地铁区间排水设计总结

冯 少 凤

(佛山轨道交通设计研究院有限公司，广东 佛山 528000)



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地铁区间排水设计总结

冯 少 凤

(佛山轨道交通设计研究院有限公司，广东 佛山 528000)

针对地铁区间排水工程的特点，从地下区间排水系统、高架区间雨水系统、设计接口、防杂散电流等方面，阐述了地铁区间排水设计与计算方法，旨在迅速排除地铁区间的废水与雨水，确保行车的安全性。

地铁区间，排水系统，废水泵，雨水系统

0 引言

轨道交通已经成为城市交通运输的重要组成部分，尤其在经济发达的一二线城市，轨道交通是解决城市道路拥堵的不可或缺的交通工具。区间排水关系着行车安全，将废水、雨水迅速排除是排水设计的最终目的。区间排水主要为结构渗漏水、消防废水、洞口雨水。由于地下区间位于地下，废水、雨水不能靠重力排出地面，需要设置提升泵站，将废水、雨水集中收集后通过提升泵提升至地面，再接入市政排水系统中。

1 地下区间排水系统设计

1.1 区间排水量计算

根据GB 50157—2013地体设计规范第12.1.5.3“隧道工程中漏水的平均渗漏量不应大于0.05 L/(m2·d)，任意100 m2防水面积渗漏量不应大于0.15 L/(m2·d)”，地下区间结构渗漏水量按1 L/(m2·d)计算，渗漏水面积=区间断面周长×区间长度。消防废水量以区间消防用水量100%计算。

根据经验，一般盾构区间(断面直径6 m，长度小于1.5 km)，结构渗漏水量不大于49 m3/d，区间最大时排水量不大于40 m3/h。明挖区间横断面较盾构区间横断面大，相同长度下，明挖区间结构渗漏水量大于盾构区间结构渗漏水量。水泵流量可选20 m3/h～35 m3/h。

1.2 废水泵房设计

废水泵房设于线路的最低点，根据线路平纵断面图、结构平纵断面图确定区间最低点，设置废水泵房。废水池必须同时满足有效容积和有效深度要求。

废水池有效容积按不小于最大一台水泵15 min～20 min流量计算。规范规定水泵每小时启泵次数不应超过6次。水泵启动频繁容易磨损零部件，降低寿命。水泵平时靠液位自动控制。水位达到设定水泵启、停位置水泵自动启动或停止。

有效容积应是指停泵水位和最高水位之间水容积，而设计人员常常将池底到池顶的所有容积当做有效容积，结果导致水泵频繁启动。正确理解有效容积的概念及计算方法是很重要的。

废水池有效水深指的是最高水位与停泵水位的高差，净水深指的是最高水位与池底的高差，深度废水池有效水深应满足要求。以设置两台水泵为例，有效水深h=h2+h3+h4+h5；净水深h=h0+h1+h2+h3+h4+h5(见图1)。其中,h0为低报警水位；h1为一泵停泵水位；h2为一泵启泵水位；h3为二泵启泵水位；h4为高报警水位；h5为超高，一般取0.3 m。

如何设定最低报警水位是很多设计者的盲点，因为无论是在规范和设计手册中都没有明确的说明。最低报警水位的设定应从水泵的结构进行考虑。潜水泵最大的特点是，水泵叶轮和电机是一体化设计，水泵电机可以淹没在水中。水泵在运行过程中，电机会发热，为防止电机烧坏，需将水泵电机淹没在水中以达到降温目的。将最低报警水位设置于水泵最低运行液位(淹没电机)之上即可满足水泵冷却要求。

废水池面积和泵房面积要满足水泵、管道安装和检修要求，管道前检修空间不宜小于1.5 m。一般区间泵房面积15 m2左右，废水池净水深2.0 m～2.5 m。

1.3 区间废水泵扬程计算

根据《建筑给排水设计规范》第4.7.7.4条“水泵扬程应按提升高度、管路系统水头损失、另附加2 m～3 m流出水头计算”，则水泵扬程H=H1+H2+H3。其中,H1为废水池最低水位与地面排水管高差；H2为管路水头损失，包括沿程水头损失和局部水头损失，局部水头损失按沿程水头损失的30%计算；H3为流出水头，H3取3 m。

假设水泵流量为25 m3/h，排出管径为DN100，则当区间废水从车站排出时，距离长为500 m，水头损失约为11 m；当从泵房排出时，距离长约40 m，水头损失约为1 m。

