地鐵車站給排水及消防設計特點

摘　要:地鐵工程投資大,設計時應充分考慮地鐵工程的特點,采用較高的設計標準,保證設計質量,從給排水專業(yè)的角度,具體介紹在地鐵車站設計中本專業(yè)應充分考慮的技術要素。
關鍵詞:地鐵車站; 給排水; 消防; 設計
　　
1 　概述
地鐵車站是地鐵工程的重要組成部分,地鐵車站的給排水及消防設計有一般建筑工程的共性,也有作為地鐵工程的特點。筆者承擔了上海市共和新路高架工程延長路地鐵車站的給排水設計,就該工程的生產生活給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、人防給排水等系統(tǒng)分述如下。
2 　生產、生活給水系統(tǒng)
地鐵車站所在地一般為城區(qū),周圍有較完善的市政給水管網(wǎng),以市政自來水為供水水源。每個車站由2 條不同的城市自來水管引入消防和生活、生產給水管。采用生活、生產用水和消防用水分開的給水系統(tǒng), 分別設置水表及閥門井。水壓按衛(wèi)生器具用水要求和生產用水要求確定。地鐵車站用水量包括車站工作人員生活用水量、車站沖洗用水量、環(huán)控系統(tǒng)所需冷卻補充水量。地鐵車站位于地下,市政水壓一般能滿足生產、生活給水系統(tǒng)水壓要求,采用市政給水直接供水給水系統(tǒng)。生產、生活給水干管在站廳層、站臺層呈枝狀布置,滿足各用水點要求。其特點如下。
(1) 用水量標準　工作人員生活用水量50 L/ 班·人,時變化系數(shù)2. 5 ; 沖洗水量3 L/ m2 ·次; 冷卻補充水量按循環(huán)水量的2 % 計。
(2) 進出車站的給排水管道布置　給排水管道不能穿過連續(xù)墻,宜在出入口或風井部位布置,因地鐵車站連續(xù)墻厚度近1 m , 預留空洞給結構工程帶來不便。
(3) 管道絕緣　由于地鐵車輛采用接觸網(wǎng)供電,對于這種直流牽引供電系統(tǒng),要防止雜散電流對給排水
管道的腐蝕。進出車站的給排水管道均需進行絕緣處理后引入或引出,可在進出車站的給排水管道靠車站主體外側安裝1 m 長的絕緣短管。
(4) 管材　要防止雜散電流對給排水管道的腐蝕。一般情況生產、生活給水管管徑小于等于DN100 mm 的采用新型塑料給水管,大于DN100 mm 的采用鍍鋅鋼管或可延性鑄鐵管。
(5) 生產、生活給水管線布置注意事項　給水管道嚴禁跨越通信和電器設備用房。給水干管最低處設置泄水閥,最高處設置排氣閥,排氣閥一般設于設備用房端部沒有吊頂?shù)牟课弧＝o水干管穿越沉降縫處,宜設置波紋伸縮器。由于生產、生活給水管一般采用塑料管材,塑料管材的線脹系數(shù)大,地鐵車站站廳、站臺層長度一般在100 m 以上,管線布置時要有效地減少或克服管道線性變化值。在可能暗敷的場所盡量采用暗敷的安裝方式,管道直線長度大于20 m 時應采取補償管道漲縮的措施,支管與干管、支管與設備的連接應利用管道折角自然補償管道的伸縮。當不能利用自然補償或補償器時,管道支架均應為固定支架。管道支架不僅起管線固定的作用,還要求能承受管線因線性膨脹而產生的膨脹力,其間距應比傳統(tǒng)的鍍鋅鋼管小得多。
(6) 沖洗栓箱的設置　考慮到地鐵運營中需要對車站進行清掃,因此站廳、站臺層兩端和長度大于20 m 的通道內均設置沖洗栓箱,暗敷于側墻內。為便于更換灑水栓栓頭,應在栓前設置閘閥。
(7) 給水立管的設置　從站廳層至站臺層的給水立管宜設置在端部風井內,避免給水立管影響接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)。

3 　排水系統(tǒng)
