楊彩玲

（廈門軌道交通集團(tuán)有限公司，廈門 361000）

防排水工程是地鐵隧道建設(shè)的有機(jī)組成部分，保障地鐵隧道正常運(yùn)營(yíng)過程中排水順暢是運(yùn)管部門的重要職責(zé)。當(dāng)?shù)罔F區(qū)間隧道發(fā)生涌水現(xiàn)象，為保障線路運(yùn)營(yíng)和乘客人身安全，運(yùn)管部門應(yīng)立刻進(jìn)行應(yīng)急排水。研究安全、可靠和方便維護(hù)的應(yīng)急排水方案尤為重要。

1 隧道及其防排水工程

防排水工程是隧道建設(shè)的有機(jī)組成部分，關(guān)系到隧道建設(shè)的成敗。地鐵隧道防排水系統(tǒng)需具備多道設(shè)防、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，同時(shí)具備后期運(yùn)營(yíng)期間的可維護(hù)性，因此地鐵隧道選擇何種防排水形式，顯得尤為重要。隧道防排水形式經(jīng)歷了3個(gè)階段：盲溝排水、平導(dǎo)排水或泄水洞排水；依靠混凝土自防水和排水盲溝排水；依靠注漿加固圈、噴射混凝土、防水隔離層、混凝土自防水、排水體系排水和變形縫防水處理的綜合防排水系統(tǒng)。中國(guó)地鐵隧道絕大部分采用全包防水方式，小部分城市的一些地鐵線路采用全(半)包排水系統(tǒng)(杭州、深圳、重慶等城市)[1]。

地鐵區(qū)間隧道的施工方法有明挖法、礦山法、盾構(gòu)法等。盾構(gòu)法隧道均采用全包防水系統(tǒng)，如廈門市地鐵2號(hào)線海滄灣公園站—郵輪中心站過海區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱“海郵區(qū)間”)；淺埋水域礦山法隧道一般情況下采用全包防水型隧道，如廈門市地鐵2號(hào)線五通站—兩岸金融中心站區(qū)間；深埋水域礦山法隧道多采用排水形式，包括全包排水系統(tǒng)(如廈門市地鐵3號(hào)線五緣灣站—?jiǎng)⑽宓暾具^海區(qū)間隧道Ⅳ/Ⅴ級(jí)圍巖礦山法段)和半包排水系統(tǒng)(如廈門市地鐵3號(hào)線五緣灣站—?jiǎng)⑽宓暾具^海區(qū)間隧道Ⅱ/Ⅲ級(jí)圍巖礦山法段，簡(jiǎn)稱“五劉區(qū)間”)。“防、排、堵、截相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”是地鐵隧道的防水原則[1]。五劉區(qū)間遵循“以堵為主，堵排結(jié)合”的設(shè)計(jì)理念，通過超前注漿等措施嚴(yán)格控制隧道的排水量；充分考慮排水系統(tǒng)的可維護(hù)性，適當(dāng)增加縱向排水盲管的直徑，并沿隧道縱向間隔設(shè)置檢查井，可利用高壓水槍對(duì)堵塞管路進(jìn)行疏通[2]。

隧道的滲漏水量決定了廢水泵房集水坑大小和排水泵組的設(shè)置。廈門市地鐵3號(hào)線五劉區(qū)間隧道根據(jù)施工期間的涌水量測(cè)量，隧道結(jié)構(gòu)滲漏水量約為6600 m3/d，對(duì)泵房容量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使其至少能容納24 h的隧道滲漏水量[2]，本工程共設(shè)置2座大型廢水泵房：1號(hào)泵房的集水坑總有效容積約5850 m3，2號(hào)泵房的集水坑總有效容積約1400 m3。在地鐵區(qū)間隧道排水設(shè)計(jì)過程中，滲漏水量還可以參考類似工程進(jìn)行確定[3]，如廈門市地鐵2號(hào)線海郵區(qū)間隧道的地質(zhì)條件與廣深港獅子洋隧道的地質(zhì)條件類似，海郵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)滲漏水量按照獅子洋隧道滲漏水量進(jìn)行參考取值計(jì)算，約為50 m3/d，本工程共設(shè)置了3座廢水泵房，其中：1號(hào)廢水泵房有效容積為26 m3，2號(hào)廢水泵房有效容積為143 m3，3號(hào)廢水泵房有效容積41.4 m3。

