黃焱歆，齊鳴春，范英宏

(1.中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081;2.鐵道第三勘察設(shè)計院，天津 300142)

1 哈大客運專線車站真空卸污系統(tǒng)概況

哈大客運專線已投入運營，配套的動車整備設(shè)施真空卸污系統(tǒng)已完成安裝調(diào)試。哈大線的沈陽北站和長春車站都加裝了真空卸污系統(tǒng)，這是國內(nèi)首次在寒冷地區(qū)鐵路車站設(shè)置真空卸污系統(tǒng)，為了適應(yīng)寒冷地區(qū)的運行環(huán)境，對設(shè)備進(jìn)行了多方面的改進(jìn)，真空機組、卸污單元及真空管道均增加了加熱配置，卸污單元安裝在單元井中。但是在施工過程中，真空管道出現(xiàn)的問題比較多。本文對寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行分析和探討，并根據(jù)現(xiàn)場實際條件提出了相應(yīng)整改措施，可為以后寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)的設(shè)計、施工及設(shè)備改進(jìn)提供借鑒和依據(jù)。

1.1 真空卸污系統(tǒng)介紹

真空卸污系統(tǒng)由真空機組(含控制系統(tǒng))、卸污單元、真空管道等組成。真空系統(tǒng)的各個組成部分是不可分割的，當(dāng)一個部分發(fā)生故障，將影響整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。

真空卸污系統(tǒng)中真空機組是系統(tǒng)產(chǎn)生真空的核心，而真空管道是保證系統(tǒng)實現(xiàn)真空的關(guān)鍵，施工中真空管道的關(guān)鍵節(jié)點、坡度、施工質(zhì)量以及特殊配件的使用是整個系統(tǒng)實現(xiàn)真空的主要影響因素。

首先真空系統(tǒng)必須保持密封性能才能實現(xiàn)真空，系統(tǒng)對氣密性要求極為嚴(yán)格，一旦有一處泄漏將無法形成真空，所以整個系統(tǒng)的施工質(zhì)量尤其是管道施工質(zhì)量最為重要。在寒冷地區(qū)車站真空管道采用直埋方式，管道設(shè)計年限為0～30年。當(dāng)車站股道間地面硬化后一旦出現(xiàn)問題，必須重新開挖分段查找泄漏點。

真空管道不同于常規(guī)的重力管道和壓力管道，對于真空管道的設(shè)計，坡度要求極為嚴(yán)格，水流必須順坡流向真空機組設(shè)備間，嚴(yán)禁逆坡。同時當(dāng)管道繞行障礙物及提升時必須設(shè)置關(guān)鍵節(jié)點，關(guān)鍵節(jié)點的正確設(shè)置是影響管道真空運行效果的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格按設(shè)計施工。管道的連接有特殊的要求，所有管道連接必須采用 ＜45°的彎頭連接，如圖1 所示［1］。

圖1 真空管道關(guān)鍵節(jié)點及特殊配件示意

1.2 寒冷地區(qū)車站真空卸污系統(tǒng)設(shè)備增設(shè)功能

1)真空機組:機組型號為VX186-184QM;機組功率每套44 kW;機組長為2 900mm，寬為1 050mm，高為1 800mm;真空機組安裝在設(shè)備間內(nèi)，設(shè)備間應(yīng)提供采暖。為了防止供暖設(shè)備出現(xiàn)故障，在真空機組箱體內(nèi)增加電加熱措施，如溫度下降到設(shè)定溫度后，可自動開啟加熱功能。

2)卸污單元:采用電動盤繞式，配有卸污用的自動回復(fù)軟管及快速接頭;操作者可根據(jù)需要的長度從不同方向抽拉軟管，利用電動驅(qū)動盤繞軟管［2］。本項目卸污單元的工作半徑為12.5m(宜為10m)，單元尺寸為960mm×600mm×950mm。

