地铁道岔基坑排水装置研究与应用

帅品格 舒叔军

（南昌轨道交通集团有限公司，江西 南昌 330038）

道岔是实现车辆从一条线路转向另一条线路的关键设备，其结构复杂，易发生故障，是地铁轨道系统中的薄弱环节。在已运营地下线路中普遍存在道岔基坑积水问题，积水主要来自于道床冲洗水、结构渗漏水和消防废水等[1]。道岔基坑安装了转辙机及其控制设备，积水会使转辙机杆件等机械部分锈蚀、老化，极端情况下也会造成电路短路、设备烧毁，导致信号失表、道岔线路转换不到位，影响地铁正常运营，引发运营事故。

1 当前积水治理方法

1.1 堵漏法

对基坑进行仔细勘察，找出渗漏点，对渗漏部位进行钻孔、注浆，然后重新涂刷防水材料[2]。

此方法对堵漏工艺要求较高，施工难度较大，虽然在短期内解决了渗漏水问题，但存在长期、重复多次堵漏的可能性，且未从根本上解决排水问题。

1.2 人工排水法

每天运营结束后，由维护人员巡查各道岔基坑，用水勺等工具将基坑积水清除[3]。

此方法实施难度小，积水清除也较为彻底，但人力成本较高，如果出现积水严重或突发情况无法及时应对。

1.3 潜污泵排水法

在基坑低洼处安装一小型潜污泵，设置高低水位传感器，实现自动排水功能[4]。

此方法实施难度较大，且因基坑深度有限，传统潜污泵安装摆放存在困难，也无法将积水排除干净，又因水位高低差较小，水泵频繁启停，故障率较高。

以上为当前治理道岔基坑积水问题的主要方法，虽有实际应用但效果均不太理想。道岔基坑积水问题已成为地铁运营管理的一道难题，研究一套新方法、设计一套新装置已是迫切需要。

2 新型气压排水方法

设计一款新型气压排水装置，主要是由真空泵、集水箱、控制箱、吸水装置、传感器、阀门和管路等组成。

当吸水装置中的液位传感器检测到道岔基坑高水位后，真空泵启动抽真空；当集水箱到达一定真空度后，道岔基坑积水在大气压力下进入集水箱；当道岔基坑低水位或集水箱高水位时，真空泵停止运行；当集水箱到达高水位后，排水口电磁阀打开，水在正压（可利用真空泵打正压）或自身势能作用下排出至就近排水沟或集水井。气压排水原理如图1 所示。

图1 气压排水原理图

3 气压排水装置设计

3.1 吸水装置

吸水装置安装在道岔基坑内，底部和侧面均采用304不锈钢滤网式设计；上部预留吸水管和液位计安装孔；吸水装置参考尺寸为200mm×200mm×250mm，也可根据现场工况做非标设计。吸水装置示意图如图2 所示。

图2 吸水装置示意图

吸水装置的立体式滤网设计，不但能有效隔离较大颗粒物和废物垃圾，防止管路堵塞，而且彻底解决了液位传感器的固定问题，使液位信号更准确，启停泵控制更到位。

3.2 集水箱

集水箱可挂墙安装，也可落地安装。集水箱建议采用304 不锈钢材质，容积不小于40 L，耐压不低于1.0 MPa；顶部预留真空泵和液位计安装接口，上部预留进水管接口，下部预留排水管接口，底部预留排污管接口，所有接口建议采用内螺纹设计；正面安装一个压力真空表；根据需要安装落地支架或挂墙挂钩。集水箱示意图如图3 所示。

图3 集水箱示意图

3.3 集水坑

对于新建或部分在建道岔基坑，建议在基坑内设置300mm×300mm×200mm 的集水坑，即可满足气压排水装置的工作要求。集水坑的面积和深度也可根据现场实际情况进行调整。道岔基坑积水通过车站2‰的纵坡，汇流至集水坑，当到达预设水位后，气压排水装置启动将水吸走。

对于已建成的道岔基坑，在确定气压排水装置位置后，将吸水装置直接固定在基坑相对低洼处即可。

3.4 真空泵及其他

真空泵建议采用旋片式，抽气速率不低于10 m3/h，功率不超过1 kW，自带良好的散热功能，具备良好的防尘防水功能或配备防尘防水罩。

液位传感器采用电极式，三极一体化安装，电极长度分别与吸水装置和集水箱高度匹配，探针采用304 不锈钢材质。

电磁阀、排污阀等水阀门建议采用304 不锈钢材质，水管可选用不锈钢管、镀锌钢管或性能良好的PVC 供水管。

就地控制箱应具备IP65 防护等级。若需实现远程监控功能，应配备相对应的通信模块或端口。

3.5 电路控制

主回路主要包括断路器、接触器、热继电器和真空泵等元器件。控制回路推荐选用PLC 控制，也可根据实际需要采用继电器控制，并用马达保护器替代热继电器。下面以采用继电器控制为例作简要说明。

就地控制箱面板设置指示灯有5 个，分别为真空泵运行指示灯LD1、停止指示灯LD2，排水阀开启指示灯LD3和关闭指示灯LD4，真空泵故障指示灯LD5；设置手动/自动转换开关一个（SA1）；设置按钮4 个，分别为真空泵手动开启按钮SB2、停止按钮SB1，排水阀手动开启按钮SB4、停止按钮SB3。

配备中间继电器7 个，分别为基坑高水位KA1、低水位KA2，集水箱高水位KA3、低水位KA4，真空泵自动控制KA6，排水阀手动控制KA5、排水阀自动控制KA7；配备时间继电器一个，为排水阀自动延时KT1；排水阀2 个，分别为Y1 和Y2。控制回路原理图如图4 所示。

图4 控制回路原理图

4 气压排水优势及推广应用

4.1 气压排水的优势

针对道岔基坑排水2 种不同方案（潜污泵排水和气压排水装置排水）的比较见表1。

表1 2 种排水方案比较

从表1 中可看出，气压排水装置排水相对于潜污泵排水，除初期投资较高外，在安装要求、排水效果、维护管理和维护费用等方面，均存在明显优势。

4.2 推广应用

气压排水装置较完美地解决了既有线路上单个道岔基坑的积水问题。对于同区域的多个道岔基坑，也可只设置一个气压排水集中控制站，每个基坑安装一套吸水装置、控制阀门和管路与集中控制站相连，当有基坑积水到达高水位时，就打开相应的阀门进行抽真空排水。此方案通过集中抽真空，就地解决了分散道岔基坑的排水难题，较单体气压排水装置有很高的经济性。因涉及大量的管路安装，故在既有线路上改造有一定的难度，但在新线设计中有很高的推广价值。

5 结论

利用气压排水装置的技术优势，可以有效解决道岔基坑积水问题，尤其是对既有线路的改造简单可行，成本低、工期短、见效快。在新线设计中，可根据现场需要，设置气压排水集中控制站，同时解决多个道岔基坑积水问题，实现道岔转辙机安全与经济效益的双提升。