地铁盾构区间内置式泵房设备配置方案研究

文｜广州地铁设计研究院股份有限公司 崔家琪

常规地铁地下区间废水泵房通常结合联络通道设置在区间最低点，然而，针对软土地区联络通道（兼废水泵房）的施工，一般采用“冻结法加固、矿山法暗挖”，存在施工风险大、工程造价高，后期融沉沉降量大，持续时间长等缺点。区间内置式泵房就是创新性的将废水泵房从联络通道调整至区间隧道轨行区下方，利用轨道下方道床及隧道结构空间作为集水池。

本文针对区间内置式泵房的设置特点，着重研究与之相符合的设备配置方案。

1 试验目的

为了研究盾构区间内置式泵房的设备配置方案，搭建实体试验平台开展试验。试验测试在正常工况下及消防工况下，泵房内潜污泵运行的排水效果，以及液位控制方案的运行效果。同时指导系统方案优化设计。

2 试验条件

2.1 结构条件

试验现场拼装12 环盾构管片模拟地铁盾构区间，其中在第4 环和第9 环盾构管片底部采用凿除的方式分别设置两处潜水泵泵坑，泵坑尺寸480mm（L）×800mm（W）×220mm（D）。

2.2 道床条件

在拼装好的盾构管片上浇筑混凝土，在底部中间预留14400mm（L）×800mm（W）×600mm（D）集水池，两端设混凝土挡水墙封闭。道床混凝土浇筑前，道床与管片贴合面底部、管片与挡水墙贴合面顶部均采用遇水膨胀聚氨酯止水胶封闭，避免水进入道床下或渗出挡水墙外。两侧道床之间每间隔1.2m 设置一处横撑，横撑尺寸800mm（L）×200mm（W）×200mm（H）。道床面预留水管槽和电缆槽，槽深宽均为100mm。道床浇筑完毕后在整个集水池底部涂抹20mm 厚防水砂浆。泵房试验土建条件布置图详见图1、图2。

3 试验设备

3.1 设备参数

潜水泵选用A、B、C 三种型号水泵各两台进行对比试验。潜水泵参数对比如表1。

3.2 试验管道设置

图1 泵房试验土建条件平面布置图

图2 泵房试验土建条件横断面图

考虑限界要求及管路水力条件，单泵出水管设置为DN65，双泵出水管设置为DN125，反冲洗管设置为DN40。并在单管出水管路上设置橡胶软接头、压力表、止回阀、流量计、闸阀等管道附件。压力表和流量计分别用来测试潜水泵运行过程中的扬程和流量。

3.3 控制系统工作方式

集水池中设液位传感器，液位传感器提供就地高报警水位、1#开泵水位、2#开泵水位、停泵水位、低报警水位显示，通过控制柜实现就地自动控制泵的启、停。

集水池内设潜水泵两台，平时一用一备，依次轮换工作，消防或必要时两台同时工作。集水池内设四个水位，分别是：超低报警水位、停泵水位、第一台泵启泵水位、第二台泵启泵水位兼超高报警水位。

其控制要求如下：

（1）超低水位报警，同时控制回路保证水泵均处于停泵状态。

（2）当水位达到停泵水位时，两台泵均能停止工作。

（3）当水位上升到达第一台泵启泵水位时，第一台泵启动。

（4）当水位继续上升到达第二台泵启泵水位时，第二台泵启动，控制回路保证两台泵都处于运行状态，并发出报警信号。

4 试验内容

图3 泵房试验管道连接平面布置图

以5m³/h（正常工况）、38m³/h（消防工况）的流量往集水池中注入水，潜水泵在自动控制模式下运行，主要考察潜水泵是否能将注入的水及时排出集水池，同时检测如下指标。

检测潜水泵的如下指标：

（1）流量；（2）扬程。

检测液位控制系统的如下指标：

（1）第一台水泵启动水位动作；（2）第二台水泵启动水位动作；（3）超高水位动作（报警）；（4）停泵水位动作；（5）超低水位动作（报警）。

5 试验结果

5.1 潜水泵参数测试

在相同的管路条件下，测试潜水泵的流量、扬程参数。（见表2）

表1 潜水泵参数

表2 潜水泵参数测试

5.2 控制系统测试

潜水泵在自动控制模式下运行，设置超低水位报警液位H1，停泵液位H2，一泵启泵液位H3，二泵启泵水位兼超高水位报警液位H4。以5m³/h（正常工况）、38m³/h（消防工况）的流量往集水池中注入水，测试潜水泵控制系统动作情况。为测试超低水位报警情况，手动开启潜水泵将集水池液位抽至设定H1 值，测试控制系统报警情况。（试验液位至均以潜水泵所处泵坑位置底面为0.00）

（1）试验1（设计液位间隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.55m，H4=0.75m。（见表3）

（2）试验2（100mm 液位间隔）：H1=0.25m，H2=0.35m，H3=0.45m，H4=0.55m。（见表4）

（3）试验3（50mm 液位间隔）：H1=0.25m，H2=0.30m，H3=0.35m，H4=0.40m。（见表5）

在设计液位间隔、100mm 液位间隔、50mm 液位间隔条件下，三种潜水泵控制系统均能够正常运行，正常控制潜水泵的动作，能够发出设定的液位报警信号。但C型潜水泵由于采用浮球式液位计，受限于液位计精度问题，水泵动作水位较设计水位偏离较大。

表3 设计液位间隔潜水泵动作情况

表4 设计液位间隔潜水泵动作情况

表5 设计液位间隔潜水泵动作情况

6 结论

试验中选用的三种潜水泵采用不同的液位控制系统、不同的水泵电机冷却系统，试验结果显示三种设备均能在设定情况下有效动作，但是随着控制系统的精度提升，设备的动作灵敏程度也逐步增强。另外，由于C 型水泵不具备自冷却系统，在试验过程低液位运行的情况下，水泵出现了发热较为严重的情况。

综上，建议在盾构区间内置式泵房中选用控制系统精度高，水泵具备自冷却系统的设备。