卸污單元安裝在股道間的卸污單元井內(nèi)，設(shè)備井井口高于地面270mm。在單元井的蓋板下增設(shè)了保溫層，每個單元箱體兩側(cè)壁板增設(shè)了電加熱片。同時對軟管材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，保證寒冷條件下拉伸軟管不易斷裂，并在寒冷地區(qū)對卸污單元做了耐寒試驗，卸污單元安裝圖如圖2所示。

3)真空管道:真空管道采用聚乙烯PE100管材，承壓達(dá)到1.0mPa，每組單元下方設(shè)一條真空管道。管道采用直埋方式，直接安裝在冰凍線以下。

圖2 卸污單元安裝示意(單位:mm)

長春站和沈陽北站因為是既有車站，所以管道需要提升以穿越既有的旅客通道和行包通道;同時管道在跨越障礙物時安裝在冰凍線以上，管道需增加電伴熱帶，以防止溫度過低時真空管道內(nèi)污水凍結(jié)。在卸污支管和卸污單元連接處均增設(shè)了保溫材料，支管由于安裝在主干管上方，卸污完畢后很少存水。真空管道內(nèi)存水主要集中在真空主干管末端和單元井內(nèi)盤繞的軟管中。真空管道系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 真空管道系統(tǒng)(標(biāo)高單位:m)

2 運行中真空卸污系統(tǒng)存在的問題

2.1 真空管道

真空管道因為是直埋，施工中出現(xiàn)了一些問題。

1)實際施工的管道坡度未達(dá)標(biāo)。真空管道因為是直埋方式，且埋深較深，有的管道需要穿越承臺柱的基礎(chǔ)，所以真空管道很早就隨著土建施工一起進(jìn)行，但是安裝好的管道并沒有達(dá)到設(shè)計要求，管道坡度不是很準(zhǔn)確，影響了系統(tǒng)正常工作。

2)真空管道特殊位置需安裝特殊配件。真空管道的轉(zhuǎn)彎和提升處必須采用45°彎頭;在干管和支管連接處必須采用斜三通，而在實際施工中采用了直三通。部分管道提升關(guān)鍵節(jié)點、坡度和配件達(dá)不到設(shè)計要求［3-4］。為了保證管道焊接質(zhì)量，真空管道要求在支管接入干管時采用電熔連接，而且寒冷地區(qū)冬季施工時熱熔和電熔時間需適當(dāng)加長才能保證焊接質(zhì)量。

3)真空管道的關(guān)鍵節(jié)點施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。在施工關(guān)鍵節(jié)點處重視不夠，關(guān)鍵節(jié)點的提升沒有按照設(shè)計要求做，為系統(tǒng)運行帶來了隱患。只能采用增加試驗的方法，通過真空度的變化探測關(guān)鍵節(jié)點的質(zhì)量。

這件事情的結(jié)果是，我給那名員工打了電話，他的態(tài)度依舊很蠻橫，在查詢得知自己工資已上賬后就杳無音訊了，也沒有因自己不佳的態(tài)度而致歉。

4)管道氣密性不達(dá)標(biāo)。在每段管道直埋前需做分段氣密性試驗，保證管道氣密性要求。由于施工時部分管段打壓不及時，使管道最后試壓時發(fā)現(xiàn)整個真空管道系統(tǒng)不保壓，而此時管道已經(jīng)直埋于地下，如返工損失極大，也影響了設(shè)備的正常使用。通過對真空管道系統(tǒng)分段開挖，分段打壓查找泄漏點。

2.2 卸污單元

1)卸污單元泄漏。部分卸污單元與支管球閥因為材質(zhì)的不同，低溫條件下熱脹冷縮系數(shù)不同，所以連接處產(chǎn)生局部微小泄漏。在單元軟管與球閥連接處增加了管箍數(shù)量，并用膠粘加大了單元定期檢查力度，并增加了單元真空壓力表設(shè)備，以觀察每個單元壓力降，以利于排查。

