地铁地下区间(以下简称区间)废水泵房一般结合联络通道设置在区间的最低点,主要是为了排除区间结构渗漏水、消防废水等。联络通道兼废水泵房一般采用矿山法施工,施工风险大。特殊情况下,在部分软弱土层地区施工废水泵房集水池时,开挖深度大,遇到地层加固效果差时,施工质量难以控制,施工期间可能造成隧道塌方^[1]。针对此情况,减小集水池的开挖深度,合理的设置区间废水泵房以降低施工风险是十分必要的。目前我国各城市地铁区间废水泵房集水池的有效容积多为15～30 m³,尺寸差异较大^[2,3]。笔者根据现场施工情况的反馈,参照相关的设计规范和以往部分线路区间废水泵房的实际运行数据,明确不同情况下区间废水泵房集水池的设置要求。

在区间长度和线间距一定的条件下,影响区间废水泵房集水池尺寸的主要因素是区间废水量的规模和水泵的性能参数。废水量的规模影响水泵的选型和事故时集水池缓冲容量的大小,水泵的性能参数影响集水池的最小有效容积和无效水深。

区间废水的来源主要是区间结构渗漏水和消防废水。按地下区间防水标准的要求,区间的渗漏水量应非常低。隧道工程中漏水的平均渗漏量不应大于0.05 L/(m²·d),任意100 m²防水面积渗漏量不大于0.15 L/(m²·d)^[4]。但从实际情况看,工艺技术、施工水平、管片自身的质量和抗渗能力等因素往往会导致渗漏水量偏离设计值^[5]。笔者对广州已运行的2～4号线路的部分区间渗漏水量进行调研,经过测量各区间废水泵房连续5天的排出水量,取其平均值作为各区间的平均日渗漏水量,调研的11个区间渗漏水量平均值约为1.3 m³/h。地下区间隧道消火栓给水用水量应为10 L/s^[4],即地下区间隧道消防废水量为36 m³/h。

区间排水泵站应设2台排水泵,平时应1台工作,必要时应2台同时工作;排水泵的总排水能力,应按消防时的排水量和结构渗漏水量之和确定;为保证区间隧道事故初期结构渗漏水带来的危害,位于水域下的区间排水泵站可采用2台排水泵,但应加大每台排水泵的排水能力,使得2台排水泵的总排水能力达到3台排水泵的排水要求^[4]。考虑到偶然发生局部渗漏水量加大的情况,建议在正常情况下区间废水泵房选用2台25 m³/h潜污泵,位于水域下时区间废水泵选用2台40 m³/h潜污泵。

笔者调研目前国内主要水泵厂家的设备,选取参数满足地铁区间常用潜水泵流量和扬程要求的产品,发现同规格水泵的最低淹没水位差别很大,一般为395～1 000 mm。建议在区间废水泵房中尽量选用性能良好、最低水位低的产品,这样能降低水泵的无效水深,减少集水池的下挖深度。

在正常情况下,区间地质条件较好,施工风险较低时,应尽量保证区间废水泵房集水池的有效容积和水深。

区间排水泵站的集水池有效容积不应小于最大1台排水泵15～20 min的出水量^[4]。潜污泵流量为25 m³/h,集水池的有效容积不应小于6.3～8.3 m³;潜污泵流量为40 m³/h,集水池的有效容积不应小于10.0～13.3 m³。考虑事故或水泵检修时预留一定的缓冲容积,以减少对列车正常运行的影响,正常情况下区间废水泵房集水池有效容积的要求为:盾构法和明挖法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于15 m³,矿山法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于20 m³,位于水域下区间泵房有效容积不应小于30 m³。

以盾构法和明挖法施工的区间废水泵房为例,图1是正常情况下的平面和剖面图。在集水池长3 700 mm、宽2 600 mm的条件下,集水池高度从集水池接入管最低点至集水池底为3 200 mm。

在特殊情况下,部分软弱土层地区,施工风险大时。考虑通过减少集水池缓冲容积,降低泵组总排水能力,增加启泵次数的方式压缩集水池有效容积,并通过选取效率高、最低淹没水位低的水泵压缩集水池的无效水深。

建议在特殊情况下区间废水泵选用2台20 m³/h的潜污泵,集水池的有效容积不应小于5.0～6.7 m³;位于水域下时选用2台30 m³/h潜污泵,集水池的有效容积不应小于7.5～10.0 m³。考虑事故或水泵检修时预留一定的缓冲容积,特殊情况下区间废水泵房集水池的有效容积的要求为:盾构法和明挖法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于10 m³,矿山法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于15 m³,位于水域下的区间废水泵房集水池有效容积不应小于20 m³。

以盾构法和明挖法施工的区间废水泵房为例,在集水池的平面尺寸与图1a一致的情况下,选用性能良好,最低淹没水位低的潜水泵,特殊情况下集水池的剖面见图2,集水池高度从集水池接入管最低点至集水池底为1 800 mm。

近年来一种新型的轨行区内置式泵房方案在天津、宁波、广州等地应用^[6]6],轨行区内置式泵房是将废水泵房设置于盾构区间的轨道下方,左右线隧道需独立设置泵房。因轨道下方空间狭小,为减少对轨道的影响,保证行车安全,需尽量压缩内置式泵房的容积以减小泵房的尺寸。

若考虑通过增加水泵台数来降低单台水泵流量,以减少集水池的有效容积,则此时水泵台数增加,干管流速变小,无法满足水泵的冲淤流速,水泵实际工作点也易偏移水泵工况的高效区,影响水泵的使用寿命^[7]7]。故不建议增加水泵台数,仍选用2台流量20 m³/h的潜污泵,集水池的有效容积不应小于5.0～6.7 m³,考虑减少水泵启泵次数,集水池的有效容积不小于6.7 m³。

受限于轨道高度,内置式泵房的集水池深度相对于传统的区间废水泵房小很多。为保证水泵的安装和正常运行,建议选用质量小、尺寸小、带自冷却系统、性能优良的潜水泵,并考虑采用钢管片替换原有的混凝土管片来进一步增加集水池的深度。以在建的广州地铁18号线为例,区间内置泵房的平面和剖面见图3。

目前,内置式泵房的设置仍处于试点阶段。内置式泵房的主要优点:①联络通道的设置不受区间废水泵房设置的影响,可以选择在施工风险低的地方设置联络泵房;②取消联络通道下方废水池,减小了联络通道施工及后期运营存在的风险。但内置式泵房也存在部分问题:①对轨道强度的不确定性影响大^[8]8];②钢管片的使用寿命不如混凝土管片;③水泵性能要求高,水泵液位控制精度要求高;④后期运营维护时间和空间上的限制较大等。

在正常情况下,盾构法和明挖法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于15 m³,矿山法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于20 m³,位于水域下区间泵房有效容积不应小于30 m³。在特殊情况下,盾构法和明挖法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于10 m³,矿山法施工的区间废水泵房集水池有效容积不应小于15 m³,位于水域下的区间废水泵房集水池有效容积不应小于20 m³。另外也可试点采用新型的轨行区内置式泵房方案,该方案可大大降低土建施工风险,但仍有部分问题待进一步研究。