地铁地下区间废水泵房设置创新研究

戴东琼

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029）

0 引 言

地铁工程地下区间由于隧道外的土壤地下水存在水压，在施工及运营过程中会产生结构渗漏水。结构渗漏水经过轨道排水沟收集，汇至地下区间最低点处的废水泵房集水井内，经潜污泵的提升最终排至车站周边市政污水管网。目前，地下区间的废水泵房一般采用与联络通道合建的方式，设置在地下区间最低点下方。地铁工程一般采用盾构法施工，其施工断面固化导致施工操作面受限，现有地铁工程的联络通道一般是在主隧道施工完毕后，采用矿山法进行人工开挖，废水泵房集水井需在普通联络通道开挖完成后再往下开挖4～5 m，极易发生透水、坍塌甚至人员掩埋等严重灾害，故需要研究采用更加可靠的机械法开挖方式、优化废水泵房的布置形式，以保证工程质量及生命财产安全。

1 现有地下区间废水泵房方案

1.1 常规方案

目前，地铁工程地下区间废水泵房常规做法是在地下区间线路最低点与联络通道合设，用于收集并及时排除日常结构渗漏水及消防工况下的区间消防废水，以保证地铁安全运行。地下区间废水泵房内的潜污泵流量按照消防工况下的消防废水水量与结构渗漏水量叠加考虑，地下区间消火栓用水量采用10 L/S，盾构法施工的隧道结构渗漏水可以忽略不计，因此地下区间废水泵房一般选用单台流量为Q=36 m3/h 的两台水潜污泵，平时互为备用，必要时可同时启动。区间废水泵房集水井的有效容积，按照《地铁设计规范》GB 50157—2013 的要求，应满足单台水泵15～20 min 出流量来确定，一般为9～12 m3。

考虑到控制土建施工风险、节省投资，联络通道的平面尺寸不宜过大，设在联络通道的废水集水井的平面尺寸也相应的受到限制，同时废水集水井的有效水深应考虑潜污泵启泵死水位、安全超高水位等，导致集水井的实际土建深度深达4～4.5 m。常规地下区间废水泵房剖面图如图1所示。

图1 常规地下区间废水泵房剖面图

此外，针对软土地区的地铁工程，个别城市也尝试了在隧道轨道层内设置长度10～20 m、宽度深度均小于1 m 的轨道浅层下沉式基坑，配备多台潜污泵进行废水收集与排除，从而避免在联络通道处设置常规废水泵房。

1.2 优缺点分析

1.2.1 优点

常规地铁区间废水泵房及集水井设置于联络通道内，有利于后续运营维护管理，出现故障可及时处理。

软土地质条件的轨道浅层长条废水基坑方案可避免在联络通道内开挖深基坑，大大降低施工风险。

1.2.2 缺点

常规地铁区间与联络通道合建的废水泵房集水井深度过大，经常会遇到基坑透水坍塌或遇到岩层爆破等问题，施工难度与施工安全风险巨大。

软土地质条件的轨道浅层下沉式废水基坑由于无法解决降低潜污泵停泵水位的问题，导致基坑内的死水无法排除，且安装的特制潜污泵故障频繁，轨道道床集水坑长期积水，积水时常漫过道床，会侵蚀轨道基础及轨枕、扣件、隔振器等，对列车日常运行造成安全隐患，同时潜污泵需要特别定制，造价较高，且故障率高。

2 分建式主隧道竖井结构废水泵房

2.1 优化方案

地铁地下区间联络通道采用传统的矿山法施工，工期长、工后沉降得不到有效控制、破坏主体结构、作业环境差、施工风险大，采用机械法施工联络通道，可有效避免传统矿山法施工的各类缺陷。由于机械法施工联络通道的断面固化施工操作面受限，不能满足垂直掘进设备的施工空间，废水泵房不设置在联络通道内，而是设在在地下区间主隧道线路最低点轨道正下方，采用分建式主隧道竖井结构废水泵房的创新模式，如图2所示。

图2 分建式主隧道竖井结构废水泵房示意图

采用垂直掘进设备对地下区间主废水泵房集水池进行机械开挖，并结合施工机械操作空间、隧道综合管线横断面布置、后期运营维护及应急处置等问题，通过对比分析，对此创新方案提出以下技术细节：

考虑到垂直掘进设备操作空间、隧道结构稳定性及水泵安装空间，地下区间主隧道线路最低点轨道正下方的废水泵房集水池采用圆形集水井型式，直径2.5 m；集水井深度在考虑废水泵启泵死水位、安全超高水位的前提下，经过计算确定，采用土建深度3.0 m。双隧道的区间最低点一般均在同一里程处，在一处隧道轨道正下方设置废水泵房集水井，相邻隧道轨道排水沟的废水采用定向钻施工工法，从道床下方敷设2 条DN250 钢管接至集水井内，将两条隧道联通以满足地下区间的排水要求。

沿轨道纵向钢轨之间水泵正上方设置2 个水泵检修口（兼做人孔），结合钢轨间距及轨枕的布置，水泵检修口的尺寸采用L×B=0.9×0.5 m。

为便于潜污泵出水管上闸阀、止回阀的日常维护与检修，水泵的阀门组件应在隧道侧壁轨面以上安装，以便于应急操作。联络通道与集水井距离＜20 m 时，配电柜与水泵控制柜宜设置在联络通道内；联络通道与集水井距离＞20 m 时，配电柜与水泵控制柜可设置在隧道侧壁，在设备限界不满足要求时，可在隧道侧壁设置凹槽。分建式主隧道竖井结构废水泵房横断面布置图如图3所示。