2)卸污單元二次安裝。原設(shè)計卸污單元井的井口高于地面270mm，以防止雨水等雜物進(jìn)入。但是在卸污單元安裝完畢后，因為設(shè)計變更，股道間道砟又加高了約40 cm，所以原設(shè)計井口在地面以下，這樣股道間的道砟還有污水都進(jìn)入到單元井內(nèi)。只能將單元設(shè)備重新吊裝出來，對單元井井口進(jìn)行了加高處理，高于新的硬化地面約150mm，單元井后重新安裝單元，并對單元井內(nèi)底面進(jìn)行了加高處理。

3)卸污軟管長度增加。單元井距離一般宜為20.0m，沈陽北站單元井的距離為25.0m，卸污軟管長度為13.5m。當(dāng)實際卸污時，因為軟管長度增加而管徑不變增大了系統(tǒng)的水頭損失，造成平均流量減少，延長了卸污時間［5］。同時軟管過長，管內(nèi)的積水凍冰。

2.3 真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題原因及分析

1)哈大是在寒冷地區(qū)車站第一次使用真空卸污系統(tǒng)，對單元間距、材質(zhì)選擇和管材連接施工等問題需要不斷改進(jìn)。

2)設(shè)備招標(biāo)時間太晚，土建先行后，真空管道安裝時沒有設(shè)備廠家指導(dǎo)，管道安裝存在很多問題。

3)當(dāng)管道直埋后，現(xiàn)場一些其它施工在直埋的管道上面進(jìn)行，極易對管道造成破壞，管道打壓不及時也影響了提前發(fā)現(xiàn)問題。

4)車站的真空卸污系統(tǒng)是兩家單位共同完成的，真空管道和設(shè)備安裝分別由2個不同的單位完成，一旦真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，事故責(zé)任不好劃分，亦為設(shè)備的運轉(zhuǎn)和維修帶來麻煩。

3 真空系統(tǒng)改進(jìn)措施

針對哈大線車站真空卸污系統(tǒng)施工中發(fā)現(xiàn)的問題，尤其是真空管道的設(shè)計和施工問題，建議在寒冷地區(qū)車站設(shè)置真空卸污系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

3.1 真空管道改進(jìn)措施

當(dāng)管道直埋后，因為仍有很多機械設(shè)備在管道上部進(jìn)行施工，極易對管道造成損害，所以建議增加管道防護(hù)措施。同時管道連接必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行，并做如下改進(jìn):①在每段施工完畢直埋前分段做打壓試驗，進(jìn)行系統(tǒng)氣密性試驗，發(fā)現(xiàn)問題在直埋前及時解決;②管道直埋前要核對標(biāo)高，嚴(yán)禁逆坡，對于管道坡度的校驗要有詳細(xì)的記錄資料，管道關(guān)鍵節(jié)點處要有記錄照片或詳細(xì)資料，這樣利于以后管道出現(xiàn)問題時進(jìn)行排查;③可以在冰凍線以下的股道間設(shè)置一條小的管溝廊道，把真空管道安裝在管溝中，以防止被外界破壞，或在管道外增設(shè)保護(hù)層保護(hù);④對于支管到干管的連接，因為寒冷地區(qū)冰凍線較深，所以支管較長，這樣為安裝帶來了一些不便，而且易出現(xiàn)堵塞，建議采用等徑斜三通，一直連接到單元井出口處，這樣可減少堵塞故障;⑤管道盡量采用電熔連接，這樣質(zhì)量有保證，一旦被擠壓，連接處不易變形泄漏。在管道施工過程中，一定要派專人嚴(yán)格檢查每個電熔接口和熱熔接口，尤其是支管接入真空干管時需要幾個45°彎頭連接，這樣才能保證管道的質(zhì)量滿足設(shè)計要求;⑥盡量避免穿越障礙物或者提升，減少水頭損失，使水流通暢;⑦需要檢查測試管道電伴熱質(zhì)量，防止寒冷天氣管道內(nèi)污水凍結(jié);⑧管道施工要嚴(yán)格按照《埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)范要求進(jìn)行，管道回填應(yīng)滿足覆土要求。如圖4所示［6］，DN為公稱直徑。