2 應(yīng)急排水工程

地鐵區(qū)間隧道主動(dòng)排水主要排除結(jié)構(gòu)正常滲漏水和軌道沖洗水。正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，地鐵區(qū)間隧道排水通過中心溝或側(cè)溝收集后匯至區(qū)間廢水泵房，經(jīng)提升后排至市政管網(wǎng)或者主廢水泵房。

當(dāng)區(qū)間消防管道爆管，水從站外大量倒灌進(jìn)入?yún)^(qū)間，或者由于在水土壓力的長(zhǎng)期作用下，引起混凝土裂隙的擴(kuò)展和裂隙間的貫通，區(qū)間結(jié)構(gòu)大量滲水等導(dǎo)致隧道內(nèi)發(fā)生涌水現(xiàn)象，超出區(qū)間廢水泵房的排水能力，此時(shí)，地鐵運(yùn)管部門應(yīng)及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急排水。研究安全、可靠和方便維護(hù)的應(yīng)急排水方案，顯得尤為重要。

根據(jù)不同的工程實(shí)際特點(diǎn)，應(yīng)急排水方式按照水泵的設(shè)置型式可分為直接排水、并聯(lián)排水、串聯(lián)排水3種方式。

2.1 直接排水

直接排水方案是采用單臺(tái)排水泵進(jìn)行一次性強(qiáng)排。直接排水可臨時(shí)采用移動(dòng)式排水泵連接水帶進(jìn)行抽排；或者在區(qū)間隧道側(cè)壁固定敷設(shè)一根DN150～DN200球墨鑄鐵管，分段設(shè)置快速接頭、橡膠軟接頭、消聲止回閥等，應(yīng)急排水工況下可根據(jù)排水點(diǎn)位置就近將移動(dòng)排水泵接駁到快速接頭。快速接頭設(shè)置間距可采用50～100 m，區(qū)間隧道坡度越小，排水點(diǎn)間距越大，如圖1所示。

圖1 水泵直接排水 Figure 1 Water pump direct drainage

直接排水方案具有現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單方便的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于埋深大的區(qū)間隧道，應(yīng)急排水對(duì)于水泵的揚(yáng)程區(qū)間范圍要求較大。若采用同一型號(hào)的工頻水泵，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急排水不同揚(yáng)程需求。若采用不同型號(hào)工頻水泵，水泵型號(hào)多樣化不利于水泵日常維保工作，且應(yīng)急搶險(xiǎn)時(shí)頻繁換泵不能快速形成排水能力，嚴(yán)重影響搶險(xiǎn)救災(zāi)效果。因此，直接排水方案適用于埋深小、距離短、滲水量小的區(qū)間隧道的應(yīng)急排水工程，當(dāng)所需總揚(yáng)程小于等于30 m、流量小于單臺(tái)應(yīng)急排水泵最大排水量的工況時(shí)建議采用直接排水方案。

工頻水泵的電機(jī)功率與流量、揚(yáng)程存在以下關(guān)系式：P(電機(jī)功率)=K(系數(shù))×Q(流量)×H(揚(yáng)程)。由此看出，在電機(jī)功率一定的情況下，提高水泵流量必然要以犧牲揚(yáng)程為代價(jià)，容易造成揚(yáng)程不足現(xiàn)象，需串聯(lián)排水；而提高水泵揚(yáng)程必然要以犧牲流量為代價(jià)，容易造成流量不足現(xiàn)象，需增加水泵布置數(shù)量進(jìn)行并聯(lián)排水[4]。當(dāng)直接排水無法取得理想的排水效果時(shí)，應(yīng)根據(jù)災(zāi)害具體情況分析對(duì)泵采用串聯(lián)、并聯(lián)等方式排水。

2.2 并聯(lián)排水

并聯(lián)排水為兩臺(tái)及以上移動(dòng)式排水泵并聯(lián)運(yùn)行排水，在滿足揚(yáng)程的條件下，可以增大排水量，如圖2所示。應(yīng)急救援裝備之間配套性好，能夠快速形成救援能力；應(yīng)急救援裝備適應(yīng)性強(qiáng)，可以滿足各種實(shí)際救災(zāi)需要[5]。

圖2 水泵并聯(lián)排水 Figure 2 Water pump parallel drainage

并聯(lián)排水適用于隧道埋深小、距離短、滲水量大的區(qū)間隧道應(yīng)急排水工程，當(dāng)所需水泵揚(yáng)程小于等于75 m、流量大于單臺(tái)應(yīng)急排水泵最大排水量的工況時(shí)，建議采用并聯(lián)排水方案。并聯(lián)排水能夠顯著提高排水量，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中存在一定的限制：當(dāng)?shù)罔F區(qū)間隧道埋深大、距離長(zhǎng)時(shí)，效果并不理想。當(dāng)所需水泵揚(yáng)程大于75 m，建議采用串聯(lián)排水方式。

