地铁区间排水系统性能分析与优化

1 引言

GB 50157—2013《地铁设计规范》[1]第12.1.5 条要求隧道工程中漏水的平均渗漏量应不大于0.05 L/（m2·d），任意100 m2防水面积渗漏量应不大于0.15 L/ （m2·d）；《地铁设计规范》第28.3.3 条要求地下区间隧道消火栓给水系统用水量为10 L/s；火灾延续时间，消火栓系统按2 h 计算。因此，区间排水泵设计流量一般在45 m3/h 左右，集水池有效容积不得小于最大一台排水泵15～20 min 的出水量。

主排水泵站设在区间线路坡度最低点[2]，传统地下区间排水方式结合区间联络通道设置区间废水泵房， 但由于部分区间联络通道下方为铁路等不利条件，无法下沉，无法结合联络通道设置区间主废水泵站，针对此种情况，区间泵房位置结合道床设置内置泵站，下面就这两种方式展开探讨。

2 传统排水方式

主排水泵站设在区间线路坡度最低点， 区间废水泵房结合区间联络通道设置，线路排水沟下设置沉砂坑，沉沙坑内预埋两根球墨铸铁管，球墨铸铁管以1%坡向废水池。 实际运行中，出现过区间杂物进入集水池，破坏水泵的案例，因此，排水沟、排水管及轨道水坑等进入废水池前均建议设置排水。

泵房内设置两台潜水泵，单泵流量Q=45 m3/h，废水池总深度为2.5～3.0 m，有效水深为1.0～1.3 m，有效容积为7～8 m3。 扬水管沿隧道侧壁敷设， 压力废水接至附近区间风井或车站出户，最终接市政排水管网。 详见图1。

图1 剖面图（单位：mm）

区间联络通道本身位于区间结构底层， 利用联络通道设置水泵房，集水池设置在联络通道下方，总水深2.5～3 m，对于结构专业来说，集水池施工需提前对地下水进行处理，采用降水或止水方案，若降水或止水措施达不到目标要求，则施工风险极大。 集水池偏小可能造成渗水散排至行车线路并且影响行车安全，集水池偏大会增加工程造价，因此，应根据工程合理的选择集水池大小。

潜水泵平时一用一备[3]，必要时依据液位两台同时使用。

3 普通内置泵站排水方式

联络通道处穿高铁或不良地质特殊情况下， 结构无法下沉，因此，在道床下设置废水池，废水池内设置内置排水泵站。

废水池范围道床采用短枕式整体道床， 两股钢轨道床分离，为增加道床稳定性，两侧道床之间每间隔一段距离设置横撑。 废水池上设置钢盖板，盖板与道床顶面齐平。

废水池内设置3 台低吸排水泵，受废水池深度限制，潜污泵本体高度及自动耦合安装高度均小于650 mm，停泵水位不得高于坑底250 mm，潜污泵需配备电机自冷却系统，防止电机过热易损。 水泵每小时允许启动次数不小于20 次，整机使用寿命应不小于20 年，对于水泵性能要求较高。

排水泵两用一备，平时轮换运行，火灾时可3 台泵同时运行。 水泵在道床集水坑内分散布置，固定安装，每台水泵扬水管及反冲洗管均需要在道床上预留管槽。扬水管合并后沿区间隧道外侧接入车站或区间。为了保证行车限界安全，低吸泵安装时高度不应超过道床面。 水泵控制柜安装在区间隧道外侧。

单泵流量Q=20 m3/h，废水池有效容积约为5 m3，由于废水池位于道床下设置，深度受到制约，可通过加大废水池面积来满足有效容积的需求。

4 钢槽内置排水泵站方式

内置泵站如图2 所示。 以轨道结构为双块式轨枕整体道床为例，北京新机场线采用该方式。

图2 内置泵站

道床设置两侧水沟， 泵房与普通地段相接处设置横沟，将两侧废水汇入内置式泵房中心水槽。 采用普通内置泵站面临下列问题：（1）道床中部需开足够大水槽，将轨道结构切割为左、右两部分，轨道整体性和稳定性不易保证；（2）盾构管片和道床混凝土为不同时期浇筑，二者之间存在冷缝，水进入二者间空隙可能造成道床剥离；（3）需预留专业接口，满足水泵正常安装需要；（4）需将钢轨、扣件等易腐蚀部件与水槽隔离开，同时保证疏散功能；（5）需减少铁屑等杂物进入排水沟及集水池。

采用钢槽内置泵站可解决上述问题，具体如下。

1）采用预制轨道板，左、右两个道床块底部设置连接，盾构管片与道床之间设连接筋，提高轨道整体性和稳定性。

2）水槽防水采用钢槽。 为避免水槽中积水沿混凝土裂纹进入道床结构，采用304 不锈钢钢槽（厚4 mm）作为浇筑底座混凝土模板，浇筑完成后不再取出。 钢槽四周设置钢筋，加强与底座连接。 为提高防渗能力，底座可提高混凝土等级或采用防渗混凝土。

为消除道床与盾构管片之间空隙，避免道床离缝、剥离，加强管片和道床之间连接，在盾构管片内植筋。

3）板间设置板缝以满足水泵排水管、电缆等安装。 水泵安装在水槽内，其排水管、电缆等需要过轨，轨道预留实施条件。预制板之间可预留宽150 mm、深200 mm 板缝，相应位置处底座同样开槽。 水泵排水管、电缆等可通过板缝过轨以满足安装条件。

4）预制轨道板上设置盖板。 预制轨道板相邻两横梁上设置盖板，将水槽与轨道上部钢轨、扣件等容易锈蚀部件隔离，兼顾疏散功能。 预制轨道板横梁相应位置预留套管，盖板通过螺栓固定在轨道板横梁上。

水泵高出轨道板表面，该处盖板需设计成U 形，保证盖板下水泵的安装空间。

5 应用比较

在对区间排水系统应用情况调研基础上， 将上述排水系统各方面性能进行比较归纳，见表1。

表1 3 种排水方式情况表

传统排水方式应用较广泛， 技术相对成熟， 设备性能稳定，易于运营维护；设备投资适中；但对于土建影响较大，废水池埋深较大。

区间内置排水泵站应用较少。 内置式泵房具有风险小、工期短等优势，但同时又存在诸多问题。（1）水泵位于道床下方，运营期间水泵故障无法维护检修，检修条件较差[4]。（2）道床下方集水坑面积较大，环境潮湿，对轨道及扣件防腐要求高。 （3）泵站有效容积偏小，消防及爆管时集水池调蓄能力减小，容易造成水淹现象。 （4）道床下方设置废水池深度受限，常规水泵无法满足水泵启、停水位需求，即使选择低吸泵，水位较浅，水泵频繁启动，设备寿命有限，定期要更换设备等。 （5）低吸泵投资明显高于常规水泵，道床下水泵数量多，单价高，多为进口泵。

6 结论

通过以上对比，传统排水方式水池有效容积较大，后期运营维护简单，对道床无影响；普通内置泵站排水方式水池有效容积较小，后期运营维护困难，水泵性能要求高、对道床影响较大。 钢槽内置泵站排水方式与上述两种排水方式相比，减少了对道床的影响，维护工作量相对来说减少，对水泵性能要求高。 在类似工况的项目上推荐采用。 并结合工程实际，进一步优化造价。