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3.1.4通讯接口15

3.2系统功能及特点15

第四章地铁给排水系统的常见故障和改进措施16

4.1给水管材的防腐16

4.2潜水排污泵的堵塞和解决方法16

4.3排水管路的堵塞16

4.4排水管材的选型17

第五章课题总结和展望19

参考文献21

致谢22

摘要：

地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点。

因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。

其中地铁的给排水设计，必须满足生产、生活和消防用水对水量、水压和水质的要求，并应坚持综合利用，节约用水的原则。

地铁给水水源应优先采用城市自来水，当沿线无城市自来水时，应和当地规划等部门协商，采取其他可靠的供水水源。

而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准。

同样，对于地铁给排水系统的设计，也只有在总结过去的经验和教训，在新的设计中注意给水系统、排水系统、消防系统这些问题，才能使地铁给排水设计越来越合理，以满足地铁安全运营的需要。

地铁具有大容量,高效率,低污染,集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。

而地铁给排水系统的可靠性是地地铁安全运行的重要保障。

关键词：

地铁；

给水系统；

排水系统；

消防系统

ABSTRACT：

Thesubwayasaindependenttramsystem,havefast,safeandcomfortabletocarrypeoplecharacteristic.Thereforeobtainstherapiddevelopmentofmoderncity,andbecamethe"

greentraffic"

.Thedrainagedesignofmetro,mustsatisfytheproduction,livingandfirewaterforwater,waterpressureandwaterrequired,andshouldsticktocomprehensiveutilization,watersavingprinciples.Subwaywatershouldbeadoptedpreferentiallycitywatertapwater,alongthelocalplanningdepartmentsshallconsultation,andtakeotherreliablewatersupplysource.Andmetrodrainagesystem,inadditiontolifeandfecessewagedischargeoutside,structureshouldbeseparatephenomena,rinseandfirewastewaterandmouthrainwatercanpressconfluenceemissions,drainagestandard.Similarly,watersupplyanddrainagesystemsforthedesignofsubway,alsoonlyattheconclusionofthepastexperiencesandlessons,inthenewdesignnotefeedwatersystem,thedrainagesystem,fire-fightingsystemproblems,abilitymakesthesubwaydrainagedesignmorereasonableandtomeettheneedsofmetrosafety.Thesubwaythathasalargecapacity,highefficiency,lowpollution,whetherconstructionspeed,orconstructionscale,thedevelopmentofurbanmetroisundergoingaunprecedenteddevelopment.Andthesubwaysystemreliabilityiswatertothesubwaysafeoperationoftheimportantguarantee.

KEYWORDS：

subway;

Watersupplysystem;

Drainagesystem;

Firecontrolsystem

第一章前言

1.1研究背景

近年随着城市化进程的加快,城市人口急剧增多,国内各大城市的地面交通均面临着巨大的压力,城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段,目前已在国内多个城市中建成并投入运营,且大多以地下铁道为主。

地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一,及时排放车站内部的积水,对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。

地铁车站排水系统采用分流制,主要由废水系统、污水系统和雨水系统组成,其中废水系统包括车站冲洗水、消防废水和结构渗漏水等;

污水主要为卫生间生活污水;

