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,從給排水專業的角度,具體介紹在地鐵車站設計中本專業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、排水系統、消防系統、人防給排水等系統分述如下。
2 　生產、生活給水系統
地鐵車站所在地一般為城區,周圍有較完善的市政給水管網,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, 分別設置水表及閥門井。水壓按衛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、環控系統所需冷卻補充水量。地鐵車站位于地下,市政水壓一般能滿足生產、生活給水系統水壓要求,采用市政給水直接供水給水系統。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2. 5 ; 沖洗水量3 L/ m2 ·次; 冷卻補充水量按循環水量的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墻,宜在出入口或風井部位布置,因地鐵車站連續墻厚度近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供電,對于這種直流牽引供電系統,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的部位。給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供電系統。

3 　排水系統
車站、區間的污水、廢水及雨水均應就近排入市政排水系統,污水應按規定達標后排放。地下車站及地下區間應設置廢水泵房、污水泵房和雨水泵房。廢水系統包括消防廢水、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段坡度最低點處的廢水泵站集水池內。污水系統主要指車站內衛生間生活污水。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,與環控系統空氣管道連通,避免臭氣污染其他房間。
4 　消防系統
4. 1 　消火栓給水系統
在上海等大城市,消防時可直接從城市管網抽水, 不設消防水池。如當地城市管網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, 自動噴水滅火系統火災延續時間按1 h 計,消火栓系統火災延續時間按2 h 計,但應減去火災延續時間內連續補充的水量。消火栓給水系統經增壓后在車站內形成環網,區間隧道消防供水由相鄰車站消火栓管網引入,雙向區間形成環路。消火栓給水系統用水量按同一時間內發生一次火災考慮。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
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。在韓國大邱地鐵火災事故發生后, 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。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排水。

4. 3 　氣體滅火系統
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電機房等,不僅設備昂貴,而且這些部位一旦發生火災,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。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。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。氣體噴放時環境溫度變化小,且不影響能見度。缺點:噴射時噪聲大;以氣態方式貯存,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。該系統主要設備元件目前為進口產品,造價較高。
(1) 基本要求　系統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內,并迅速均勻分布達到要求的滅火濃度;防護區應封閉良好,防止滅火劑流失, 并能保持滅火濃度;保護區不宜開口,保護區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,否則應將保護區擴大至與之相通的空間。對密閉良好的保護區應設置泄壓口, 泄壓口應設置在保護區室內凈高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,該保護區可不另設泄壓口。
(2) 系統組成　煙烙盡氣體滅火系統主要由煙、溫感探測系統、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) 系統主要設計參數
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 — 保護區凈容積, m3 ; T — 保護區內預期最低環境溫度, ℃ ; 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 。系統適用于保護封閉空間的場所,護區圍護結構及門窗的耐火極限不應低于0. 5 h ,吊頂的耐火極限不應低于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,戰時水箱進水管從車站內的給水管上接入。戰時水箱應設在通風良好靠近集中用水的清潔區,可在戰時臨時修建,但應設計到位,施工時預留孔洞、預埋管道,并有明顯標志,以便臨戰時在規定時間內修建完畢。戰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裂縫和破壞。戰時水箱應貯存戰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。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的集水井內,洗消排水用的防爆地漏只能排向染毒區內的集水井。防爆地漏有法蘭堵板和絲堵2 種形式,平時處于封閉狀態,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。在正常狀態下防爆波閥處于常開狀態,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。