设计要点：1)压力废水管流速宜为0.75 m/s～2 m/s。当管径过大，流速小于0.75 m/s，污水中的泥砂容易沉积堵塞管道；管径过小，流速大于2 m/s，水头损失增大，就要增大水泵扬程，增大设备成本。2)地下线路一般埋深为10 m～30 m，水泵流量可选20 m3/h～35 m3/h，扬程20 m～45 m。同一条线路中，为减少备用泵，水泵型号不宜超过5种，流量选择基本一样的，以扬程差小于5 m的为一档。如流量25 m3/h，扬程可选20 m,25 m,30 m等。3)根据水泵流量—扬程特性曲线图，选择工况点在高效段的水泵型号。尽量避免选择小流量，大扬程水泵。

1.4 洞口雨水系统设计

雨水系统主要将来自U形槽隧道洞口处敞开段的雨水排向市政排水系统。在车辆段出入段线U形槽隧道洞口处设置雨水泵房，洞口处敞开段的雨水，由横截沟截流后，接入泵房内集水池。集水池有效容积不小于最大一台水泵5 min～10 min的出水量。雨水泵房内设潜污泵三台互为备用，平时依次轮换工作，小雨时一台工作，大雨时两台工作，暴雨时三台同时工作，水泵总排水能力50年一遇暴雨强度和计算的集流时间确定,按100年一遇暴雨强度校核。雨水经排水泵提升至地面排水压力井消能后排入市政雨水系统。

计算洞口雨水量时，计算汇水面积是常常会出错的地方。按照规范，汇水面积包括U型槽的地面面积和侧墙面积的1/2，许多设计人员往往忽略侧墙汇水面积，设置的潜水泵总排水量小于最大暴雨量，雨水不能迅速排出，造成水涝。

与段场路基专业配合要求其U型槽起点地面设计标高不低于周围地面设计标高，并设置至少一道横截沟，拦截地面雨水流入U型槽。

1.5 水泵控制

区间废水包括结构渗漏水和消防废水、洞口雨水。结构渗漏水24 h都存在，消防废水只有当区间发生火灾时才有，选泵流量要同时满足平时和消防时水泵都处于水泵特性曲线的高效区。设置两台同流量的水泵，平时互为备用，依次轮换使用满足平时排水要求，消防时两台同时启动满足消防时排水要求。隧道位于水域下方，结构渗漏水比一般隧道大。为提高可靠性，多设置一台备用泵，平时两用一备，必要时三台同时启动。

区间废水泵、雨水泵采用一控二或一控三的控制方式，水泵通过控制箱实现液位自动控制和现场手动控制的方式。为了提高区间排水的安全等级，减少水灾的危害，区间废水泵和雨水泵在液位自动控制和现场手动控制的基础上增加车站远程控制的功能。

区间废水泵及雨水泵可在泵房内的水泵控制箱进行就地控制，就近车站车控室可以显示每台水泵的运行状态、故障状态和水位状态等，在超高水位报警时可在就近车站车控室IBP盘实行手动远程控制启动区间废水泵。

设置两台潜污泵的区间废水泵房废水池内应分别设“超低水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、超高报警水位(即第二台泵启泵水位)”等四个水位；设置三台潜污泵的区间废水泵房废水池内应分别设“超低报警水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、第二台泵启泵水位、超高水位(即第三台泵启泵水位)”等五个水位。

2 高架区间雨水系统设计

高架区间主要排除桥面雨水。高架区间排水与区间结构同步设计同步施工，这是与地下区间排水非常重要的不同之处。高架区间雨水排水路径：桥面雨水通过设置线路最低点处雨水斗收集后下排至桥墩上集水器，经过集水器后通过预埋在桥墩内排水立管排至地面压力检查井，最后排至市政排水系统。

集水器冒水是高架排水常见的问题。原因主要是集水器内立管上设置的是水篦子，同样规格的水篦子泄水量远小于雨水斗，导致集水器出水量远小于进水量，集水器的水越积越多最终从集水器溢出来。在集水器内设置雨水斗，每一个雨水斗对应一根排水立管是解决这个问题的常用方法。

