地鐵區間排水系統性能分析與優化

1 引言

GB 50157—2013《地鐵設計規范》[1]第12.1.5 條要求隧道工程中漏水的平均滲漏量應不大于0.05 L/（m2·d），任意100 m2防水面積滲漏量應不大于0.15 L/ （m2·d）；《地鐵設計規范》第28.3.3 條要求地下區間隧道消火栓給水系統用水量為10 L/s；火災延續時間，消火栓系統按2 h 計算。因此，區間排水泵設計流量一般在45 m3/h 左右，集水池有效容積不得小于最大一臺排水泵15～20 min 的出水量。

主排水泵站設在區間線路坡度最低點[2]，傳統地下區間排水方式結合區間聯絡通道設置區間廢水泵房， 但由于部分區間聯絡通道下方為鐵路等不利條件，無法下沉，無法結合聯絡通道設置區間主廢水泵站，針對此種情況，區間泵房位置結合道床設置內置泵站，下面就這兩種方式展開探討。

2 傳統排水方式

主排水泵站設在區間線路坡度最低點， 區間廢水泵房結合區間聯絡通道設置，線路排水溝下設置沉砂坑，沉沙坑內預埋兩根球墨鑄鐵管，球墨鑄鐵管以1%坡向廢水池。 實際運行中，出現過區間雜物進入集水池，破壞水泵的案例，因此，排水溝、排水管及軌道水坑等進入廢水池前均建議設置排水。

泵房內設置兩臺潛水泵，單泵流量Q=45 m3/h，廢水池總深度為2.5～3.0 m，有效水深為1.0～1.3 m，有效容積為7～8 m3。 揚水管沿隧道側壁敷設， 壓力廢水接至附近區間風井或車站出戶，最終接市政排水管網。 詳見圖1。

圖1 剖面圖（單位：mm）

區間聯絡通道本身位于區間結構底層， 利用聯絡通道設置水泵房，集水池設置在聯絡通道下方，總水深2.5～3 m，對于結構專業來說，集水池施工需提前對地下水進行處理，采用降水或止水方案，若降水或止水措施達不到目標要求，則施工風險極大。 集水池偏小可能造成滲水散排至行車線路并且影響行車安全，集水池偏大會增加工程造價，因此，應根據工程合理的選擇集水池大小。

潛水泵平時一用一備[3]，必要時依據液位兩臺同時使用。

3 普通內置泵站排水方式

聯絡通道處穿高鐵或不良地質特殊情況下， 結構無法下沉，因此，在道床下設置廢水池，廢水池內設置內置排水泵站。

廢水池范圍道床采用短枕式整體道床， 兩股鋼軌道床分離，為增加道床穩定性，兩側道床之間每間隔一段距離設置橫撐。 廢水池上設置鋼蓋板，蓋板與道床頂面齊平。

廢水池內設置3 臺低吸排水泵，受廢水池深度限制，潛污泵本體高度及自動耦合安裝高度均小于650 mm，停泵水位不得高于坑底250 mm，潛污泵需配備電機自冷卻系統，防止電機過熱易損。 水泵每小時允許啟動次數不小于20 次，整機使用壽命應不小于20 年，對于水泵性能要求較高。

排水泵兩用一備，平時輪換運行，火災時可3 臺泵同時運行。 水泵在道床集水坑內分散布置，固定安裝，每臺水泵揚水管及反沖洗管均需要在道床上預留管槽。揚水管合并后沿區間隧道外側接入車站或區間。為了保證行車限界安全，低吸泵安裝時高度不應超過道床面。 水泵控制柜安裝在區間隧道外側。

單泵流量Q=20 m3/h，廢水池有效容積約為5 m3，由于廢水池位于道床下設置，深度受到制約，可通過加大廢水池面積來滿足有效容積的需求。

4 鋼槽內置排水泵站方式

內置泵站如圖2 所示。 以軌道結構為雙塊式軌枕整體道床為例，北京新機場線采用該方式。

圖2 內置泵站

道床設置兩側水溝， 泵房與普通地段相接處設置橫溝，將兩側廢水匯入內置式泵房中心水槽。 采用普通內置泵站面臨下列問題：（1）道床中部需開足夠大水槽，將軌道結構切割為左、右兩部分，軌道整體性和穩定性不易保證；（2）盾構管片和道床混凝土為不同時期澆筑，二者之間存在冷縫，水進入二者間空隙可能造成道床剝離；（3）需預留專業接口，滿足水泵正常安裝需要；（4）需將鋼軌、扣件等易腐蝕部件與水槽隔離開，同時保證疏散功能；（5）需減少鐵屑等雜物進入排水溝及集水池。

采用鋼槽內置泵站可解決上述問題，具體如下。

1）采用預制軌道板，左、右兩個道床塊底部設置連接，盾構管片與道床之間設連接筋，提高軌道整體性和穩定性。

2）水槽防水采用鋼槽。 為避免水槽中積水沿混凝土裂紋進入道床結構，采用304 不銹鋼鋼槽（厚4 mm）作為澆筑底座混凝土模板，澆筑完成后不再取出。 鋼槽四周設置鋼筋，加強與底座連接。 為提高防滲能力，底座可提高混凝土等級或采用防滲混凝土。

為消除道床與盾構管片之間空隙，避免道床離縫、剝離，加強管片和道床之間連接，在盾構管片內植筋。

3）板間設置板縫以滿足水泵排水管、電纜等安裝。 水泵安裝在水槽內，其排水管、電纜等需要過軌，軌道預留實施條件。預制板之間可預留寬150 mm、深200 mm 板縫，相應位置處底座同樣開槽。 水泵排水管、電纜等可通過板縫過軌以滿足安裝條件。

4）預制軌道板上設置蓋板。 預制軌道板相鄰兩橫梁上設置蓋板，將水槽與軌道上部鋼軌、扣件等容易銹蝕部件隔離，兼顧疏散功能。 預制軌道板橫梁相應位置預留套管，蓋板通過螺栓固定在軌道板橫梁上。

水泵高出軌道板表面，該處蓋板需設計成U 形，保證蓋板下水泵的安裝空間。

5 應用比較

在對區間排水系統應用情況調研基礎上， 將上述排水系統各方面性能進行比較歸納，見表1。

表1 3 種排水方式情況表

傳統排水方式應用較廣泛， 技術相對成熟， 設備性能穩定，易于運營維護；設備投資適中；但對于土建影響較大，廢水池埋深較大。

區間內置排水泵站應用較少。 內置式泵房具有風險小、工期短等優勢，但同時又存在諸多問題。（1）水泵位于道床下方，運營期間水泵故障無法維護檢修，檢修條件較差[4]。（2）道床下方集水坑面積較大，環境潮濕，對軌道及扣件防腐要求高。 （3）泵站有效容積偏小，消防及爆管時集水池調蓄能力減小，容易造成水淹現象。 （4）道床下方設置廢水池深度受限，常規水泵無法滿足水泵啟、停水位需求，即使選擇低吸泵，水位較淺，水泵頻繁啟動，設備壽命有限，定期要更換設備等。 （5）低吸泵投資明顯高于常規水泵，道床下水泵數量多，單價高，多為進口泵。

6 結論

通過以上對比，傳統排水方式水池有效容積較大，后期運營維護簡單，對道床無影響；普通內置泵站排水方式水池有效容積較小，后期運營維護困難，水泵性能要求高、對道床影響較大。 鋼槽內置泵站排水方式與上述兩種排水方式相比，減少了對道床的影響，維護工作量相對來說減少，對水泵性能要求高。 在類似工況的項目上推薦采用。 并結合工程實際，進一步優化造價。