李普軍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 710043， 西安∥高級(jí)工程師)

地鐵地下車站的排水系統(tǒng)分為雨水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)。為保證地鐵安全運(yùn)營(yíng)，及時(shí)有效地排出地鐵雨污廢水勢(shì)在必行。因此，如何打造地鐵的排水集成管理，有待于進(jìn)一步分析論證。

1 地下車站排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

為滿足通風(fēng)空調(diào)的需求，地鐵地下車站設(shè)置新風(fēng)亭、排風(fēng)亭和活塞風(fēng)亭。車站風(fēng)亭設(shè)置位置需與周邊環(huán)境相融合，目前多為低風(fēng)亭。為滿足乘客乘車和疏散，設(shè)置4個(gè)出入口、1個(gè)緊急疏散出入口和1個(gè)無障礙電梯，車站站廳層設(shè)置工作人員衛(wèi)生間，站臺(tái)層設(shè)置公共衛(wèi)生間。為及時(shí)排出車站和區(qū)間內(nèi)的沖洗水、消防廢水和結(jié)構(gòu)滲漏水、凝結(jié)水、生活污水和雨水，地下車站需在上述位置設(shè)置集水坑，在站臺(tái)層衛(wèi)生間附近設(shè)置污水泵房，車站或區(qū)間在線路最低點(diǎn)設(shè)置廢水泵房，在局部低洼地帶的轉(zhuǎn)轍機(jī)、外掛的消防泵房、冷水機(jī)房等位置需設(shè)置臨時(shí)排水集水坑。因此，車站設(shè)置排水點(diǎn)眾多，常規(guī)地下車站排水點(diǎn)設(shè)置情況如表1所示。

表1 地下車站排水點(diǎn)設(shè)置表

從表1可知，一般地下車站的排水點(diǎn)多達(dá)15處，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

2 傳統(tǒng)排水系統(tǒng)

為確保地鐵安全可靠的運(yùn)營(yíng)，滿足地下車站的排水需求，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)主要存在以下問題：① 排水點(diǎn)位多，各處均需設(shè)置集水坑，施工難度大；② 集水坑內(nèi)需設(shè)置提升設(shè)備，用電負(fù)荷較大；③ 為滿足水泵自動(dòng)控制，F(xiàn)AS(火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng))、BAS(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))控制點(diǎn)位多，系統(tǒng)接口復(fù)雜；④ 各排水點(diǎn)均需設(shè)置壓力管道和檢修閥門，管網(wǎng)布置復(fù)雜，檢修難度大；⑤ 各排水點(diǎn)由于出戶位置不同，與市政排水接駁點(diǎn)位多。

3 真空排水系統(tǒng)

目前真空排污國(guó)內(nèi)已在西安、武漢、長(zhǎng)沙、廣州等10多個(gè)城市地鐵工程得到廣泛應(yīng)用。真空排污系統(tǒng)是一個(gè)由真空機(jī)組、衛(wèi)生器具、中間收集裝置[2-4]、控制系統(tǒng)及真空排污管道網(wǎng)絡(luò)組成的完全密閉的負(fù)壓系統(tǒng)。真空排水避免了傳統(tǒng)的重力向下的排水局限性，所以管道布置具有任意性。根據(jù)真空排水系統(tǒng)的研究成果，排水的輸送距離可達(dá)3 km左右。標(biāo)準(zhǔn)車站的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為220 m，設(shè)置有站后配線的車站長(zhǎng)度約為400 m，站間距基本不超過1.5 km，區(qū)間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道的長(zhǎng)度不超過600 m，區(qū)間排水考慮車站就近原則，因此，真空排水輸送的距離基本在1 km范圍之內(nèi)。

真空排污系統(tǒng)將車站站廳、站臺(tái)衛(wèi)生器具和地漏排水通過中間收集裝置匯集至真空泵站，因此本文將根據(jù)真空原理展開對(duì)地下車站中央排水系統(tǒng)的分析研究。