圖4 管道回填剖面(單位:mm)

3.2 卸污單元改進(jìn)措施

1)建議單元井距離不能太遠(yuǎn)，一般20m以內(nèi)為宜。因為軟管長度增加會增大單元的水頭損失，造成卸污時間加長。目前車站卸污主要是站內(nèi)折返列車，要求列車停時很短。卸污單元半徑縮短，可減少卸污時間并節(jié)能，并且軟管短存水少可防止凍結(jié)［5］。而卸污單元井的合理布置可極大減少卸污時間，延長設(shè)備軟管的使用壽命。目前國外卸污軟管最長為10m。

2)對于單元軟管應(yīng)做進(jìn)一步試驗，以滿足寒冷地區(qū)的要求。同時對于軟管與連接處易于泄漏的問題應(yīng)盡快找到解決辦法，并加強單元設(shè)備定期維護(hù)檢查。

3)在卸污單元安裝前核定單元井的標(biāo)高，待單元井完全落實后再安裝，省去二次安裝的麻煩。

3.3 其它注意事項

1)真空卸污系統(tǒng)設(shè)備安裝完畢后，需對系統(tǒng)真空度、抽吸功能、排污功能、自控功能等進(jìn)行綜合測試，使系統(tǒng)達(dá)到工況狀態(tài)。檢測及驗收按照《鐵路站段真空卸污系統(tǒng)技術(shù)條件》(TB/T 3163—2007)進(jìn)行［7-8］。

2)真空系統(tǒng)招標(biāo)時間宜在真空管道安裝前進(jìn)行，這樣中標(biāo)的設(shè)備商可現(xiàn)場指導(dǎo)施工，使管道施工滿足工藝和設(shè)計要求，保證質(zhì)量。

3)真空卸污系統(tǒng)建議由一家單位統(tǒng)一完成，這樣將來系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，易于排查，責(zé)任明確。按照整個真空系統(tǒng)進(jìn)行招標(biāo)，對于施工期間質(zhì)量管理以及今后系統(tǒng)維修運轉(zhuǎn)都有保障。

4)寒冷地區(qū)為防止管道內(nèi)污水凍結(jié)，當(dāng)卸污作業(yè)完成后，在管道尾端適當(dāng)加長進(jìn)氣時間15～20 s，可保證支管和干管內(nèi)存水減少。

4 結(jié)論

哈大客運專線是國內(nèi)首次在寒冷地區(qū)車站設(shè)置真空卸污系統(tǒng)，因冰凍線較深，管道采用直埋方式，所以一旦出現(xiàn)問題隱患極大。真空卸污系統(tǒng)中對管道的連接技術(shù)要求較為嚴(yán)格;管道直埋前必須進(jìn)行氣密性試驗，分段打壓;盡量避免管道提升以減少水頭損失;在有條件的情況下對真空管道采取一定防護(hù)措施。真空管道的施工質(zhì)量直接決定系統(tǒng)的使用效果，所以對于設(shè)計和設(shè)備應(yīng)進(jìn)一步的優(yōu)化，并要加強后期設(shè)備的使用管理。哈大客運專線真空卸污系統(tǒng)的建成和投入使用，為寒冷地區(qū)真空卸污系統(tǒng)的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］中國鐵道科學(xué)研究院.鐵路真空卸污系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)研究［R］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院，2007.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3243—2010 鐵路真空卸污系統(tǒng)卸污單元技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10010—2008 鐵路給水排水設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50268—2008 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］鐵道第三勘察設(shè)計院.鐵路旅客列車卸污地面接收設(shè)施技術(shù)規(guī)程［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計院，2011.

［6］中華人民共和國建設(shè)部.CJJ 101—2004 埋地聚乙烯給水管道技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB/T 3163—2007 鐵路站段真空卸污系統(tǒng)技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［8］European Committee for Standardization.BS EN 1091:1997 Vacuum sewerage systems outside buildings［S］.Brussels:European Committee for Standardization，1997.