地铁车站给排水及消防设计特点
摘 要:地铁工程投资大,设计时应充分考虑地铁工程的特点,采用较高的设计标准,保证设计质量,从给排水专业的角度,具体介绍在地铁车站设计中本专业应充分考虑的技术要素。
关键词:地铁车站; 给排水; 消防; 设计
1 概述
地铁车站是地铁工程的重要组成部分,地铁车站的给排水及消防设计有一般建筑工程的共性,也有作为地铁工程的特点。笔者承担了上海市共和新路高架工程延长路地铁车站的给排水设计,就该工程的生产生活给水系统、排水系统、消防系统、人防给排水等系统分述如下。
2 生产、生活给水系统
地铁车站所在地一般为城区,周围有较完善的市政给水管网,以市政自来水为供水水源。每个车站由2 条不同的城市自来水管引入消防和生活、生产给水管。采用生活、生产用水和消防用水分开的给水系统, 分别设置水表及阀门井。水压按卫生器具用水要求和生产用水要求确定。地铁车站用水量包括车站工作人员生活用水量、车站冲洗用水量、环控系统所需冷却补充水量。地铁车站位于地下,市政水压一般能满足生产、生活给水系统水压要求,采用市政给水直接供水给水系统。生产、生活给水干管在站厅层、站台层呈枝状布置,满足各用水点要求。其特点如下。
(1) 用水量标准 工作人员生活用水量50 L/ 班·人,时变化系数2. 5 ; 冲洗水量3 L/ m2 ·次; 冷却补充水量按循环水量的2 % 计。
(2) 进出车站的给排水管道布置 给排水管道不能穿过连续墙,宜在出入口或风井部位布置,因地铁车站连续墙厚度近1 m , 预留空洞给结构工程带来不便。
(3) 管道绝缘 由于地铁车辆采用接触网供电,对于这种直流牵引供电系统,要防止杂散电流对给排水
管道的腐蚀。进出车站的给排水管道均需进行绝缘处理后引入或引出,可在进出车站的给排水管道靠车站主体外侧安装1 m 长的绝缘短管。
(4) 管材 要防止杂散电流对给排水管道的腐蚀。一般情况生产、生活给水管管径小于等于DN100 mm 的采用新型塑料给水管,大于DN100 mm 的采用镀锌钢管或可延性铸铁管。
(5) 生产、生活给水管线布置注意事项 给水管道严禁跨越通信和电器设备用房。给水干管最低处设置泄水阀,最高处设置排气阀,排气阀一般设于设备用房端部没有吊顶的部位。给水干管穿越沉降缝处,宜设置波纹伸缩器。由于生产、生活给水管一般采用塑料管材,塑料管材的线胀系数大,地铁车站站厅、站台层长度一般在100 m 以上,管线布置时要有效地减少或克服管道线性变化值。在可能暗敷的场所尽量采用暗敷的安装方式,管道直线长度大于20 m 时应采取补偿管道涨缩的措施,支管与干管、支管与设备的连接应利用管道折角自然补偿管道的伸缩。当不能利用自然补偿或补偿器时,管道支架均应为固定支架。管道支架不仅起管线固定的作用,还要求能承受管线因线性膨胀而产生的膨胀力,其间距应比传统的镀锌钢管小得多。
(6) 冲洗栓箱的设置 考虑到地铁运营中需要对车站进行清扫,因此站厅、站台层两端和长度大于20 m 的通道内均设置冲洗栓箱,暗敷于侧墙内。为便于更换洒水栓栓头,应在栓前设置闸阀。
(7) 给水立管的设置 从站厅层至站台层的给水立管宜设置在端部风井内,避免给水立管影响接触网供电系统。
3 排水系统
车站、区间的污水、废水及雨水均应就近排入市政排水系统,污水应按规定达标后排放。地下车站及地下区间应设置废水泵房、污水泵房和雨水泵房。废水系统包括消防废水、地面冲洗废水、事故排水、结构渗漏水等,这些废水均通过线路排水沟汇流集中到线路区段坡度最低点处的废水泵站集水池内。污水系统主要指车站内卫生间生活污水。在折返线车辆检修坑端部、出入口和局部自流排水有困难的场合需设置局部排水泵房,在地铁洞口及敞开出入口处应设雨水泵房。其特点如下。
(1) 排水量标准 工作人员生活排水量按生活用水量的90 % 计;消防废水量与消防用水量相同。冲洗排水量为3 L/平方米 ·次,结构渗漏水量为1 L/ 平方米 ·昼夜。
(2) 排水点设置 地铁车站属地下建筑,污废水一般不能自流排出,需用泵提升后排出,所以在设计时排水点要考虑周到。除各排水点汇流集中到废水泵房、污水泵房的污废水用泵提升后排入市政排水系统外, 还需考虑出入口处电梯基坑排水和站台底板下的结构渗漏水。为排除站台底板下的结构渗漏水,需在站台层端部设集水坑,坑内设潜污泵将积水定期提升后排至线路排水沟内,由该沟流至废水泵房的集水池内。在折返线车辆检修坑端部、出入口和局部自流排水有困难的场合需设置局部排水泵房。