4 中央排水系統(tǒng)

地下車站排水系統(tǒng)充分利用真空排污系統(tǒng)的原理，將車站內(nèi)各處產(chǎn)生的雨污廢水匯集至一處，即中央排水系統(tǒng)。中央排水系統(tǒng)將地下車站的污水泵房、廢水泵房、出入口、風(fēng)亭以及局部排水進(jìn)行高度集成，根據(jù)市政相關(guān)要求由廢水泵和污水泵提升排至站外。

中央排水系統(tǒng)的核心內(nèi)容為中央泵站的設(shè)置、設(shè)備選型以及控制的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)原理詳見中央排水系統(tǒng)圖(見圖1)。

圖1 中央排水系統(tǒng)圖

4.1 中央泵站設(shè)置位置選擇

地下車站的中央泵站宜靠近大的排水點(diǎn)布置，車站的最大排水點(diǎn)為消防廢水，其次為生活污水和風(fēng)亭、出入口雨水。消防廢水的收集在車站線路的最低點(diǎn)，為事故排水，根據(jù)國(guó)內(nèi)地鐵車站廢水泵使用統(tǒng)計(jì)，目前基本未曾真正投入使用。但站臺(tái)層公共衛(wèi)生間為乘客服務(wù)，在列車運(yùn)行期間一直處于工作狀態(tài)，若衛(wèi)生間布置于線路的高點(diǎn)，污水管道的布置勢(shì)必穿越站臺(tái)層公共區(qū)，中央排水系統(tǒng)檢修時(shí)將對(duì)車站空氣環(huán)境造成不必要的影響?？紤]風(fēng)亭和出入口為車站兩側(cè)對(duì)稱布置，且為臨時(shí)排水，因此中央泵站的設(shè)置宜靠近衛(wèi)生間布置。

4.2 中央泵站布置

市政排水采用分流制，中央泵站真空罐[5-7]應(yīng)分開布置，真空泵采用一組同時(shí)為污水和廢水真空罐服務(wù)，污廢水提升裝置及管路分開布置。中央泵站布置原理圖如圖2所示。

圖2 中央泵站布置原理圖

4.3 真空罐設(shè)計(jì)選型

真空罐是中央排水的中央組成部分。真空泵首先抽空真空罐內(nèi)空氣使其達(dá)到一定負(fù)壓[7-9]，通過真空管道啟動(dòng)控制閥門來達(dá)到排水的效果，真空罐的有效容積決定著系統(tǒng)能否正常工作。真空罐容積[10-11]主要由真空工作壓力允許上限值、下限值、真空排水管數(shù)量、極限工作壓力等參數(shù)確定。為滿足管道敷設(shè)要求，真空排水系統(tǒng)中真空工作上下限壓力基本確定，所以真空罐的有效容積由真空管路數(shù)量和管徑確定。

4.4 真空泵設(shè)計(jì)選型

真空排污為一個(gè)封閉的空間，當(dāng)真空系統(tǒng)從衛(wèi)生間排水時(shí)，僅真空泵補(bǔ)償管路為真空。當(dāng)污水泵啟動(dòng)排放污水時(shí)，并未有空氣進(jìn)入真空罐，但氣體體積增加，罐內(nèi)真空度降低，因此還需真空泵啟動(dòng)抽取空氣，使罐內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，即要求真空泵在排污的同時(shí)使真空罐擴(kuò)大的容積空間從大氣壓降到設(shè)計(jì)的真空度。真空罐的抽氣速率由真空罐的抽氣體積和抽氣時(shí)間確定[10-11]。

