特殊情况下地铁轨道道床兼设废水泵房的研究与思考

徐彩彩

（中国铁路设计集团有限公司，300251，天津∥工程师）

在常规的地铁工程中，地下线区间一般采用将废水泵房与联络通道合并建设的模式，即联络通道兼设废水泵房。例如，某项目地质软弱，其中一区间左线与右线叠落布置，联络通道及泵房施工风险极高，且易引发地铁内涌水及结构破坏，给运营安全带来极大隐患。考虑到近些年来，联络通道和废水泵房合建项目施工事故频发。因此，该区间联络通道被取消，改为在道床内设置废水泵房。

对国内地铁项目中轨道道床兼设废水泵房的设计情况及应用现状进行了调研，在此基础上，针对具体情况，分析研究了在轨道道床内设置废水泵房的方案及措施。

1 轨道道床兼设废水泵房现状的调研分析

取消区间联络通道，将废水泵房设在轨道道床内作为工程项目特殊情况下的一种处理措施，在天津、宁波及广州等城市的地铁项目中均有应用。其中，天津地铁5号线，道床内开了4个0.5 m×0.5 m的孔，钢弹簧浮置板基底设置1处10.0 m（长）×0.7 m（宽）×0.2 m（深）的集水坑。集水坑内设置4台额定流量为10 m3/h的潜污泵。天津地铁6号线也有利用轨道道床设置废水泵房的情况。其轨道道床内设置约10.0 m（长）×0.50 m（宽）×0.37 m（深）的集水坑，且在集水坑内设置了潜污泵。宁波轨道交通1号线（东南路站—出入段线区间）轨道道床设置2处2.2 m（长）×0.6 m（宽）×0.5 m（深）的集水坑，每处集水坑内各设置2台额定流量为10 m3/h的潜污泵。

通过调查发现，天津地铁轨道道床内泵房使用情况进行调查，存在以下问题：①由于潜污泵所在的轨道道床集水坑长期积水，故钢轨及扣件等部件锈蚀较严重，浮置板道床内隔振器也被水浸泡。②潜污泵故障次数多，更换较频繁。③道床表面出现破碎、掉块等现象。

2 轨道道床内废水泵房集水坑尺寸计算

以某采用盾构法施工的地铁工程项目为例，分析轨道道床内废水泵房集水坑尺寸的计算方法。

2.1 轨道结构高度

盾构法施工地铁隧道内径为5.9 m，外径为6.6 m，管片为厚350 mm的C50钢筋混凝土管片。为尽可能降低道床积水对轨道结构的影响，在取消联络通道的特殊区间内，钢轨顶面至建筑限界的垂向距离加大至940 mm，钢轨顶面至盾构管片内壁最大距离为1 090 mm。

2.2 道床内废水泵房集水坑容积

受限界与道床结构的影响，废水泵房设于道床内时，集水坑的深度和宽度均受限制。因此，须选择结构紧凑、占地面积小的潜污泵。经核算，案例工程采用设计额定流量为10 m3/h的潜污泵。根据《地铁设计规范》要求，区间排水泵站的集水池有效容积不应小于1台最大排水泵15～20 min的出水量［1］。经计算，道床内集水坑的有效容积约为2.5 m3。

2.3 废水泵房集水坑尺寸

综合考虑道床断面、轨距、轨枕尺寸、道床钢筋布置、废水泵房容积要求等因素，泵房集水坑深度取0.7 m，宽度取0.6 m。根据集水坑有效容积、宽度、深度及水泵启泵水位高度等进行计算，集水坑长度取10 m。道床结构及集水坑尺寸如图1所示。

图1 地铁隧道轨道道床结构示意图

道床内设置废水泵房后，原来的整体道床几乎被分割成2个近似三角形的承轨台，道床与盾构管片间的主要受力接触面为沿盾构壁的倾斜弧面。道床的整体性被削弱。列车运行过程中，在垂向荷载和横向荷载的作用下，道床与盾构管片之间易产生相对位移，存在道床剥离、轨道稳定性降低的风险。

为分析道床在列车荷载作用下的受力及位移变形情况，采用有限元法建立隧道与道床结构计算模型。在模型中，道床及盾构隧道均采用实体单元模拟，混凝土道床与盾构管片之间通过接触单元联系，盾构管片外部进行全约束。由于隧道内温差较小，因此不考虑温度变化对道床的受力变形影响。主要计算参数如表1所示。

表1 主要设计参数

建立10 m长的道床模型，并在道床中部施加1个转向架（即2个轮对）产生的垂向荷载与横向荷载，且左右2块道床的横向荷载方向相同。经计算分析，轮对作用位置所在的道床断面的应力及位移较其他地段大。故图2中仅列出了轮对作用位置所对应的道床断面的道床应力及位移分析结果。