雨水主要来自敞开式的出入口和风亭等。

而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准的规定。

而地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证。

1．优点

（1）节省土地

由于一般大都市的市区地皮价值高昂，将铁路建于地底，可以节省地面空间，令地面地皮可以作其他用途。

（2）减少噪音

铁路建于地底，可以减少地面的噪音。

（3）减少干扰

由于地铁的行驶路线不与其他运输系统（如地面道路）重叠、交叉，因此行车受到的交通干扰较少，可节省大量通勤时间。

（4）节约能源

在全球暖化问题下，地铁是最佳大众交通运输工具。

由于地铁行车速度稳定，大量节省通勤时间，使民众乐于搭乘，也取代了许多开车所消耗的能源。

（5）减少污染

一般的汽车使用汽油或石油作为能源，而地铁使用电能，没有尾气的排放，不会污染环境。

2．缺点

（1）建造成本高，由于要钻挖地底，地下建造成本比建于地面高；

建设周期长，同样由于要挖地道，铺设铁轨，设备等等，以及各种调试工作，地铁从开始动工到投入运营需要很长的时间；

前期时间长，建设地铁的前期时间较长，由于需要规划和政府审批，甚至还需要试验。

从开始酝酿到付诸行动破土动工需要非常长的时间，短则几年，长则十几年也是有可能的。

（2）安全性，虽然地铁对于雪灾和冰雹的抵御能力较强。

但是对地震、水灾、火灾和恐怖主义等抵御能力很弱。

由于地铁的构造，而导致极易因为这些因素发生悲剧。

为此自地铁出现以来，工程师们就不断持续研究如何提高地铁的安全性[1]。

第二章地铁车站给排水系统简介

车站内废水收集和排放流程如下:

各类废水→排水地漏→轨道排水明沟→主废水泵站→压力检查井→市政污水系统。

2.1各部分系统设计

车站冲洗水排水量为4Lm/2次,计算面积为站厅站台层公共区域,一日一次,每次按1h计算;

结构渗漏水通常设计标准为1Lm/2日,计算面积为车站内表面积;

消防废水按一次消防水量100%计算。

车站各类废水均由设在站台层、站厅层和有用水点的房间内的地漏收集,通过排水立管排放至轨道两侧的排水明沟内。

站厅层排水地漏设在车站主体内侧排水浅沟内,相互间隔约40m,此外车站出入口进站处应设置截水沟和排水地漏;

环控机房、保洁间、污水泵房、废水泵房、茶水间等有给水点的房间也应设置地漏。

站台层地漏主要排放公共区冲洗废水,与站台边缘相距2.5m以上。

对于各类风道进入车站主体处的地漏设置,《地铁设计规范》中并无明确规定,笔者认为要避免不同类型风道因排水浅沟连通而造成的相互干扰,每个风道入口处均应设置排水地漏,不同风道不能共用排水地漏[2]。

图2.1排水地漏设置方式

2.1.1主废水泵站设计

主废水泵站主要排放结构渗漏水、凝结水和生产、冲洗及消防废水等,应设在车站或线路的最低点,其设计关键是确定废水池容积和废水泵参数,车站主废水泵应设置2台,平时互为备用和轮换工作,消防或必要时同时工作,排水泵流量按消防时排水量和结构渗水量之和确定，主废水池有效容积按照主废水泵20min出水量且不小于30m³

确定。

图2.2主废水泵站剖面

对于部分地铁车站与地下商业建筑合建的情况,为了避免商业建筑火灾时对地铁车站的影响,应在两者之间设置挡水和截水措施,商业部分内部应设置独立的局部废水泵站。

2.1.2车站污水泵站设计

地铁车站的污水主要来源于车站工作人员日常用水,一般在车站的站厅层设备区内设有卫生间供工作人员使用,生活用水量按50L班/人计,排水量按生活用水量的95%考虑。

污水泵站应设置在卫生间下的站台层设备区内,污水集水池有效容积一般按6h的污水量确定,但有效容积不应小于2m³

污水泵流量按卫生间排水设计秒流量选取。

在实际设计中,污水池平面不宜过大,以免污水在污水池内停留时间过长,同时污水池应设置排气管道,直接与车站排风管道连接[3]。

图2.3污水泵站布置剖面

2.1.3车站雨水泵站设计

雨水泵站主要设置在车站敞开式风亭内及敞开式出入口扶梯下,雨水排水量按设计暴雨重现期50年10min集流时间计算。

出入口处雨水泵流量按出入口消防水量与雨水量之和选取,风亭处雨水泵流量按计算雨水量选取。

各处集水池有效容积按雨水泵的10min出水量确定。

对于非敞开式出入口的排水泵站,可归于局部废水泵站,水泵设计流量仅考虑消防排水量。

设有顶盖的风亭,可不设雨水泵站,风亭的结构渗漏水可沿风道排入车站内,由地漏收集后排放至主废水池。

2.1.4各泵站控制水位设置及水泵控制方式

车站控制室监视排水泵的工作状态、手自动状态、故障状态和水位状态;

对废水池、集水池、污水池的危险水位进行自动监视,超高报警;