(3) 排水泵 排水泵应设计成自灌式,采用水位自动、就地和距离3 种控制方式,并要求在车站控制室显示排水泵工作状态和水位信号。
(4) 集水池有效容积的确定 确定集水池有效容积时,既要防止过大增加工程造价,又要防止过小频繁开启水泵。废水泵房集水池有效容积可按不小于10 min 的渗水量与消防废水量之和确定,但不得小于30 立方米 。污水泵房集水池有效容积不应小于最大一台泵5 min 的流量,但不得大于6 h 的污水量,防止污水停留时间过长而沉淀、腐化。
(5) 排水泵房与雨水泵站 车站露天出入口的雨水不能自流排除时,宜单独设置排水泵房;地下铁道隧道洞口雨水宜采用自流排水,当不能自流排水时必须在洞口设雨水泵站。如果雨水涌进地铁车站将影响地下铁道安全运营,甚至造成事故。为保证地下铁道安全运营,地下雨水泵站暴雨重现期取30 年。
(6) 车站站厅、站台层地面及设备用房 这些地方根据需要应设排水地漏,出入口通道与站厅接合处,需设置排水横截沟。地漏和排水横截沟排水立管应接至道床排水沟。
(7) 废水泵房、污水泵房 废水、污水泵房内应设置通气管道,与环控系统空气管道连通,避免臭气污染其他房间。
4 消防系统
4. 1 消火栓给水系统
在上海等大城市,消防时可直接从城市管网抽水, 不设消防水池。如当地城市管网不能满足消防要求时,必须设消防泵和消防水池。确定消防水池容积时, 自动喷水灭火系统火灾延续时间按1 h 计,消火栓系统火灾延续时间按2 h 计,但应减去火灾延续时间内连续补充的水量。消火栓给水系统经增压后在车站内形成环网,区间隧道消防供水由相邻车站消火栓管网引入,双向区间形成环路。消火栓给水系统用水量按同一时间内发生一次火灾考虑。消火栓的水压应保证水枪充实水柱不小于10 m , 栓口处的静水压力不大于80 MPa 。消火栓给水系统服务范围除车站本身外,还包括两地铁车站之间隧道和车站附属的各种连通通道。两地铁车站之间隧道和车站附属的各种连通通道(长度大于25 m) 内均需布置消火栓。
其特点如下。
(1) 消火栓箱的型式 根据地铁车站的建筑特点和不同的设置部位选用不同型式的消火栓箱。一般站厅层和连通通道选用单阀单出口消火栓箱,站台层选用双阀双出口消火栓箱,弯曲隧道内消火栓箱宜设在与轨道距离较远的内侧,隧道内消火栓箱上应有电话插孔。车站及折返线消火栓箱内应设火灾报警按钮和消防泵启动按钮。
(2) 消火栓箱间距 按2 股水柱同时到达任一着火点布置。车站内消火栓箱最大间距50 m , 折返线内消火栓箱最大间距50 m , 区间内消火栓箱最大间距100 m 。
(3) 水泵结合器 地铁车站出入口或通风亭的口部应设水泵结合器,并在40 m 范围内设置室外消火栓。
(4) 自动巡检功能 因为消防泵平时很少运行,为加强消防泵给水的可靠性,要求消防泵具有自动巡检功能。在设定的时间周期内自动地启动消防泵,对消防泵的运行进行检查,有利于及时了解消防泵的实际性能, 解决消防泵的锈蚀问题,保持消防泵的良好工况。
4. 2 自动喷水灭火系统
以往不设置地下商场的地铁车站,一般不设置自动喷水灭火系统。在韩国大邱地铁火灾事故发生后, 为进一步提高消防安全,上海市消防局要求所有地铁车站必须设置自动喷水灭火系统。火灾危险等级按中危险级Ⅱ 级考虑。其特点为: 自动喷水灭火系统干管坡度宜与站厅层、站台层顶板坡度一致,以便于降低吊顶高度和系统排水。
4. 3 气体灭火系统
地下变电所的重要设备间、车站通信及信号机房、车站控制室、控制中心的重要设备间和发电机房等,不仅设备昂贵,而且这些部位一旦发生火灾,将影响整个地铁的安全运营,所以这些部位必须设置气体灭火系统。目前,国内新建的几条地铁线路如北京地铁复八线、上海地铁二号线,上海共和新路高架工程、广州地铁二号线等均选用了INERGEN ( 烟烙尽) 气体灭火系统。烟烙尽是氮气、氩气、二氧化碳以52∶8 的体积40∶比例混合而成的一种灭火剂。它的3 个组成成分均为不活泼气体,为大气的基本成分。烟烙尽气体无色、无味,不导电,无腐蚀,无环保限制,在灭火过程中无任何分解物。其灭火原理为稀释氧气,窒息灭火。气体喷放时环境温度变化小,且不影响能见度。缺点:喷射时噪声大;以气态方式贮存,贮存瓶组较多;贮存压力大, 常温下为15 MPa ,高压增加了危险性,也相对容易泄露,对管道材料以及安装、维护水平要求较高。该系统主要设备元件目前为进口产品,造价较高。
