转辙机是道岔控制系统的执行机构。用于转换锁闭道岔尖轨或心轨, 表示监督联锁区内道岔尖轨或心轨的位置和状态。在地铁正常运行中起着至关重要的作用。如果转辙机基坑积水, 就会影响转辙机的正常使用。

目前, 转辙机基坑积水较普遍。地铁车站运营初期, 转辙机基坑积水主要是区间冲洗废水、车站清洗废水及结构渗漏水。运营稳定之后, 积水主要是结构渗漏水。

转辙机基坑深度一般是轨面以下400mm。车站轨道排水沟的深度大部分比转辙机基坑深度要小, 积水无法以重力排出。即使有条件能以重力排至轨道排水沟的, 也不允许这两者连通, 以防止水沟内的水倒灌, 进而影响转辙机的正常使用。

如果转辙机长时间浸泡在水中, 在转辙机动作时, 积水很有可能通过动作杆以及表示杆开孔渗入转辙机箱体, 长时间箱体内积水就会对转辙机的可靠性带来不良影响。由于转辙机是涉及行车安全的基础设备, 其可靠性的降低将是地铁运营的一个重大隐患。

(1) 运营人员加强巡检, 发现积水情况, 及时人工清掏。

(2) 在每组转辙机基坑附近设置临时集水坑, 坑内固定安装潜污泵 (水泵参数一般为Q=5m³/s, H=5m) , 通过液位自动控制水泵的启停。用以排除积水, 如图1所示。每组转辙机由多台组成的时候, 基坑之间通过预埋管或者明沟连接, 再接至集水坑。该方案, 水泵自动运行, 通过超高报警水位信号上传至车站的综合监控系统, 远程监视。大大降低了对运营人员现场巡检的要求, 也不影响列车运行, 这是目前比较普遍的做法。

(3) 采用真空排水。设置一套真空泵组, 敷设真空管路至每个转辙机基坑 (如图2) 。通过真空提升器 (如图3) 将基坑内的积水抽至真空泵组处的水箱内, 待解除真空状态后, 水箱内的水自流至轨道排水沟。其中真空泵组由真空泵、真空罐和控制柜等组成。该方案不需要土建降板, 但目前应用的比较少, 仅个别地区地铁车站改造等工程中采用。

(1) 由运营人员清掏转辙机基坑积水的方案, 对运营人员的要求极其高。而且转辙机设置在道床上, 在不影响地铁正常运营的情况下, 只能等列车停运之后进去作业, 比较被动。

(2) 在转辙机基坑附近设置临时集水坑的方案, 则要求每组转辙机基坑处均需要设置一个约500mm (长) ×500mm (宽) ×1 000mm (深) 的集水坑, 车站底板需要进行结构降板, 增加结构施工难度及成本。一旦在车站底板浇筑时, 遗漏了该集水坑, 则无法安装潜污泵, 积水也难以自动排出。另外, 在实际调研过程中发现, 并不是所有转辙机基坑有积水。这些地方设置的潜污泵长期不会运行, 水泵易损坏, 同时也造成资源浪费。

(3) 真空排水系统造价一般都比较高, 真空泵组的故障率也比较高, 一旦泵组发生故障, 则所有的转辙机基坑内的积水均无法排出。这也是目前地铁车站工程中很少采用真空排水系统的主要原因。

在设计阶段从源头上解决转辙机基坑积水排出问题是最有效的方案, 即:在每个转辙机基坑处设置一套水位监测装置和电源, 通过车站综合监控系统监测转辙机基坑的超高报警水位。车站运行稳定之后, 经常有积水的基坑处的水位监测装置就会经常报警, 反之则不会。在经常有水的基坑内安装潜污泵, 同时敷设排水管, 将积水排至远离基坑的排水沟内。

但是根据现场调查, 发现车站运行稳定之后, 并不是所有的转辙机基坑内都有积水。坑内没有积水的则没有必要考虑排水措施, 但是在设计阶段是无法预估坑内积水情况的。

为了避免不必要的浪费, 深入思考了诸如:转辙机基坑未进行土建降板, 潜污泵如何安装, 如何保证最低水位, 以及没有水泵控制柜, 仅设置一般的液位仪, 如何将水位信号上传至车站综合监控系统, 如何预留电源等现实问题后, 经过深入研究, 从以下3个方面来解决上述问题:

(1) 潜污泵的选型。传统的潜污泵如图4a所示, 其电机位于泵体上部, 水泵从底部吸水, 侧面出水。电机需要通过集水坑内的液体来冷却, 所以如果水池里的液位低于泵体2/3处, 水泵空转时则有可能会因为泵体温度过高而烧毁电机。因此, 传统潜污泵对集水坑的深度要求比较高, 这也是为什么前述中会设置1 000mm (深) 集水坑的原因。要减小集水坑的深度, 首先就要解决潜污泵电机的冷却问题。经过对潜污泵的调查研究, 最终确定选用如图4b所示的停泵水位极低的潜污泵。它从底部吸水, 顶部出水, 特殊的构造使得在排水的时候, 水会流经电机周围来冷却电机。所以, 这类潜污泵的电机对最低水位没有要求, 可以将积水吸至最低仅剩3 mm左右。转辙机基坑深度一般是轨面以下400mm, 轨面以下248~560 mm为道床。因此可以在转辙机基坑旁的道床面内预留一个小集水坑, 用以安装这类水泵, 而不用进行结构降板, 并且能保证转辙机基坑内任何时候都不会积水, 如图5所示。集水坑的有效水深不大160 mm, 而传统的潜污泵停泵水位基本上都大于160mm。在经常有积水的转辙机基坑内安装图5这类水泵, 通过泵体上自带的液位计设置停泵水位为坑底以5 mm, 启泵水位为坑底以上150mm。

(2) 水位信号上传。一般情况下液位计的信号上传至控制柜, 控制柜处理之后再上传至综合监控。在没有控制柜的情况下, 前期需要监测转辙机基坑内的水位, 则需要寻求其它的解决办法。通过研究, 可以采用浮球开关结合模块来实现。为了保证对转辙机坑水位的精确监控, 每个转辙机坑集水坑内设置一套稳定可靠的浮球开关, 其防护等级不低于IP68, 应能适应水池工作介质条件, 具有报警准确、密封可靠、坚固耐用等特性。浮球开关不控制水泵启停 (水泵启停通过泵体上自带的液位计控制) , 仅提供超高水位报警信号给综合监控模块箱, 由综合监控系统将水位报警信号上传到车控室。浮球开关的触点采用无源干接点, 不需要外接电源驱动。当液位上升接触浮球时, 浮球以重锤为中心随水位上升角度变化。当水面以上扬线角度超过设定角度时, 浮球开关连通, 综合监控系统发出液位报警信号;当水面以上角度低于设定角度时, 浮球开关断开, 综合监控系统复位。

(3) 电源预留。如图5这类的泵, 自带电源插头, 因此前期可在每个转辙机基坑附近设置一个220V的电源插座, 功率为0.55kW即可。

提出的通过选择合适的潜污泵, 同时前期预留电源并结合车站综合监控系统有针对性的设置潜水泵的设计方案, 既避免了土建降板, 又减少了水泵设置的台数, 运营维护又简单方便, 不失为一个较为妥当的解决转辙机基坑积水的方案。虽然该方案目前没有实际工程案例, 但相信在不久的将来, 会成为解决转辙机基坑积水问题的一个比较好的思路。