对所有排水泵设自动运行计时,并按设定运行时间进行主备泵自动切换,按维修设定计划提供检修报告。

排水泵通过泵房控制箱实现水位自动控制和手动控制。

控制箱采用一控二方式,其中水位控制方式采用浮球开关,浮球开关与控制水位一对一设置。

废水泵房内的2台潜污泵,平时一用一备,轮换运行。

消防时两台同时工作,废水池内设超低水位、停泵水位和第1、2台泵启动水位共4个控制水位。

污水泵房内的2台潜污泵一用一备,轮换运行,设停泵、启泵水位和超高报警水位共3个控制水位。

车站出入口自动扶梯底部以及洞口集水坑内设2台潜污泵,平时一用一备,必要时双泵运行,设停泵水位和第1、2台泵启动水位共3个控制水位[4]。

2.1.5排水管道材料及其他重要防护措施

一般来说,车站内压力排水管可采用涂塑或衬塑钢管,重力排水管采用阻燃性UPVC管。

排水管穿越不同防火分区时应设置阻火圈;

地铁内引出至地铁外的排水金属管线应绝缘处理后方可引出,可采用安装绝缘法兰或者绝缘短管的方式。

另外,UPVC排水管道不能直接穿越轨顶风道,在风道内的部分应设置钢套管防护,避免消防时高烟气对管道造成破坏。

2.2二期和一期排水设计对比

2.2.1生产生活给水系统独立设置

二期工程5条线生产生活给水系统均独立设置，单独从市政管网上接管供水。

一期工程则与消防给水系统合用，采用合用系统时，由于环管长、与城市管网接口多，造成管网压力变化频繁，容易发生水锤，对系统稳定和管网维护带来不便，这些状况在一期工程运营初期时常出现。

2.2.2消火栓布置

地铁一期工程在隧道内消火栓箱内配置了消防栓、水龙带，间距为50m，在通车后隧道活塞风作用下，消防箱门经常被吹开，消防栓和水龙带移位，给行车带来了极大的安全隐患，也给及时排除险情带来困难。

后经消防部门同意，运营部门及时拆除了消火栓箱，移走水龙带，杜绝了此类安全隐患，水龙带集中放置在车站端部方便取用的地方。

目前地铁新规范已明确，隧道消火栓可不布置消防箱、水龙带，二期工程均按此执行。

2.2.3消防管材选用

二期工程隧道消防给水管设计规格均为DN150，选用管材为钢管或球墨铸铁管。

按照地铁设计规范，为减少杂散电流腐蚀，延长使用寿命，推荐管材采用球墨铸铁管，胶圈连接。

一期工程按规范推荐设计采用球墨铸铁管，安装时采用压兰胶圈，投入使用后，由于转弯处钢支墩不稳固、管内水流方向和压力变化等原因，隧道给水管在运营1年多里发生30余次接口脱开跑水事故，严重影响地铁正常运营。

二期工程部分线路改用内外涂环氧消防钢管，采用卡箍连接；

延长线等仍延续使用球墨铸铁管的线路，应注意管道供货、接口形式和安装等问题[5]。

2.2.4隧道排水压水管敷设方式

地铁一期工程区间主排水泵站压水管，就地在隧道上方专用排水管竖井敷设出隧道。

该方式具有扬水管短，废水就近排放，减少水泵扬程，减少综合布线管道干扰等优点，但由于一期全线排水点分散，排水管位于区间隧道上空难以维护，因此二期工程大部分线路加以改进，压水管沿隧道敷设至临近车站后再排除室外。