車站、區(qū)間的污水、廢水及雨水均應就近排入市政排水系統(tǒng),污水應按規(guī)定達標后排放。地下車站及地下區(qū)間應設置廢水泵房、污水泵房和雨水泵房。廢水系統(tǒng)包括消防廢水、地面沖洗廢水、事故排水、結構滲漏水等,這些廢水均通過線路排水溝匯流集中到線路區(qū)段坡度最低點處的廢水泵站集水池內。污水系統(tǒng)主要指車站內衛(wèi)生間生活污水。在折返線車輛檢修坑端部、出入口和局部自流排水有困難的場合需設置局部排水泵房,在地鐵洞口及敞開出入口處應設雨水泵房。其特點如下。
(1) 排水量標準　工作人員生活排水量按生活用水量的90 % 計;消防廢水量與消防用水量相同。沖洗排水量為3 L/平方米 ·次,結構滲漏水量為1 L/ 平方米 ·晝夜。
(2) 排水點設置　地鐵車站屬地下建筑,污廢水一般不能自流排出,需用泵提升后排出,所以在設計時排水點要考慮周到。除各排水點匯流集中到廢水泵房、污水泵房的污廢水用泵提升后排入市政排水系統(tǒng)外, 還需考慮出入口處電梯基坑排水和站臺底板下的結構滲漏水。為排除站臺底板下的結構滲漏水,需在站臺層端部設集水坑,坑內設潛污泵將積水定期提升后排至線路排水溝內,由該溝流至廢水泵房的集水池內。在折返線車輛檢修坑端部、出入口和局部自流排水有困難的場合需設置局部排水泵房。
(3) 排水泵　排水泵應設計成自灌式,采用水位自動、就地和距離3 種控制方式,并要求在車站控制室顯示排水泵工作狀態(tài)和水位信號。
(4) 集水池有效容積的確定　確定集水池有效容積時,既要防止過大增加工程造價,又要防止過小頻繁開啟水泵。廢水泵房集水池有效容積可按不小于10 min 的滲水量與消防廢水量之和確定,但不得小于30 立方米 。污水泵房集水池有效容積不應小于最大一臺泵5 min 的流量,但不得大于6 h 的污水量,防止污水停留時間過長而沉淀、腐化。
(5) 排水泵房與雨水泵站　車站露天出入口的雨水不能自流排除時,宜單獨設置排水泵房;地下鐵道隧道洞口雨水宜采用自流排水,當不能自流排水時必須在洞口設雨水泵站。如果雨水涌進地鐵車站將影響地下鐵道安全運營,甚至造成事故。為保證地下鐵道安全運營,地下雨水泵站暴雨重現(xiàn)期取30 年。
(6) 車站站廳、站臺層地面及設備用房　這些地方根據(jù)需要應設排水地漏,出入口通道與站廳接合處,需設置排水橫截溝。地漏和排水橫截溝排水立管應接至道床排水溝。
(7) 廢水泵房、污水泵房　廢水、污水泵房內應設置通氣管道,與環(huán)控系統(tǒng)空氣管道連通,避免臭氣污染其他房間。
4 　消防系統(tǒng)
4. 1 　消火栓給水系統(tǒng)
在上海等大城市,消防時可直接從城市管網(wǎng)抽水, 不設消防水池。如當?shù)爻鞘泄芫W(wǎng)不能滿足消防要求時,必須設消防泵和消防水池。確定消防水池容積時, 自動噴水滅火系統(tǒng)火災延續(xù)時間按1 h 計,消火栓系統(tǒng)火災延續(xù)時間按2 h 計,但應減去火災延續(xù)時間內連續(xù)補充的水量。消火栓給水系統(tǒng)經(jīng)增壓后在車站內形成環(huán)網(wǎng),區(qū)間隧道消防供水由相鄰車站消火栓管網(wǎng)引入,雙向區(qū)間形成環(huán)路。消火栓給水系統(tǒng)用水量按同一時間內發(fā)生一次火災考慮。消火栓的水壓應保證水槍充實水柱不小于10 m , 栓口處的靜水壓力不大于80 MPa 。消火栓給水系統(tǒng)服務范圍除車站本身外,還包括兩地鐵車站之間隧道和車站附屬的各種連通通道。兩地鐵車站之間隧道和車站附屬的各種連通通道(長度大于25 m) 內均需布置消火栓。
