張 云 志

(中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000)

·水·暖·電·

東北鐵路站房雨棚電伴熱虹吸排水系統(tǒng)研究

張 云 志

(中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030000)

結(jié)合長(zhǎng)春樞紐長(zhǎng)春站改造工程實(shí)例，分析了無(wú)柱雨棚虹吸排水系統(tǒng)在東北地區(qū)冬季及春融階段的運(yùn)行情況，提出了鐵路線路上解決無(wú)柱雨棚冬季融雪和春融排水問(wèn)題的一些方法，避免了無(wú)柱雨棚融雪凍害現(xiàn)象，提高了春融階段線路運(yùn)營(yíng)的安全性。

鐵路，無(wú)柱雨棚，融雪，春融，虹吸排水

0 引言

隨著我國(guó)高鐵的發(fā)展，東北大型鐵路站房也陸續(xù)新建和改建，其中很多大型站房采用的站臺(tái)雨棚結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)無(wú)站臺(tái)柱雨棚，覆蓋面積大，其中雨棚屋面的排水系統(tǒng)的設(shè)置和如何面對(duì)東北地區(qū)冬季積雪問(wèn)題顯得尤為重要。

無(wú)柱雨棚的排水形式大部分為虹吸排水，應(yīng)用很廣泛，本文基于長(zhǎng)春樞紐長(zhǎng)春站改造工程的無(wú)柱雨棚工程，通過(guò)施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)東北地區(qū)大型站房無(wú)柱雨棚排水系統(tǒng)進(jìn)行了初步的研究，旨在為相關(guān)工程提供合理方案的參考，完善無(wú)柱雨棚排水系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)東北地區(qū)積雪春融等方面的施工經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

長(zhǎng)春樞紐長(zhǎng)春站改造工程是既有線施工本站過(guò)渡，施工過(guò)程不停運(yùn)，施工難度非常大，其中無(wú)柱雨棚設(shè)計(jì)總面積為89 756 m2，跨越9個(gè)站臺(tái)16條鐵路線。雨棚主體結(jié)構(gòu)為鋼管立柱+鋼管桁架，桁架共5跨，其中普速場(chǎng)3跨，高速場(chǎng)2跨，最大跨度為59 m，最小跨度為31 m。雨棚屋面板為鍍鋁鋅壓型鋼板，站臺(tái)上方吊頂板設(shè)計(jì)是鋁條板。排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為虹吸式，天溝及排水立管敷設(shè)電伴熱線，共有72套立管系統(tǒng)。主要解決雨季排水，冬季積雪融化排水問(wèn)題。

2 方案設(shè)計(jì)、問(wèn)題應(yīng)對(duì)與設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 原設(shè)計(jì)情況

長(zhǎng)春站設(shè)計(jì)無(wú)柱雨棚立柱共有72組，無(wú)柱雨棚位于高架候車室兩側(cè)，共有天溝18條，天溝中設(shè)雨水斗，采用融雪型虹吸雨水斗，采用HDPE管連接至鋼結(jié)構(gòu)立管，在鋼結(jié)構(gòu)立管處，采用法蘭與柱內(nèi)鍍鋅鋼管立管連接，通過(guò)熱鍍鋅鋼制管連接至站場(chǎng)排水溝。天溝、HDPE管內(nèi)部、鍍鋅鋼管外部均采用25 W/m電伴熱線敷設(shè)或纏繞，形成融雪和虹吸排水效果。

天溝排水示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 問(wèn)題應(yīng)對(duì)與設(shè)計(jì)優(yōu)化

1)原排水管內(nèi)置，發(fā)生凍害不利于日常維護(hù)維修。

原設(shè)計(jì)排水管置于鋼結(jié)構(gòu)立柱內(nèi)，并纏繞電伴熱線和保溫材料，見(jiàn)圖2。此設(shè)計(jì)可以起到更好的立管保溫效果，但是一旦電伴熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或立管堵塞，無(wú)法維修。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，將虹吸排水立管改為鋼結(jié)構(gòu)雨棚立柱外掛式，同時(shí)加厚保溫層，解決日常維護(hù)維修問(wèn)題，見(jiàn)圖3。

2)沒(méi)有設(shè)置防溢口，無(wú)法應(yīng)對(duì)超量雨雪水排除。原設(shè)計(jì)天溝沒(méi)有設(shè)置防溢口，沒(méi)有溢流的雨水系統(tǒng)是不安全的。防溢口的功能主要是預(yù)防雨水系統(tǒng)排水故障和過(guò)量雨水的排除。因此建議設(shè)計(jì)院增加溢流口的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)院采納后，增加了不銹鋼溢流口，每道天溝設(shè)置兩個(gè)溢水口，連接至鋼結(jié)構(gòu)立柱，排入鐵路線間。

3)電伴熱系統(tǒng)應(yīng)對(duì)積雪春融等問(wèn)題。長(zhǎng)春地區(qū)冬季氣溫(12月至次年2月底)最低可達(dá)-35 ℃左右，平均氣溫在-13 ℃左右，平均降雪量27 mm，最高降雪量可達(dá)50 mm以上。本工程天溝電伴熱采用28 W/m恒功率電伴熱線水平通長(zhǎng)鋪設(shè)，立管采用25 W/m恒功率電伴熱線內(nèi)外混合纏繞，外包保溫材料的方式，電伴熱線最高維持溫度65 ℃，管道內(nèi)維持溫度5 ℃。電伴熱系統(tǒng)立管剖面圖見(jiàn)圖4。

