毛天廣，周明俊，張永恒

（1.北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100037；2.中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130000）

軌道交通現(xiàn)在是城市最受歡迎的交通工具之一，其具有大容量、高速度、高頻次、低污染、不擁堵、簡約化、環(huán)境舒適等特點，為人們提供一個綠色環(huán)保的出行條件。給排水及消防系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)生活給水系統(tǒng)、水消防系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)及滅火器的配置。既為人們的出行安全保駕護航，也對提高服務質(zhì)量及舒適性至關重要，是城市軌道交通建設不可或缺的一部分。

然而在我國北方地區(qū)，尤其是東北和西北，冬季溫度極低且時間長。以長春市為例，年平均氣溫僅4.6℃，1月份平均氣溫-15.1℃，最低溫度達-36.5℃，全年冰凍期長達5個月，凍土層厚度1.69m，給排水及消防管道凍裂現(xiàn)象屢見不鮮，對給排水及消防系統(tǒng)的運營維護是一大難題。本文筆者根據(jù)從事多條嚴寒地區(qū)城市軌道交通線路給排水及消防系統(tǒng)設計，總結(jié)一些應對方法，希望為廣大設計者們提供一些參考。

1正文

1.1管道保溫系統(tǒng)

管道保溫系統(tǒng)必不可少，保溫材料選用不燃級（A級）的防火保溫材料，絕熱層采用復合硅酸鎂管殼，外包不燃性玻璃布復合鋁箔防潮層，并在防潮層外表面包鋁合金薄板保護層。防凍保溫材料的絕熱層厚度為50mm，防結(jié)露保溫材料的絕熱層厚度為30mm。由于普通防結(jié)露保溫和防凍保溫作用有限，溫度過低區(qū)域還需設置電保溫系統(tǒng)。采用串聯(lián)型恒功率加熱電纜，當管道溫度低于設定溫度時，伴熱系統(tǒng)自動啟動伴熱回路開始工作，即對管道進行加熱，管道溫度上升，當管道溫度上升到設定溫度時，伴熱系統(tǒng)自動停止加熱。此伴熱程序周而復始的進行，使得管道溫度始終保持穩(wěn)定，從而起到主動為管道伴熱保溫的作用，保證管道系統(tǒng)冬季正常運行。保溫材料及電保溫系統(tǒng)的設計均應滿足國家標準圖集《管道和設備保溫、防結(jié)露及電伴熱》（16S401）的相關要求。所有設置電保溫的管道均應設置常規(guī)防凍保溫，與出入口相連的站廳公共區(qū)及站臺板下給排水及消防管道應設置常規(guī)防凍保溫，除做防凍保溫的管道外，其他敷設在車站吊頂內(nèi)或穿過設備區(qū)走道房間的給排水管均應設防結(jié)露常規(guī)保溫。對于電保溫設置范圍，各地根據(jù)具體天氣情況有所差別，一般越往北設置范圍越大。

1.2消防管道防凍方案

城市軌道交通內(nèi)要設置消火栓給水系統(tǒng)，并且是消防的主要方式，在常規(guī)設計中，消防給水管道一般采用濕式系統(tǒng)，管道處于常態(tài)充水狀態(tài)［1］。在嚴寒地區(qū)，缺乏熱源，如果不采取有效措施，則會造成消防管道內(nèi)的水結(jié)冰，形成阻塞或凍漲，破壞管道、閥門和消火栓等，嚴重影響了消防設施使用可靠性，危及人民生命財產(chǎn)安全［2］。設置電保溫系統(tǒng)投資大，每延米造價高達500～600元，同時需消耗大量電能，平均每米功率將近50W，不利于可持續(xù)發(fā)展，因此電保溫能少用盡量少用。

根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》（GB 50974-2014）第7.1.3條：室內(nèi)環(huán)境溫度低于4℃或高于70℃的場所，宜采用干式消火栓系統(tǒng)；第7.1.5條：嚴寒、寒冷等冬季結(jié)冰地區(qū)城市隧道及其他構筑物的消火栓系統(tǒng)，應采取防凍措施，并宜采用干式消火栓系統(tǒng)和干式室外消火栓［3］。同時，天津市已經(jīng)出臺了地鐵干式消火栓系統(tǒng)技術標準，適用于地下區(qū)間和地面站、高架站的干式消火栓系統(tǒng)的設計，為城市軌道交通內(nèi)采用干式消防系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。與濕式消防系統(tǒng)相比，干式系統(tǒng)平時管道內(nèi)無水，不存在凍結(jié)問題，因此不需要電保溫系統(tǒng)，可以減少工程投資、運營成本。