2.3 串聯(lián)排水

串聯(lián)排水方案分水泵直接串聯(lián)排水和水泵間接串聯(lián)排水兩種方式。

水泵直接串聯(lián)排水方案指的是兩臺(tái)及以上移動(dòng)式排水泵串聯(lián)連接進(jìn)行排水，串聯(lián)的水泵在揚(yáng)水管道上應(yīng)均勻布置，如圖3所示。水泵串聯(lián)后，排水流量不變，揚(yáng)程為水泵的揚(yáng)程之和。

圖3 水泵直接串聯(lián)排水 Figure 3 Water pump direct series drainage

水泵直接串聯(lián)排水方案在保證流量的同時(shí)，解決了單臺(tái)排水泵揚(yáng)程不足的問題，且管線布置和運(yùn)行操作簡(jiǎn)單方便，避免了修建中間水池的難題，加快了排水管線投產(chǎn)速度[4]。串聯(lián)運(yùn)行的水泵優(yōu)先采用同一型號(hào)、同一口徑的水泵；兩級(jí)水泵的額定揚(yáng)程布置應(yīng)相對(duì)均勻。水泵直接串聯(lián)排水方式適用于排水所需揚(yáng)程高，而現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹窄無法布置中間水池的工程。

當(dāng)直接排水不能滿足排水需求，且現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地滿足布置中間水池條件時(shí)，可采用水泵間接串聯(lián)排水方案，如圖4所示。中間水池的調(diào)節(jié)容積設(shè)置參考《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50015-2019第4.8.4條規(guī)定：轉(zhuǎn)輸水箱的調(diào)節(jié)容積宜按提升水泵5 min的流量確定[6]。

圖4 水泵間接串聯(lián)排水 Figure 4 Water pump indirect series drainage

除了現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)搭建中間水池以外，當(dāng)?shù)罔F區(qū)間隧道在日常排水設(shè)計(jì)中設(shè)置多座廢水泵房，靠近出入口的廢水泵房以及車站的主廢水泵房均可作為中間水池進(jìn)行間接串聯(lián)排水。水泵間接串聯(lián)排水方案在保證流量的同時(shí)，解決了單臺(tái)排水泵揚(yáng)程不足的問題，且與水泵直接串聯(lián)排水方案相比較，串聯(lián)前后兩臺(tái)水泵的型號(hào)及安裝方式要求較低。

串聯(lián)排水方案可有效解決高揚(yáng)程的需求，適用于長(zhǎng)大區(qū)間隧道應(yīng)急排水工程。

2.4 排水方法小結(jié)

直接排水簡(jiǎn)單、方便、高效，而運(yùn)用并聯(lián)排水和串聯(lián)排水，能夠有效提高流量或揚(yáng)程，同時(shí)可在很大程度上降低搶險(xiǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。具體采用何種方法，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，因地制宜。

3 應(yīng)急排水泵的選擇

排水泵是應(yīng)急排水工程的主要工具，選擇合理的排水泵在應(yīng)急排水過程中起到至關(guān)重要的作用。

根據(jù)安裝方式，排水泵分為濕式排水泵和干式排水泵兩類。濕式排水泵即潛水排污泵，是一種泵與電動(dòng)機(jī)連體，并同時(shí)潛入液下工作的水泵，與一般干式排水泵(臥式排污泵或立式排污泵)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、安裝維護(hù)方便、不用灌引水直接啟動(dòng)水泵、振動(dòng)噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，使用范圍也越來越廣[7]。一旦地鐵區(qū)間隧道出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，且突水量超過區(qū)間廢水泵房的實(shí)際排水能力，產(chǎn)生大量積水，區(qū)間廢水泵房受到嚴(yán)重的安全威脅，損壞干式電機(jī)，最終導(dǎo)致排水系統(tǒng)癱瘓，無法正常發(fā)揮出排水效果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而選擇潛水式排水系統(tǒng)，即使水量過大，泵房被淹沒，也不會(huì)影響排水系統(tǒng)的正常工作，依然可以實(shí)現(xiàn)排水效果[8]。

根據(jù)排水的水質(zhì)分為污水排水泵、清水排水泵和海水排水泵3類。比如，廈門市地處沿海地區(qū)，主城區(qū)與大陸架隔海相望，多條地鐵線路采用了下穿海底隧道的設(shè)計(jì)方案，而海水具有高腐蝕性，對(duì)潛水泵材質(zhì)提出更高要求，因此，地鐵區(qū)間隧道應(yīng)急排水工程應(yīng)采用海水潛水泵。