a.本工程由于是既有線施工，在施工完第一跨雨棚時(shí)，正值冬季到來(lái)，工程按照原設(shè)計(jì)施工了虹吸排水及電伴熱系統(tǒng)，由于工程尚未投入使用，在經(jīng)過(guò)一個(gè)冬天的積雪后，在4月中旬～5月份左右積雪開(kāi)始融化，由于溫差較大，夜間氣溫低，在融化過(guò)程中，形成了雪水反復(fù)結(jié)冰的現(xiàn)象，造成了HDPE雨水管凍裂，形成凍傷和冰溜子，給行車造成了安全隱患。分析原因主要是電伴熱系統(tǒng)未正式投入使用，春融時(shí)流水容易在管道內(nèi)壁形成累積結(jié)冰現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)措施：對(duì)后續(xù)施工未投入使用的電伴熱系統(tǒng)，如果需要經(jīng)歷冬季，采用臨時(shí)供電的方式，使系統(tǒng)提前啟動(dòng)；工程交付后，要求使用單位，冬季電伴熱系統(tǒng)必須根據(jù)降雪情況隨時(shí)開(kāi)啟，特別是在春融階段必須保持24 h開(kāi)啟，直至積雪全部融化。

b.HDPE雨水管水平管過(guò)長(zhǎng)，只有內(nèi)部一根電伴熱線，沒(méi)有外保溫和外部電伴熱，管內(nèi)介質(zhì)維持溫度達(dá)不到0 ℃以上。本工程局部HDPE水平管跨度可達(dá)24 m，在冬季融雪和春融時(shí)，此部分水平管氣溫下降迅速，與融化后的雪水溫差達(dá)到5 ℃～20 ℃以上，水流過(guò)水平管時(shí)，形成累積結(jié)冰，造成凍裂。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)HDPE管部分也采取增加一道外纏繞電伴熱線路，并做保溫層，同時(shí)保證在融雪期間電伴熱系統(tǒng)始終保持工作狀態(tài)。

c.站場(chǎng)排水溝無(wú)電伴熱。雨棚屋面系統(tǒng)，通過(guò)電伴熱融雪后，水通過(guò)立管進(jìn)入鐵路線間排水溝，由于排水溝埋深淺，內(nèi)無(wú)電伴熱系統(tǒng)，積水排水管與排水溝連接處，形成積水成冰現(xiàn)象，只能通過(guò)人工的方式進(jìn)行破冰以保證排水順暢，通過(guò)在排水溝內(nèi)增加電伴熱系統(tǒng)的方式，輔助日常加強(qiáng)線間排水溝巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。在今后類似的工程中，應(yīng)該充分考慮排水溝埋深和保溫的問(wèn)題，以應(yīng)對(duì)排水管與排水溝連接處積水結(jié)冰現(xiàn)象，給線路運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不利影響。

d.屋面積雪漸融導(dǎo)致天溝易結(jié)冰。由于東北地區(qū)降雪量大，如果不加處理，屋面在越冬過(guò)程中的積雪可達(dá)半米，如果積雪過(guò)厚，容易滑落線間對(duì)既有線造成危害，因此天溝電伴熱系統(tǒng)在第一場(chǎng)雪之后即啟動(dòng)，隨著冰雪漸漸消融通過(guò)天溝，經(jīng)排水管排入線間，在天溝內(nèi)積雪或雪水未排凈之前，應(yīng)保證天溝及立管電伴熱系統(tǒng)始終開(kāi)啟，一旦形成結(jié)冰，即可能造成天溝及立管凍裂，系統(tǒng)遭到破壞，修復(fù)難度極大，此問(wèn)題在冬季電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控。

3 應(yīng)用效果

本項(xiàng)目通過(guò)上述無(wú)柱雨棚電伴熱虹吸排水系統(tǒng)在施工和使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，研究和改進(jìn)了設(shè)計(jì)、施工方案，總結(jié)了施工經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)使用注意事項(xiàng)，目前項(xiàng)目已經(jīng)投入使用三年，經(jīng)歷了三個(gè)春融期，沒(méi)有再出現(xiàn)排水系統(tǒng)凍害、線路上方結(jié)冰、積雪過(guò)厚等問(wèn)題，排水系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，保證了既有線運(yùn)營(yíng)的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)長(zhǎng)春樞紐長(zhǎng)春站改造工程無(wú)柱雨棚虹吸排水電伴熱系統(tǒng)的工程實(shí)例分析，總結(jié)出了長(zhǎng)春地區(qū)乃至東北地區(qū)關(guān)于大型站房無(wú)柱雨棚排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)融雪系統(tǒng)的施工和維護(hù)提出了切實(shí)可行的解決方案，可供類似工程參考。

[1] 張紅云.淺析沈陽(yáng)北站無(wú)站臺(tái)柱雨篷改造設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015(1)：96-99.

[2] 柯小強(qiáng).關(guān)于虹吸排水的幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)[J].新農(nóng)村(黑龍江)，2010(6)：32-33.

[3] 張兆云.自融冰雪技術(shù)在屋面工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)建筑防水，2015(11)：42-46.

On drainage system for electric heat tracing siphoning drainage at canopy of railway stations in northeast of China

Zhang Yunzhi

(ArchitecturalInstallationEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailwayNo.3Group,Taiyuan030000,China)

Combining with the reconstruction at Changchun station of Changchun hub, the paper analyzes the operation of the non-pile canopy siphoning drainage system in winters and springs of northeast area of China, and points out some methods to solve these problems along the railway routes, so as to avoid the cold damages of the non-pile canopy and improve the safety of the route operation during the spring melting period.

railway, non-pile canopy, snow melting, spring melting, siphoning drainage

1009-6825(2017)03-0118-03

2016-11-14

張?jiān)浦?1978- )，男，工程師

TU992

A