（1）从图2 a）、图2 b）可知，左侧道床块在列车垂向压力和横向拉力的作用下，道床与管片接触处最大垂向位移为0.004 8 mm，最大横向位移为0.004 5 mm，位移值均很小。从图2 c）可知，道床最大拉应力为0.81 MPa，在混凝土抗拉强度设计值1.71 MPa允许范围内。

（2）从图2 d）可以看出，随着道床与盾构管片之间摩擦系数的增大，与管片接触位置处的道床横向位移逐渐减小。因此，可通过采取在盾构管片内植筋等措施增大道床与盾构管片之间的摩擦系数，进而减小道床与管片接触位置处的道床横向变形。

综上分析可知，道床内设置废水泵房后，轨道结构强度能满足列车安全运行的需求。因此案例项目集水坑尺寸按10.0 m（长）×0.6 m（宽）×0.7 m（深）设计，在理论上是可行的。

3 建议

综合考虑国内已运营地铁项目轨道道床废水泵房存在的问题，以及工程施工、列车运行等可能存在的不确定性情况，为进一步确保道床结构安全可靠性，同时促进废水泵房排水功能正常发挥，提出以下几方面建议：

图2 轨道结构受力分析图

（1）借鉴工程经验，在废水泵房两侧道床块之间，沿纵向每隔1.5 m左右增设1道横向钢支撑，可进一步提高道床抵抗横向力的能力（如图3所示）；同时通过在盾构管片植筋的方式，加强道床与基础结构之间的联结，增加道床与盾构管片之间的摩擦力，从而进一步减小道床与盾构管片之间的相对变形。

图3 道床设横向钢支撑示意图

（2）集水坑内沉积的泥沙及大型污物易阻塞潜污泵的进水口，使水泵无法正常运转。故道床内废水泵房集水坑的上游位置处，应设置进水篦子及尘沙池，以防止泥沙及杂物进入集水坑内。此外，应选用具有自动冷却装置的潜污泵，以防止水泵烧坏；合理设置启泵水位，及时排除集水坑内的废水，避免道床积水浸泡、腐蚀轨道部件。

（3）沿泵房长度范围内，道床表面与盾构管片衔接界面处涂刷防水砂浆之类的防水涂料，避免道床与盾构管片剥离。泵房范围排水用的各种管线应采取在道床内预留横槽的方式进行敷设，避免后期大量开凿，破坏道床结构。

（4）列车运行振动易导致泵房内各设备螺栓脱落，北京、广州地区均出现过螺栓脱落现象。因此平时应加强道床废水泵房的日常巡检。

（5）高等减振道床和特殊减振道床由于结构形式需要，其减振元件浸水后容易失效，不宜设置废水泵房。如必须设置，应结合土建条件，在确保道床结构强度的前提下，加大集水坑深度，同时水泵启泵水位应不超过基底水沟表面，避免因积水浸泡减振原件而影响轨道减振性能。

4 结语

地铁工程项目中因特殊情况取消区间联络通道，而使废水泵房必须设置在轨道道床内时，应在确保轨道强度和稳定性的前提下，根据限界、道床结构及排水要求合理确定道床集水坑尺寸。经理论计算与分析，本文研究的项目，集水坑尺寸采用10.0 m（长）×0.6 m（宽）×0.7 m（深）是可行的。通过采取在废水泵房两侧道床块之间增设横向钢支撑，在盾构管片植筋的方式，进一步增强轨道结构安全可靠性。通过采取在道床废水泵房集水坑的上游位置处设置进水篦子及沉砂池、增强对泵房设备的巡检维护等措施，促进废水泵房排水功能正常发挥。

除了对轨道结构进行合理设计外，还应结合工程条件，尽可能地优化限界设计，增加废水泵房范围内的轨道上建高度；同时，应采用具有自动冷却功能的水泵，并合理设置启泵水位，及时排除废水。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157—2013［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［2］ 孙雪兵.国内地铁首条越江区间联络通道结构设计［J］.铁道工程学报，2014（2）∶72.

［3］ 刘宗洲.轨道交通隧道区间排水泵房设计［J］.隧道建设，2011（5）：588.

［4］ 蔡炜，岳广学.地铁工程联络通道与废水泵房合并施工对隧道变形的影响［J］.北京交通大学学报，2010（4）：123.

［5］ 任志坚，佘才高.南京地铁盾构隧道联络通道设计与施工［J］.都市快轨交通，2005（5）：50.

［6］ 金磊.软土地区地铁隧道联络通道实施风险与监理对策［J］.城市轨道交通研究，2010，13（4）：29.