然而《水消規(guī)》中第7.1.6條也對干式消火栓系統(tǒng)提出了要求，即干式消火栓系統(tǒng)的充水時間不應大于5min。在流速受限的情況下，5min內(nèi)所能充水長度較為有限，對于地鐵車站的規(guī)模，5min內(nèi)達不到最不利點充水要求，因此，可以采取局部干式系統(tǒng)，即在車站風道、出入口、出入段線洞口等溫度較低區(qū)域局部采用干式系統(tǒng)，設備區(qū)走廊、公共區(qū)等溫度較高部位采取濕式系統(tǒng)，既能滿足充水時間要求，又能減少工程投資及運營成本。對于車站規(guī)模較小的地上站，能夠滿足充水時間要求，由于地上站內(nèi)冬季更加寒冷，且設置保溫影響裝修效果，采用干式系統(tǒng)則避免了問題的發(fā)生。

對于干式消防系統(tǒng)，若要5min內(nèi)充滿更長管道或者方案更加穩(wěn)妥，可適當縮小管徑及增大泵的流量，使流速增大，充水速度能夠加快。另外，在運營過程中，入冬之前切記要將管道內(nèi)水放空，以免氣溫驟降凍裂管道。

1.3出入段線洞口防凍方案

出入段線洞口一直敞開，加之列車往返，溫度極低，尤其是雪融水，白天融化，夜間結(jié)凍，反復凍融，導致出入段線洞口附近冰坨較大，覆蓋線路排水溝和軌道，影響列車運行，需安排專人鑿冰，大大增加了工作量，在線路排水溝設置加熱電纜，可達到融冰的作用，提高運營的自動化程度。然而，較長區(qū)域線路排水溝、給排水及消防管道需設置電保溫，消耗大量電能，大大增加了運營成本。因此，可在出入線洞口設置防寒門，將隧道密封，列車經(jīng)過時將門開啟，列車走后將門關閉，達到保溫的效果，可大大縮短電保溫的長度，降低運營成本。

1.4敞口風井及出入口排水管防凍方案

地鐵車站兩端設有風亭，當風井為敞口時，為了防洪，底部設有集水坑，坑內(nèi)設置潛污泵，將水抽至室外。同時，集水坑兼顧收集結(jié)構滲漏水的作用；同時，車站出入口扶梯底部為了防止電梯被淹，也設置有集水坑，主要收集結(jié)構滲漏水及沖洗廢水，通過泵將水排至室外市政排水管網(wǎng)。然而，由于風井及出入口與外界連通，冬季溫度極低，管道及集水坑容易結(jié)凍，管道可通過設置電保溫進行保溫，然而集水坑保溫卻是一大難題，目前還沒有較為成熟的方案，水泵被凍現(xiàn)象時有發(fā)生，因此，嚴寒地區(qū)冬季風井及出入口排水系統(tǒng)基本上處于癱瘓狀態(tài)。鑒于冬季降水主要為雪，且土壤結(jié)凍，很少有結(jié)構滲漏水，因此，風井及出入口底部集水坑冬季基本沒水，排水系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)。為了防止水泵凍壞及節(jié)約電能，水泵冬季需提出集水坑，管道可不設置電保溫，冬季將管道內(nèi)水瀉空，防止凍裂，這在東北地區(qū)是較為普遍的方案。

1.5站臺層管道防凍方案

站臺層由于受風井及列車往返活塞風影響較大，溫度比站廳層低，尤其是端門外設備區(qū)走廊，管道若設置于吊頂，需設置電保溫，不僅增加投資，同時增加運營維護費用。站臺板下層是相對封閉空間，溫度較高，可不設置電保溫。因此，可將站臺層管道設置于站臺板下層，提高經(jīng)濟性，同時，站臺板下層管道安裝及檢修較為方便，不影響公共區(qū)乘客乘車。