(1) 基本要求 系统要同时具有自动控制、手动控制和机械应急操作3 种启动方式; 灭火剂能在尽可能短的时间内喷放到防护区内,并迅速均匀分布达到要求的灭火浓度;防护区应封闭良好,防止灭火剂流失, 并能保持灭火浓度;保护区不宜开口,保护区内与其他空间相同的开口(除泄压口外) 应能在灭火剂喷放前自动关闭,否则应将保护区扩大至与之相通的空间。对密闭良好的保护区应设置泄压口, 泄压口应设置在保护区室内净高2/ 3 高度以上,且应高于保护对象,并宜设在外墙上。若保护区设有外开门弹性闭门器或弹簧门,开口面积不小于泄压口的计算面积,该保护区可不另设泄压口。
(2) 系统组成 烟烙尽气体灭火系统主要由烟、温感探测系统、钢瓶组件(包括释放阀等) 、集流管、止回阀、选择阀、减压孔板、管道、喷头、报警装置和控制盘等部分组成。
(3) 系统主要设计参数
最小设计灭火浓度:37. 5 %(16 ℃时)
最大设计灭火浓度:42. 8 %(32 ℃时)
灭火剂设计用量计算: M= 2. 303 ( Vs/ S) ×lg[100/(100 -C)] ×V ;
S= 0. 657 99 + 0. 002 39 T 式中 M —灭火剂设计用量, m3 ;
Vs —20 ℃时灭火剂的比容, 取0. 707 m3/ kg。
S —烟烙尽的过热蒸汽比容, m3/ kg;
C —灭火剂设计浓度, % ;
V — 保护区净容积, m3 ; T — 保护区内预期最低环境温度, ℃ ; 泄压口面积的计算的比容
/ 2Af = 0. 013 5 Q/ P1式中 Af —泄压口面积, m2 ; Q — 计算的保护区内烟烙尽气体流量,
3m / min ; P —围护结构承受内压的允许压强, 一般轻型围护结构为1. 2 kPa ,中型围护结构为
2. 4 kPa ,重型围护结构为4. 8 kPa 。系统适用于保护封闭空间的场所,护区围护结构及门窗的耐火极限不应低于0. 5 h ,吊顶的耐火极限不应低于0. 25 h 。围护结构及门窗的允许压强不低于1. 2 kPa 。
5 人防给排水
地铁工程除在平常作为重要的交通枢纽外,作为地下工程还兼有人防工程的特点,在战时可作为人员掩蔽的场所。在给排水工程中也应考虑到相应的人防要求。给水采用城市自来水作为给水水源,战时水箱进水管从车站内的给水管上接入。战时水箱应设在通风良好靠近集中用水的清洁区,可在战时临时修建,但应设计到位,施工时预留孔洞、预埋管道,并有明显标志,以便临战时在规定时间内修建完毕。战时水箱的结构最好采用不锈钢成品水箱或食品级玻璃钢水箱, 施工方便且在人防时不容易出现裂缝和破坏。战时水箱应贮存战时生活用水和洗消用水。人防出入口内设置一个供墙面和地面冲洗用的水龙头,可从生产生活给水管或消火栓给水管上接出。水箱排水至水箱附近的地漏,地漏排向废水泵房由废水泵房内的泵提升至室外市政排水系统。人防口部设洗消污水集水井,集水井宜于平时排水集水井相结合。人防口部各房间内应设洗消排水口,收集洗消污水排向洗消污水集水井, 集水井内污水应设机械排出,采用自启动方式,且应设透气管。其特点如下。
(1) 防爆地漏设计 简易洗消间、防毒通道等需冲洗的房间及通道内应设置直径不小于75 mm 的防爆地漏。人防口部供墙面、地面冲洗排水用的防爆地漏可排到清洁区的集水井内,洗消排水用的防爆地漏只能排向染毒区内的集水井。防爆地漏有法兰堵板和丝堵2 种形式,平时处于封闭状态,需要排水时开启。
(2) 给排水管道 给排水管道穿越人防外墙时应采取“三防措施,即防震、防不均匀沉降和防水措施。给水管穿人防外墙与土壤相接处设接头井防震和防不均匀沉降,并设置防水套管防水;排水管穿人防外墙与土壤相接处设挡土套管防震和防不均匀沉降,并设置防水套管防水;管道穿过密闭墙时,应采取密闭措施。
(3) 防爆波阀 给水管、消防管、排水管、透气管等穿人防顶板处和人防外墙处内侧均应设防爆波阀,并尽量靠近顶板或外墙。防爆波阀具有安全防护的作用,可防止冲击波沿着管道进入人防内部,以保护设施正常运转。在正常状态下防爆波阀处于常开状态,当冲击波传入阀门时迅速关闭,防爆波阀无手动开启、关闭功能,设计时需调节控制的管道应在防爆波阀前设置公称压力大于1 MPa 的可控阀门,并应有明显的启闭标志。