图3 分建式主隧道竖井结构废水

为便于潜污泵的检修，水泵吊装采用机械吊装法，地铁运营部门可根据实际情况采用以下三种检修方式：

（1）对既有接触网升降车进行局部改造，在车体平台加装吊钩，利用升降台本身的电机动作实现潜污泵的吊起和自耦安装。

（2）采用模块化检修车，蓄电池驱动，并配备电驱卷扬机。平时模块可放置在车站站台层备用间或区间联络通道，检修工况下运营人员对检修车的模块进行安装，并行驶至泵坑位置进行水泵吊装作业。

（3）采用专用隧道水泵提升检修车，平时放置在地铁维修场段，需要时行驶至区间泵坑位置进行水泵吊装作业，实现全自动化机械操作，并可加装污泥泵等设备，对废水集水池坑底进行排泥清淤作业，实现多功能化智慧运营。

2.2 方案优点

分建式主隧道竖井结构废水泵房对于常规的与联络通道合建的区间废水泵房，避免了冷冻加固或局部静爆措施，极大地降低了施工风险，保证了施工人员的生命安全，并将施工工期缩短50%。

地下区间主废水泵房与联络通道分离，不仅减小了联络通道的体量，还可使联络通道的平面位置选择和区间纵断面设计更加灵活，无需因为应在最低点设置废水泵房而在该处增设联络通道。在某些工程中，可以节省一处联络通道，工程投资节省400 万以上。

2.3 局限性分析

分建式主隧道竖井结构废水泵房的集水井采用机械开挖，需另行购置专门的垂直掘进设备，需要大规模采用该工法才能平衡增加的设备费用对工程投资的影响。

分建式主隧道竖井结构废水泵房的集水井设置在隧道轨道正下方，潜污泵需采用机械化吊装作业，改变了运营部门的工作习惯，增加了后期运营的维护成本。运营部门需要研究考虑机械化吊装作业方式，明确维保流程，提高维护水平。

3 合建式联络通道平布结构废水泵房

3.1 优化方案

地下区间联络通道与废水泵房在主隧道施工完毕后，采用矿山法进行人工开挖，联络通道与废水泵房合建，对常规联络通道合建式废水泵房的集水井平面尺寸、水泵选用与布置方式进行优化。合建式联络通道平布结构废水泵房剖面图如图4所示。

图4 合建式联络通道平布结构废水泵房剖面图

废水泵房集水井有效容积按照最大一台水泵15 min 出流量来确定，常规设计采用流量36 m3/h 的2 台潜污泵，一用一备。为有效减少废水泵房集水井的有效容积，优化方案为在废水泵房集水井内设置3 台潜污泵，两用一备，每台潜污泵的流量采用18 m3/h，通过减少最大一台水泵的流量来减少废水泵房集水井的有效容积，从而减小废水泵房集水井的深度。废水泵房集水井沿联络通道长边布置，采用长方形平面布局，平面尺寸采用L×B=4.0×1.5 m；废水泵房集水井有效容积经计算确定为4.5 m3，比常规联络通道合建式废水泵房的集水井的有效容积减少50%，集水井深度可由4.5 m 优化至2.5 m，有效减少了废水泵房集水井的开挖深度，降低了施工风险。

区间轨道排水沟与废水泵房集水井之间的排水管道起端标高应根据轨道减震形式确定。当轨道采用普通减震、中等减震及高等减震时，轨道排水沟为明沟，排水管道起端管内底标高为明沟沟底最低点，将废水泵房集水井报警水位设置为不超过轨道排水沟沟底标高，集水井深度可进一步优化至2.0 m；当轨道采用特殊减震时，轨道排水沟采用道床中心暗沟，排水管道起端管内底标高应为中心暗沟沟底最低点，将集水井报警水位设置为不超过轨道中心暗沟的沟底标高，废水泵房集水井深度采用2.5 m。

合建式联络通道平布结构废水泵房内的潜污泵出水阀门组、配电柜及控制箱、起吊装置的设置要求与常规区间废水泵房保持一致。

3.2 方案优点

合建式联络通道平布结构废水泵房采用两用一备的设泵方式，通过减小最大一台水泵的流量，从而减小废水泵房集水井的有效容积和深度以将联络通道的工程施工风险降至最低。合建式联络通道平布结构废水泵房集水井深度比常规区间废水泵房的深度减少约2.0～2.5 m，大大降低了基坑开挖难度及安全风险，节省土建施工措施综合费用约50 万。

潜污泵、出水阀组、配电柜及控制箱均设置于联络通道内，后期运营维护更加灵活便捷，符合运营部门的工作习惯。

合建式联络通道平布结构废水泵房适合地质条件较好，且不需大范围采用冷冻法施工或静爆施工的情况，施工工期可缩短约20%。

4 结 论

综上所述，在区间地质条件允许的前提下，建议优先采用合建式联络通道平布结构废水泵房，有效减少集水井深度，降低施工难度及风险；当区间地质条件差，采取大规模冷冻法施工及净爆措施的情况下，建议采用分建式主隧道竖井结构废水泵房，并与运营配合研究合适的机械吊装装置，对水泵进行吊装作业以保证日常运维。现今，地铁地下区间机械法施工的应用逐步形成规模，施工安全与工期均得到了有效保障，废水泵房的布置方式、运营维护理念也需要相应的优化提升，以保证工程综合性能最优。