其特點如下。
(1) 消火栓箱的型式　根據(jù)地鐵車站的建筑特點和不同的設置部位選用不同型式的消火栓箱。一般站廳層和連通通道選用單閥單出口消火栓箱,站臺層選用雙閥雙出口消火栓箱,彎曲隧道內消火栓箱宜設在與軌道距離較遠的內側,隧道內消火栓箱上應有電話插孔。車站及折返線消火栓箱內應設火災報警按鈕和消防泵啟動按鈕。
(2) 消火栓箱間距　按2 股水柱同時到達任一著火點布置。車站內消火栓箱最大間距50 m , 折返線內消火栓箱最大間距50 m , 區(qū)間內消火栓箱最大間距100 m 。
(3) 水泵結合器　地鐵車站出入口或通風亭的口部應設水泵結合器,并在40 m 范圍內設置室外消火栓。
(4) 自動巡檢功能　因為消防泵平時很少運行,為加強消防泵給水的可靠性,要求消防泵具有自動巡檢功能。在設定的時間周期內自動地啟動消防泵,對消防泵的運行進行檢查,有利于及時了解消防泵的實際性能, 解決消防泵的銹蝕問題,保持消防泵的良好工況。

4. 2 　自動噴水滅火系統(tǒng)
以往不設置地下商場的地鐵車站,一般不設置自動噴水滅火系統(tǒng)。在韓國大邱地鐵火災事故發(fā)生后, 為進一步提高消防安全,上海市消防局要求所有地鐵車站必須設置自動噴水滅火系統(tǒng)。火災危險等級按中危險級Ⅱ 級考慮。其特點為: 自動噴水滅火系統(tǒng)干管坡度宜與站廳層、站臺層頂板坡度一致,以便于降低吊頂高度和系統(tǒng)排水。

4. 3 　氣體滅火系統(tǒng)
地下變電所的重要設備間、車站通信及信號機房、車站控制室、控制中心的重要設備間和發(fā)電機房等,不僅設備昂貴,而且這些部位一旦發(fā)生火災,將影響整個地鐵的安全運營,所以這些部位必須設置氣體滅火系統(tǒng)。目前,國內新建的幾條地鐵線路如北京地鐵復八線、上海地鐵二號線,上海共和新路高架工程、廣州地鐵二號線等均選用了INERGEN ( 煙烙盡) 氣體滅火系統(tǒng)。煙烙盡是氮氣、氬氣、二氧化碳以52∶8 的體積40∶比例混合而成的一種滅火劑。它的3 個組成成分均為不活潑氣體,為大氣的基本成分。煙烙盡氣體無色、無味,不導電,無腐蝕,無環(huán)保限制,在滅火過程中無任何分解物。其滅火原理為稀釋氧氣,窒息滅火。氣體噴放時環(huán)境溫度變化小,且不影響能見度。缺點:噴射時噪聲大;以氣態(tài)方式貯存,貯存瓶組較多;貯存壓力大, 常溫下為15 MPa ,高壓增加了危險性,也相對容易泄露,對管道材料以及安裝、維護水平要求較高。該系統(tǒng)主要設備元件目前為進口產品,造價較高。
(1) 基本要求　系統(tǒng)要同時具有自動控制、手動控制和機械應急操作3 種啟動方式; 滅火劑能在盡可能短的時間內噴放到防護區(qū)內,并迅速均勻分布達到要求的滅火濃度;防護區(qū)應封閉良好,防止滅火劑流失, 并能保持滅火濃度;保護區(qū)不宜開口,保護區(qū)內與其他空間相同的開口(除泄壓口外) 應能在滅火劑噴放前自動關閉,否則應將保護區(qū)擴大至與之相通的空間。對密閉良好的保護區(qū)應設置泄壓口, 泄壓口應設置在保護區(qū)室內凈高2/ 3 高度以上,且應高于保護對象,并宜設在外墻上。若保護區(qū)設有外開門彈性閉門器或彈簧門,開口面積不小于泄壓口的計算面積,該保護區(qū)可不另設泄壓口。
(2) 系統(tǒng)組成　煙烙盡氣體滅火系統(tǒng)主要由煙、溫感探測系統(tǒng)、鋼瓶組件(包括釋放閥等) 、集流管、止回閥、選擇閥、減壓孔板、管道、噴頭、報警裝置和控制盤等部分組成。
(3) 系統(tǒng)主要設計參數(shù)