1.6小管徑給水立管防凍方案

管道公稱直徑越小，就越容易凍結(jié)［4］；而在城市軌道交通車站內(nèi)部，生產(chǎn)、生活給水管管徑基本上小于DN80，尤其地鐵地下站站臺層廢水泵房及沖洗栓給水管管徑通常為DN25，下到站臺層時可設置于站臺板下進行保溫，但立管若通過風道下至站臺層，尤其是新風道，即使設置電保溫，也很難避免不結(jié)凍，因為小管徑電保溫不能雙路纏繞敷設，只能單路直線敷設，存在受熱不均現(xiàn)象。因此，設計時立管盡量避開設置于風道，設置于設備房間內(nèi)是一種有效避免結(jié)凍的方法。

1.7主廢水泵房防凍方案

南方地區(qū)車站主廢水泵房通常設置為敞開式，結(jié)合站臺層端頭活塞風閥處設置，水泵、閥門等設備均設于敞開式泵房內(nèi)，可縮短車站長度，減少投資。而在北方地區(qū)，水泵必須設置于室內(nèi)，要有獨立的封閉房間，一方面便于冬季維護檢修，另一方面也是考慮到防凍保溫。

1.8室外重力排水管線防凍方案

市政公用排水管線起點埋深較淺，但是其流量大，污水自身帶有一定溫度，雖然在冰凍線之上，一般也不會出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。對排水用戶支線及流量較小的市政管段影響較大。當市政管線較淺時，為保證排水正常運行，通常對埋深更淺的出戶管段進行保溫處理［5］。根據(jù)現(xiàn)行《建筑給水排水設計規(guī)范》GB 50015-2003（2009年版）要求，生活污水接戶管道埋設深度不得高于土壤冰凍線以上0.15m，當采用埋地塑料管道時，排出管埋設深度可不高于土壤冰凍線以上0.50m［6］。因此，當標高不夠時，可改用塑料管，適當抬高標高；當塑料管標高仍不滿足要求時，可增加保溫層，在管道外包裹聚氨酯材料，達到保溫的效果。對于標高能夠滿足要求的重力排水管道，若平時系統(tǒng)排水量較小，可適當增大排水管坡度以減少管線凍結(jié)［7］。

1.9室外消火栓防凍方案

室外管道必須設置在凍土層以下，室外消火栓應設置為地下式，室外消火栓和閥門井均應采用雙層保溫井蓋，并宜設置于背風向陽處。

1.10地上站衛(wèi)生間防凍方案

地上站通常地上一層為站廳層，地上二層為站臺層，由于墻體較薄，且為了美觀，經(jīng)常采用鋼結(jié)構及幕墻形式，基本上不做墻體保溫，加之站臺層與室外相通，列車進出帶有活塞風，基本上與室外溫度一致，因此站臺層更加寒冷，站廳層空間相對較為封閉，溫度較高。若將衛(wèi)生間設置在站臺層，給水及排水管需設置在站臺板下層，站臺板下層與室外連通，類似通風道，管道極易結(jié)凍，造成衛(wèi)生間不能使用，給乘客和工作人員帶來不便。因此，地上站盡量將衛(wèi)生間設置在站廳層，排水管道可埋地敷設，給水干管敷設在吊頂內(nèi)，支管盡量設置在內(nèi)墻，避免在外墻剔槽暗裝，衛(wèi)生間內(nèi)設置采暖措施，可有效防止衛(wèi)生間結(jié)凍；同時，由于地上站通常為側(cè)式站臺，衛(wèi)生間設置在站臺層對于相反方向乘客需跨越站臺，不甚方便，框架式車站將衛(wèi)生間設置在站廳層，對于兩個方向乘客都方便使用。

1.11其他方案

對于出入口，可設置電熱風幕，阻擋冷空氣進入車站；風道內(nèi)設置墻體保溫，阻擋站內(nèi)熱量散失；對于消防泵房，由于規(guī)范有最低溫度要求，并且消防泵房通常設置在風道、出入口等附屬部位，溫度較低，因此需設置電采暖器；室外消防水池水位應控制在凍土層以下等。

2結(jié)論及建議

總之，軌道交通是城市的重點工程，給排水及消防系統(tǒng)是軌道交通的重要組成部分，在嚴寒地區(qū)設計重點是防凍，如果防凍方案合理，既可以保證消防、行車等諸多方面的安全，又減少工程投資，也可以降低運營維護成本，延長使用壽命。設計者需本著安全、節(jié)約、合理設計的原則，對整個給排水及消防系統(tǒng)的防凍統(tǒng)一考慮，在重點環(huán)節(jié)上多下功夫，多總結(jié)，敢于突破，探索出一套合理的給排水及消防系統(tǒng)保溫方案，保證寒冷季節(jié)水系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。