个别延长线仍延续一期的做法。

2.2.5管材选用差异较大

二期工程各线对部分设计标准掌握、技术措施采用有些差异，如灭火器计算标准和各类管材选用等方面。

各线消防给水管材选用有3种结果：

一是车站和区间全部采用消防钢管；

二是在车站站台板下部分及区间全部均采用球墨铸铁管，在车站其他部分采用镀锌钢管；

三是根据管径大小选用，当管径≥100mm时采用球墨铸铁管，管径＜100mm时采用镀锌钢管。

车站室内生活、生产给水管基本上采用衬塑钢管，个别线路采用了PPR给水塑料管。

压力排水管主要采用钢管，个别线路采用球墨铸铁管。

室外管材选用种类也较多,例如，埋地重力排水管采用UPVC管、HDPE管或钢筋混凝土管，给水管采用PE管、钢塑管、球墨铸铁管等。

比较相同的是气体灭火系统管材采用内外镀锌无缝钢管，重力排水管地下部分基本采用阻燃UPVC管，高架部分采用UPVC管。

裂缝观测及其他

（1）隧道裂缝检测。

对隧道衬砌上的裂缝采取以目测检查为主，辅以裂缝测宽仪（0.01mm）量测，地铁运营期隧道结构检测方法张学华等行政区，收集的全线水压均为一个定值；

部分线路位置临近，但不同设计单位收集的水压值相差很大。

二期工程高架区间较多，必须依靠市政消防栓来满足消防要求，设计单位应与供水部门充分协商落实线路两侧有关市政设施到位问题，以保证市政消火栓符合消防要求，同步通水，方便取用，管理完善。

资料收集是给排水设计的基础性工作，业主应加强与城市主管部门联系，支持配合好设计院的工作。

（2）隧道防水和排水系统检测。

采用人工检查及部分水样化验（成分分析）的方法进行检测。

在隧道全长内人工检查隧道防水和排水系统状况。

检测防排水结构有无破损，沟管有无开裂漏水，排水沟、积水井等有无淤积堵塞、沉沙、滞水。

另外，利用水质分析判断地下水对于混凝土和钢结构等是否具有腐蚀性，为地铁养护提供必须的水质化学分析指标[6]。

2.2.6改善地下区间消防环管工况

二期工程沿线地势和市政供水压力变化较大，地下线路的消防给水系统管路长、接口多，由于接口水压不同，其工作状况是不确定的，生活、生产、消防合用的给水系统尤其如此。

因此，应在设计上进行优化，把消防系统与生活系统分开独立设计是可行的办法之一；

或者考虑在每条进水管上加设稳压阀，将阀后压力稳定在固定的范围内；

或者采用分区办法，根据市政供水压力，结合线路的竖向标高，以几个车站为一个区域布置成多个小的消防环管系统，并把工作压力控制在固定的范围内；

相邻分区的消防环管系统之间可通过电动阀连接，平时关闭，火灾时开启，增加整个系统的安全可靠性。

2.2.6研发新灭火系统

采用消火栓、灭火器、气体灭火等是目前地铁灭火设计采用的主要办法。

火灾时消火栓系统必须由人工进行操作，其效果受制于火灾当时具体情况，如地板湿滑、烟雾四漫、乘客惊慌拥挤、专业消防人员不能迅速到达等等；

气体灭火系统仅自动扑灭设备房火灾，通过保证行车系统设备正常运行来保证乘客安全；

灭火器只对局部初期小火有效。

因此，这些措施对扑灭地铁火灾远远不够。

2003年2月发生在韩国大邱市地铁火灾的惨痛教训足以说明灭火措施不足的严重后果。

我国目前地铁消防思想是重防而轻治，重疏散而弱于扑救，主要是还没有一套高效、经济、可行的灭火办法。

自动喷淋系统虽能及时、有效抑制初期火灾，在民用建筑防火中普遍采用，但由于对人员疏散影响很大等原因，并未在国内地铁普遍使用。

上海地铁1、2号线地下车站公共区域安装了自动喷淋系统，但是否予以推广，尚未得到行业的认同。

随着我国经济水平和对地铁火灾防治认识的提高，研发和采用有效灭火系统将成为地铁消防设计的首要任务。

细水雾类自动灭火系统是一个新型灭火系统，不仅具有自动喷淋系统部分优点，同时具有用水量较少、对疏散影响不大、灭火效果较好等特点，据了解，该系统在国外地铁车站有使用。

我们应充分重视这样一些新系统的研究和应用，增加快速扑灭地铁火灾的措施和办法，给乘客人身安全和国家财产安全多一份保障。

第三章地铁排水系统设计

设计控制结构:

使用单台PLC对水泵的运行进行控制,系统控制结构如图3.1所示。

整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、水位、运行显示及故障报警四个部分组成。

图3.1系统控制结构图

3.1数据自动采集与检测

数据自动采集与检测均为数字量数据:

集水池水位、电机过热、电机过载、机组漏水、手/自动控制位置等。

数据自动采集主要由PLC实现,PLC数字量输入模块根据水位变化信号,判断区间渗漏水量,控制排水泵的启停。

电机过热、电机过载、机组漏水等传感器与变送器,主要用于监测水泵、电机的运行状况,超限报警,以避免水泵和电机损坏。

各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据,对排水泵的启停进行控制[7]。

3.1.1自动轮换工作

为了防止因水泵及其电气设备长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现,当工作泵出现紧急故障需投入另一台泵时,而不能及时投入以至影响区间安全运行,本系统程序设计了二台水泵自动轮换工作控制,控制程序将水泵启停次数及运行时间运行次数等参数自动记录并累计,系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵,使两台水泵使用率分布均匀,当某台泵故障时,系统自动报警,同时将故障泵自动退出轮换工作,另一泵继续工作,以达到有故障早发现、早处理,以免影响区间安全运行的目的。

3.1.2自动控制

系统控制设计选用了西门子S7—300／400型PLC为控制主机,该机为一体化结构,有PID事故处理、编程、数字量I/O、集成计数及定位、电源和通讯等功能。

PLC上电起动后首先执行内部初始化。

然后根据手动、半自动、自动控制的方式选择。

进入相应的程序流程。

整个程序主要包括运行前水位和供电状态检测、正常启停泵组、运行中参数检测和故障报警、故障停泵等模块。

STEP7软件通过建立在线连接下载程序到PLC以对编制好的程序进行调试。

可实现程序的运行状态监视、强制性数据变更和输入输出信号的强制开，关等。

PLC自动化控制系统根据集水池水位的高低、各台水泵的工况,合理调度水泵,自动准确发出启、停水泵的命令,控制水泵的运行。

水位信号是保证系统可靠运行的一个非常重要的参数,集水池内设超低报警水位、停泵水位、开泵水位、超高报警水位和控制水位,共为5个[8]。

1.当水位达到超低水位报警,同时控制回路应保证所有泵都处于停泵状态；

2.当水位到达停泵水位时,所有泵均应停止工作；

3.当水位到达第一台泵启泵水位时,第一台泵开启；

4.当水位到达第二台泵启泵水位时,第二台泵开启；

5.当水位达到超高水位报警时,保证所有泵都处于开启状态,同时发出报警。

图3.2设计流程图

3.1.3水位、运行显示

通过Twido的数字量输出对水位及水泵的运行、故障情况进行显示,用红色信号指示灯显示水泵的开启状态,用黄色信号指示灯显示水泵机组的故障状态,提醒工作人员及时检修,避免水泵和电机损坏。

对水位信号采用黄色信号指示灯对超低水位、停泵水位和超高水位分段报警,提醒工作人员注意[9]。

3.1.4通讯接口

PLC通过通讯接口和通讯协议,与车站建筑物设备综合管理系统即BAS系统进行通讯,将水位信号、水泵机组的工作状态与运行状态传至车站控制室,同时,操作人员也可利用BAS系统将操作指令传至PLC,控制水泵运行。

3.2系统功能及特点

1．系统根据各台水泵的运行时间,自动实现水泵的轮换工作,延长了水泵的使用寿命；

2．自动检测水位信号,自动投入和退出水泵,合理地调度水泵运行；

3．实时监控水泵及其附属设备的运行状况,显示水位、机组运行情况、超限报警和故障报警；

4.系统具有通讯接口功能，PLC可与车站BAS监测监控主机通讯,传送数据,交换信息,实现遥测遥控功能。

5.系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。

自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；

半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；

手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行,不影响其它泵组正常运。

PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮,设备检修时,可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。

系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

第四章地铁给排水系统的常见故障和改进措施

4.1给水管材的防腐

地铁给水管采用加厚热镀锌管，热镀锌层厚度≥80Um。

一般情况下，管材的锈蚀多发生在丝口连接处和焊接点，个别情况是管身锈蚀。

主要原因是镀锌层被破坏引起，次要原因是镀锌层厚度不够。

镀锌层被破坏的原因主要是施工工艺问题。

正确的方法是在套丝结束后应该将丝口处的杂丝清理干净并刷铅油，连接管道紧固至剩余