最小設計滅火濃度:37. 5 %(16 ℃時)
最大設計滅火濃度:42. 8 %(32 ℃時)
滅火劑設計用量計算: M= 2. 303 ( Vs/ S) ×lg[100/(100 -C)] ×V ;
S= 0. 657 99 + 0. 002 39 T 式中　M —滅火劑設計用量, m3 ;
Vs —20 ℃時滅火劑的比容, 取0. 707 m3/ kg。
S —煙烙盡的過熱蒸汽比容, m3/ kg;
C —滅火劑設計濃度, % ;
V — 保護區(qū)凈容積, m3 ; T — 保護區(qū)內預期最低環(huán)境溫度, ℃ ; 泄壓口面積的計算的比容
/ 2Af = 0. 013 5 Q/ P1式中　Af —泄壓口面積, m2 ; Q — 計算的保護區(qū)內煙烙盡氣體流量,
3m / min ; P —圍護結構承受內壓的允許壓強, 一般輕型圍護結構為1. 2 kPa ,中型圍護結構為
2. 4 kPa ,重型圍護結構為4. 8 kPa 。系統(tǒng)適用于保護封閉空間的場所,護區(qū)圍護結構及門窗的耐火極限不應低于0. 5 h ,吊頂?shù)哪突饦O限不應低于0. 25 h 。圍護結構及門窗的允許壓強不低于1. 2 kPa 。
5 　人防給排水
地鐵工程除在平常作為重要的交通樞紐外,作為地下工程還兼有人防工程的特點,在戰(zhàn)時可作為人員掩蔽的場所。在給排水工程中也應考慮到相應的人防要求。給水采用城市自來水作為給水水源,戰(zhàn)時水箱進水管從車站內的給水管上接入。戰(zhàn)時水箱應設在通風良好靠近集中用水的清潔區(qū),可在戰(zhàn)時臨時修建,但應設計到位,施工時預留孔洞、預埋管道,并有明顯標志,以便臨戰(zhàn)時在規(guī)定時間內修建完畢。戰(zhàn)時水箱的結構最好采用不銹鋼成品水箱或食品級玻璃鋼水箱, 施工方便且在人防時不容易出現(xiàn)裂縫和破壞。戰(zhàn)時水箱應貯存戰(zhàn)時生活用水和洗消用水。人防出入口內設置一個供墻面和地面沖洗用的水龍頭,可從生產生活給水管或消火栓給水管上接出。水箱排水至水箱附近的地漏,地漏排向廢水泵房由廢水泵房內的泵提升至室外市政排水系統(tǒng)。人防口部設洗消污水集水井,集水井宜于平時排水集水井相結合。人防口部各房間內應設洗消排水口,收集洗消污水排向洗消污水集水井, 集水井內污水應設機械排出,采用自啟動方式,且應設透氣管。其特點如下。
(1) 防爆地漏設計　簡易洗消間、防毒通道等需沖洗的房間及通道內應設置直徑不小于75 mm 的防爆地漏。人防口部供墻面、地面沖洗排水用的防爆地漏可排到清潔區(qū)的集水井內,洗消排水用的防爆地漏只能排向染毒區(qū)內的集水井。防爆地漏有法蘭堵板和絲堵2 種形式,平時處于封閉狀態(tài),需要排水時開啟。
(2) 給排水管道　給排水管道穿越人防外墻時應采取“三防措施,即防震、防不均勻沉降和防水措施。給水管穿人防外墻與土壤相接處設接頭井防震和防不均勻沉降,并設置防水套管防水;排水管穿人防外墻與土壤相接處設擋土套管防震和防不均勻沉降,并設置防水套管防水;管道穿過密閉墻時,應采取密閉措施。
(3) 防爆波閥　給水管、消防管、排水管、透氣管等穿人防頂板處和人防外墻處內側均應設防爆波閥,并盡量靠近頂板或外墻。防爆波閥具有安全防護的作用,可防止沖擊波沿著管道進入人防內部,以保護設施正常運轉。在正常狀態(tài)下防爆波閥處于常開狀態(tài),當沖擊波傳入閥門時迅速關閉,防爆波閥無手動開啟、關閉功能,設計時需調節(jié)控制的管道應在防爆波閥前設置公稱壓力大于1 MPa 的可控閥門,并應有明顯的啟閉標志。