雨天氣或消防排水時同時啟動。泵提升雨水經壓力井后, 最終排入市政雨水管道系統。

4 消防系統

地鐵車站的消防安全不容忽視, 構建便捷高效的地鐵消防系統, 保障地鐵應急處置設施良好, 具有重要的現實意義。在地鐵建設中水消防系統是防災設計的重要內容之一, 而消防水源作為地鐵水消防系統的根基, 其為水消防系統安全、穩定運行提供了重要保障。

4.1 消火栓系統

該地鐵車站工程中設置室內、室外消防給水系統, 消火栓位置、數量嚴格按照國家《地鐵設計防火標準》進行。在室內消火栓設計流量時, 應按安裝位置劃分標準。如, 位于地下車站內部至少不低于20 L/s；位于出入口通道及地下區間的至少不低于10 L/s。同時, 車站站廳層、站臺層、設備層等處均應設置室內消火栓。總體而言, 消火栓設置一般交叉布置, 覆蓋車站全范圍, 并保證水柱保護充足。

增壓泵揚程流量設置、消火栓泵啟停控制裝置、消防水泵接合器設置均應符合國家標準《消防給水及消火栓系統技術規范》GB 50974的規定。室內消火栓、室外消火栓的數量、位置、水流量設置標準為消防泵進行加壓后形成消防環網, 快速撲滅火災。其中, 地下車站的室外消火栓設置數量應滿足滅火救援要求, 且不應少于2個, 其室外消火栓設計流量不應小于20 L/s。

綜合考慮多方因素（車站的位置、高程、引水壓力）, 制定消防方案, 確保每個消防區段內均有兩路互不干涉且均滿足消防水量要求的給水引入或設置消防水池。

4.2 自動噴水滅火系統

該地鐵車站一期工程消防設計專向審查要求, 地下車站超過三層的站廳站臺公共區域應設置自動噴水滅火系統。自動噴水滅火系統用于地鐵消防, 可在火災蔓延之前實現控制。其中, 噴淋泵組是自動噴水滅火系統的重要部件, 根據使用條件重點選擇[5］。在工程設計中, 噴頭布置、高位消防水箱、水泵流量和揚程、下置式穩壓泵均按《消防給水及消火栓系統技術規范》嚴格執行。

5 存在的問題及對策

5.1 優化管線鋪設連接設計

該城市地鐵車站沿線基礎設施多樣, 市政管線繁雜, 對地鐵主體施工造成較多干擾, 因此需進行移改。遷改設計方法如下：（1）就地鐵路線與各市政部門溝通, 了解管線布置, 進行物探勘測；（2）梳理重點市政管線, 并整理成精準的圖表資料, 商討有效的解決方案；（3）明確各個管道的作用性質, 根據實際環境條件完成相關的管線改遷設計, 實現城市給排水和地鐵給排水的周全銜接；（4）關注消防管道的管徑、材質及連接方式；（5）切實參考相關管理部門意見, 對設計方案進行完善。

5.2 重視管線材料的合理選擇

在地鐵運營中, 給排水及消防系統的管道腐蝕是常見問題之一。管道是工程實施最重要的基礎材料, 管線材料的選擇更是工程設計的核心問題。選擇管道主要考慮價格和耐腐蝕性。價格選擇根據工程預算做出合理分配, 耐腐蝕性選擇應考慮使用環境及腐蝕因素。可根據已開通地鐵運營經驗選擇, 如參考深圳地鐵給排水管材選用：室外生活給水管（襯塑鋼管/PE管）、室內生活給水管（襯塑鋼管）、衛生間給水管（襯塑鋼管）、車站消防水管（熱鍍鋅鋼管）、區間車站消防水管（球墨鑄鐵/雙壓蘭）[6］。

地鐵給排水及消防工程的科學設計及應用價值取決于工程材料的合理選擇。材料選擇應做到以下兩點：（1）充分了解材料信息, 做好相應材料的市場調研, 在價格和性能二者間做出最優選擇, 為相應設計方案的不斷完善提供參考信息；（2）地鐵給排水管道的耐腐蝕性是關注重點, 必須嚴把質量標準關卡, 科學評估質量可靠性, 遵守材料采購流程, 篩選出符合實際需求的管道產品。

5.3 注重細節設計的實用性

地鐵給排水工程的科學設計需要關注實用效果, 關注設計細節, 與現實使用更加貼合。因此需要做到：（1）優化通氣管道布局, 減少堵塞死角, 并設計好堵塞后的管道解決方案[7］；（2）注意孔洞與套管的預留、預埋, 控制孔洞預留的準確率, 包括車站廢水泵房處的預留預埋等；明確套管的材質、形狀及位置[8］；（3）優化設備位置, 包括檢修閥門設置位置、消火栓設置位置、污水管道設置、設備區走道內給排水管道設置等, 節省空間；（4）貫徹綠色發展理念, 優化節能節水措施, 包括污廢水系統處理流程、雨水的回收與利用、消防系統穩壓方式以及消防環網等[9］。

6 結束語

該條地鐵線路的開通, 不僅明顯改善了該城市早高峰面臨的交通壓力, 而且極大加強了城市內各區的流動溝通, 推動了經濟平衡發展, 其給排水及消防設計對今后國內甚至國際類似項目提供了很好的參考意義。