根據(jù)排水泵的能量來源，分為排水電泵、柴油機(jī)排水泵和汽油機(jī)排水泵。地下區(qū)間最低點(diǎn)往往遠(yuǎn)離車站變電所，臨時(shí)調(diào)配的大功率水泵可能因啟動(dòng)電壓過低無法正常運(yùn)行。因此在工程設(shè)計(jì)之初，水泵配電方案應(yīng)該結(jié)合遠(yuǎn)期排水運(yùn)維方案來設(shè)計(jì)，且需嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的負(fù)荷等級(jí)來供電，確保排水泵在緊急情況下能及時(shí)啟動(dòng)。柴油機(jī)排水泵和汽油機(jī)排水泵無需考慮電源情況，但是在幽閉的區(qū)間隧道內(nèi)，應(yīng)考慮汽油和柴油燃燒后產(chǎn)生的煙氣影響，盡量考慮排煙量小的機(jī)組。

應(yīng)急排水泵的主要參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率、體積、重量等。在搶險(xiǎn)過程中，需要結(jié)合工程實(shí)際情況合理選擇排水泵?？紤]水頭損失和出水自由水頭等影響因素，排水所需總揚(yáng)程不應(yīng)小于抽排水靜揚(yáng)程的1.5倍；單臺(tái)排水泵排水流量不小于主廢水泵房排水泵流量；排水泵的體積和重量大小影響到搶險(xiǎn)時(shí)效和搶險(xiǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，水泵重量大于50 kg時(shí)，常需借助推車、支架、葫蘆或工程車等輔助工器具進(jìn)行施工作業(yè)。

國(guó)內(nèi)某品牌大流量便攜式潛水泵，排水流量100～400 m3/h 、揚(yáng)程8～40 m，單泵質(zhì)量只有約30 kg，而同流量的傳統(tǒng)潛水泵質(zhì)量達(dá)幾百千克。潛水泵質(zhì)量輕，人力便可布置排水，且無需吊運(yùn)設(shè)備，設(shè)備輕便靈活，作業(yè)距離也更遠(yuǎn)。該產(chǎn)品具有移動(dòng)便攜、布放快速、排水量大、操作智能化等特點(diǎn)，同時(shí)能提供大功率應(yīng)急電源，進(jìn)行夜間照明，方便應(yīng)用于地鐵區(qū)間隧道應(yīng)急排水[9]。

4 信息技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是利用互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，融合無線遙感、人工智能等技術(shù)，用傳感器、控制器等方式將物與物、人與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化和智能化管理[10]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地鐵應(yīng)急排水工程中的應(yīng)用包括：投入使用后對(duì)應(yīng)急排水泵添加電子標(biāo)簽，以便采用傳感器技術(shù)(RFID技術(shù)等)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急排水泵的信息采集和物理定位；將廈門地鐵的應(yīng)急排水系統(tǒng)納入城市的防汛安全系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)資源共享和有效利用；利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段(監(jiān)測(cè)機(jī)器人、全站儀等設(shè)備及數(shù)字照相、激光掃描等技術(shù))對(duì)地鐵隧道運(yùn)營(yíng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道安全隱患(結(jié)構(gòu)裂縫、滲水、結(jié)構(gòu)坍塌等)，并進(jìn)行控制和消除[11]。因此，如何應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保障隧道排水安全具有重要意義，是我們需要進(jìn)一步探討、研究的方向。

5 總結(jié)

直接排水簡(jiǎn)單、方便，適用于距離短、埋深小的隧道，而運(yùn)用并聯(lián)排水和串聯(lián)排水，能夠有效提高流量或揚(yáng)程，適用于長(zhǎng)大區(qū)間隧道。排水泵是應(yīng)急排水工程的主要工具，應(yīng)在滿足流量、揚(yáng)程的條件下，綜合考慮安裝方式、能量來源、排水水質(zhì)等因素進(jìn)行選型。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用為地鐵隧道應(yīng)急排水系統(tǒng)的信息采集、物理定位、資源共享、隱患排查等方面提供了方便。

地鐵是城市軌道交通系統(tǒng)之一，它的安全和穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)關(guān)系到城市人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在各個(gè)階段認(rèn)真做好地鐵排水安全保障工作，是全面落實(shí)習(xí)近平總書記“管生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)必須管安全”的指示，也是踐行“廈門地鐵是城市美好生活的提供商和運(yùn)營(yíng)商”的企業(yè)使命。