2.1 设计雨水量计算

高架区间排水沟及排水管渠的排水能力，应按当地50年一遇的暴雨强度计算，降雨历时按5 min计算。

汇水面积：如图2所示，汇水面积FW=L×B。桥梁面为带状，桥面横向上不划分排水分界线，桥面纵向上以排水距离L≤100 m划分为一个排水区域。当排水距离L>100 m时，雨水汇流时间超过5 min，则按5 min降雨历时计算暴雨量与实际暴雨量相差比较大，应分为两个或多个排水区域，设计雨水量等于同时到达雨水斗各排水区域不同降雨历时设计雨水量之和。高架区间若设有声屏障，将声屏障面积的1/2计入汇水面积。桥面雨水斗一般不宜选大于DN100的，以免安装空间不够。

2.2 集水器容积计算

集水器的作用是调节水量(见图3)，其有效容积按不小于5 s进水量计算。假设桥面上设置87型DN100雨水斗2个，每个雨水斗最大泄水量12 L/s。集水器内设置87型DN150雨水斗1个，最大泄水量26 L/s，桥墩内设置一根排水立管DN150，设计最大泄水量大于进水量。集水器有效容积为5×12×2=120 L，集水器尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m。

校核计算：87型DN150雨水斗要求斗前水深0.088 m，验算得进水1 s后雨水斗开始满负荷排水，集水器有效容积按5 s进水量设计满足不溢水要求。

设计要点：1)集水器、桥墩排水管立管(如图3所示)都是和土建同时设计同时施工，设计人员必须与土建专业密切配合，切勿遗漏提资，否则后期将无法保证排水的顺畅。2)集水器上设格栅盖板，防止大颗粒垃圾掉入集水器中堵塞雨水斗。3)集水器平面尺寸要满足雨水斗安装空间要求，深度高出雨水斗至少0.1 m。

3 设计接口

区间排水涉及以下专业的接口设计：

1)与车站给排水专业接口：区间废水从车站排出，向车站给排水专业提供区间废水排出管进入车站的位置、管径、排水量。

2)与车站建筑专业接口：区间废水从车站排出，需要车站建筑专业提供建筑图以计算水泵提升高度、管路水头损失。

3)与区间结构接口：需要区间结构提供结构图，并向区间结构专业提泵房面积、废水池容积、泵房预埋件及孔洞、地面检修井位置等。需要向高架区间结构提集水器容积、桥梁预埋管管径、位置、雨水斗安装预留孔等。

4)与轨道专业接口：需要轨道专业提供道床断面图，向轨道专业提供区间废水管过轨里程、轨道排水接入区间废水池预埋管里程、轨道排水沟断面尺寸、道床集水坑尺寸。

5)与低压配电专业接口：向车站低压配电专业提区间水泵用电负荷。

6)与BAS专业接口：向BAS专业提区间废水泵的监控要求。

7)与限界专业接口：向限界专业提区间废水管位置要求。

8)与市政排水接驳专业接口：向市政接驳专业提供区间废水地面检修井位置、排水量。

9)与线路专业接口：需要线路提供线路图。

10)与路基专业接口：需要路基专业提供洞口U型槽图纸以计算洞口雨水泵房设计雨水量。

区间给排水设计接口要重点抓住与前期专业的设计接口,做好前期配合,区间排水设计接口多，为避免设计接口遗漏，建议区间排水设计人员分区间、分专业建立完善的设计接口文档。

4 防杂散电流

地铁金属给排水管道及设备，应采取防止杂散电流腐蚀的措施。金属给排水管道应用电缆和接地母排相连。进出主体外墙的金属管道应在主体结构内侧设可曲挠橡胶接头。过轨金属管道应刷防腐漆，并在外层刷绝缘漆绝缘。

5 结语

排水量、水泵流量扬程、雨水量等计算是区间工程排水设计最基本的计算，通过本文分析介绍希望对设计人员有所帮助。区间排水设计受前期土建施工影响很大，在整个设计过程中应重视与土建专业的紧密配合，应重视专业之间的资料互提及会签。

[1] GB 50157—2013，地铁设计规范[S].

[2] GB 50490—2009，城市轨道交通技术规范[S].

[3] GB 50015—2003，建筑给水排水设计规范(2009年版)[S].

On summary for drainage design of subway sections

Feng Shaofeng

(Foshan Rail Traffic Design and Research Institute, Foshan 528000, China)

According to the features of the drainage projects of subway sections, the paper illustrates the drainage design and calculation methods for the subway sctions from the underground section drainage system, viaduct rainwater system, design of joints, and stray current protection, so as to eliminate the waste water and rainwater of the subway sections and ensure the traffic safety.

subway section, drainage system, waste water bump, rainwater system

1009-6825(2017)08-0128-03

2017-01-07

冯少凤(1985- ),女,工程师

U231

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