真空泵的有效抽氣速率為在滿足真空室工作壓力時(shí)的真空泵實(shí)際的抽氣速率，是在101.325 kPa(1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下運(yùn)行的，真空罐內(nèi)本身已處于準(zhǔn)工作狀態(tài)。根據(jù)《真空設(shè)計(jì)手冊(cè)》要求，真空泵的選型應(yīng)根據(jù)特性曲線選泵，當(dāng)無相關(guān)資料時(shí)應(yīng)按技術(shù)抽氣速率的2～4倍選用[11]。

中央排水系統(tǒng)包含污水和廢水系統(tǒng)，真空泵的配置應(yīng)考慮資源共享。當(dāng)消防廢水排水量遠(yuǎn)大于污水排放量，設(shè)備選型應(yīng)按消防廢水系統(tǒng)配置。真空泵的配置選用3臺(tái)，平時(shí)污水系統(tǒng)1臺(tái)用2臺(tái)備，消防時(shí)2臺(tái)用1臺(tái)備。

4.5 中央控制

中央排水系統(tǒng)由于系統(tǒng)集成，在各排水點(diǎn)設(shè)置提升裝置，提升裝置設(shè)置水位探測(cè)裝置。為達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的要求，探測(cè)裝置預(yù)留R485接口。真空度設(shè)置上、下限，全系統(tǒng)采用PLC(可編程邏輯控制器)集中控制，具備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。

中央排水系統(tǒng)具體控制要求如下：① 系統(tǒng)在真空度上、下限內(nèi)運(yùn)行；② 提升裝置處液位大于100 mm時(shí)真空隔膜閥打開，低于50 mm時(shí)停止工作；③ 真空度低于下限值時(shí)真空泵啟動(dòng)，污水系統(tǒng)時(shí)1臺(tái)用2臺(tái)備，定期輪換工作，廢水系統(tǒng)時(shí)2臺(tái)用1臺(tái)備；④ 真空罐內(nèi)污水或廢水達(dá)到啟動(dòng)液位時(shí)啟動(dòng)污水泵或廢水泵，消防時(shí)廢水泵同時(shí)啟動(dòng)；⑤ 真空泵自帶巡檢功能，控制柜顯示故障狀態(tài)并上傳控制室；⑥ 提升裝置顯示故障狀態(tài)并上傳控制室。

5 中央排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)比

中央排水系統(tǒng)采用對(duì)地鐵地下車站內(nèi)全部雨污廢水進(jìn)行系統(tǒng)集成、集中排放的方法，大大簡(jiǎn)化了排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)從以下幾個(gè)方面與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)進(jìn)行比較。

5.1 集水坑設(shè)置

傳統(tǒng)雨廢水的排放是設(shè)置集水坑和提升泵，集水坑的有效容積不小于最大1臺(tái)泵的15～20 min的出水量，污水集水坑的有效容積不小于最大1臺(tái)泵的5 min的出水量。根據(jù)表1地下車站排水點(diǎn)設(shè)置情況，可知車站及區(qū)間需設(shè)置15處集水坑。其中：主廢水泵房有效容積不小于12.5 m3，區(qū)間泵站有效容積不小于5 m3，其他各排水點(diǎn)有效容積不小于2.5 m3；各集水坑設(shè)置根據(jù)排水需求均需降低底板，尤其車站主廢水泵房和區(qū)間廢水泵房處于站臺(tái)層，需排除站臺(tái)板下和道床排水溝廢水，集水坑需降板2～3 m左右(因?yàn)榈叵滤惠^高的車站時(shí)有涌水發(fā)生，這會(huì)給土建施工造成很大的難度)。

中央排水系統(tǒng)利用真空采用提升器提升廢水，控制液位為50～100 mm。當(dāng)存水點(diǎn)大于100 mm時(shí)真空閥打開，開始提升；低于50 mm時(shí)系統(tǒng)停止工作，基本不需設(shè)置集水坑，靠裝修墊層即可解決問題。

5.2 房間布置需求

風(fēng)亭雨水設(shè)置于抽口風(fēng)亭下方，出入口和無障礙電梯基坑排水設(shè)置于基坑外，轉(zhuǎn)轍機(jī)排水設(shè)置于轉(zhuǎn)轍機(jī)基坑內(nèi)，區(qū)間廢水泵站設(shè)置于聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)，無房間需求；污水泵房根據(jù)目前設(shè)計(jì)情況采用真空排污或密閉一體化裝置，需單獨(dú)設(shè)置泵房，面積12 m2左右；廢水泵房需單獨(dú)設(shè)置，面積15 m2左右，合計(jì)約27 m2。中央排水系統(tǒng)僅設(shè)置1處，面積20 m2。

5.3 設(shè)備配電及控制需求

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)均需在排水點(diǎn)設(shè)置配電柜和控制柜，F(xiàn)AS、BAS需在各排水點(diǎn)采集控制信號(hào)。中央排水系統(tǒng)僅在中央泵站配電和控制。

5.4 管網(wǎng)布置

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)需在各排水點(diǎn)設(shè)置壓力管道和檢修閥門，管網(wǎng)布置復(fù)雜，設(shè)備區(qū)各專業(yè)管線眾多，這對(duì)管線綜合造成很大的困難。中央排水系統(tǒng)僅設(shè)置污水和廢水兩路管線，比較單一。

5.5 運(yùn)營(yíng)維護(hù)

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)需檢修各排水點(diǎn)設(shè)備和管網(wǎng)，工作量大，人員配置較多。中央排水系統(tǒng)僅在中央泵站運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

5.6 市政接駁需求

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)在風(fēng)亭處雨污水可以管網(wǎng)合并，污水和出入口單獨(dú)排放，市政接駁點(diǎn)數(shù)不少于7處。中央排水系統(tǒng)根據(jù)市政條件決定，若市政雨污合流則需1處，若市政為分流則需2處。

5.7 工程投資

系統(tǒng)投資應(yīng)從集水坑、建筑面積、設(shè)備、管網(wǎng)、閥門等進(jìn)行綜合對(duì)比，從目前地鐵工程綜合指標(biāo)來分析，地下車站面積指標(biāo)為1.1萬元/m2，集水坑工程造價(jià)為0.1萬元/m2，設(shè)備和管網(wǎng)造價(jià)按信息價(jià)格綜合考慮。標(biāo)準(zhǔn)車站常規(guī)排水系統(tǒng)投資如表2所示，中央排水系統(tǒng)投資如表3所示。

從表2和表3對(duì)比可知，傳統(tǒng)排水系統(tǒng)和中央排水系統(tǒng)投資區(qū)別不大，中央排水系統(tǒng)甚至比傳統(tǒng)排水系統(tǒng)投資要低一些。

綜上所述，中央排水系統(tǒng)和傳統(tǒng)排水系統(tǒng)對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表2 傳統(tǒng)排水系統(tǒng)投資

表3 中央排水系統(tǒng)投資

表4 中央排水系統(tǒng)和傳統(tǒng)排水系統(tǒng)綜合對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)設(shè)置點(diǎn)位多，接駁復(fù)雜，通過對(duì)系統(tǒng)組成、集水坑設(shè)置以及土建的要求，在總結(jié)真空排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)中央排水系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，研究結(jié)果表明：① 中央排水系統(tǒng)無需設(shè)置集水坑，土建無需降板，可降低土建施工難度；② 中央排水系統(tǒng)為真空排水，系統(tǒng)密閉運(yùn)行，可杜絕對(duì)環(huán)境空氣的影響；③ 與市政接駁少，可減少與市政相關(guān)部門的協(xié)調(diào)；④ 降低低壓配電的設(shè)計(jì)難度，全車站僅1處需低壓配電；⑤ 各排水點(diǎn)通過真空管路聯(lián)網(wǎng)，擴(kuò)展方便，便于車站排水；⑥ 檢修方便，系統(tǒng)單一，僅檢修中央泵站及管路。