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城轨轨道系统排水设计的几个常见问题

2020-11-27 来源:步旅网
2016年12月 铁道工程学报 DeC 20l6 第12期(总219) JOURNAL 垦垒 垒 垦 曼 ! NO.12(Ser.219) 文章编号:1006—2106(2016)12—0105—04 城轨轨道系统排水设计的几个常见问题 杨宝峰 (铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津300251) 摘要:研究目的:排水设计是轨道系统设计的主要内容之一。由于工程环境条件的复杂性,特别是地下结构空 间的局限性,线路排水设计存在较多困难,导致实际的排水效果不是很理想。废水若不能及时排除,会对隧道 结构、轨道结构以及电气设备的安全性产生影响,进而影响线路正常运营。本文旨在研究如何在保证道床结 构安全的前提下,合理利用有限的地下结构空间和线路纵坡,将隧道渗漏水、冲洗和消防废水排放至废水泵 站,再集中排入市政废水排放通道。 研究结论:(1)总结多个项目设计的经验、教训、体会,研究参考国外试验成果和国内高速铁路应用实例, 提出了平坡车站、道岔转辙机坑、道床内设置废水泵站以及敞口段的轨道系统排水设计方法及处理措施; (2)本研究成果可为城市轨道交通轨道系统的排水设计提供参考。 关键词:排水设计;平坡车站;转辙机坑;废水泵站;敞口段 中图分类号:u213.7 文献标识码:A Several Common Problems in the Track System Drainage Design of Urban Rail Transit YANG Bao—-feng (The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 30025 1,China) Abstract:Research purposes:Drainage design is the main content of the track system design.Especially because of the limitation of the underground structure,there are many diiculfty of track drainage desin,SgO the practical drainage effectiveness is not very wel1.If the wastewater cannot be drained in time,it may affect the safeness of the tunnel structure,track stuctrure and the electronic equipments,furthermore it may affect the normal line operation.The propose of this paper is to research how the tunnel leakage water,washing wastewater and the fire fighting wastewater can be discharged to the pumping station,and then the wastewater can be discharged to the municipal wastewater channel under the premise of ensuring the safety of the track structure by using the limited underground structure and the line longitudinal slope. Research conclusions:(1)Based on the experiences,lessons of other projects and foreign test resuhs and application example of high speed railway in China,the track system desin gmethods and treatment measures of wastewater pumping station and the open section in the fiat slope station,switch machine pit and ballast bed are proposed.(2)The research result is mainly used to track system drainage disign of urban rail transit. Key words:drainage design;flat slope station;switch machine pit;pumping station;open section 在轨道交通的运行中,不可避免地会产生隧道结 构渗漏水、清洗设备及车站生产废水,一定时候还会产 生消防废水,这些不同种类的废水若不能及时排除,会 逐步对隧道结构、轨道结构以及电气设备的安全性产 。收稿日期:2016—09—05 作者简介:杨宝峰,1972年出生,男,高级工程师。 106 铁道工程学报 2016年12月 生影响,进而影响正常的运营,加大工务、电务维修养 护的工作量。因此,及时收集废水并排放至废水泵站, 最终排入城市废水管网,是城市轨道交通线路排水设 计需要考虑的一项重要问题。 由于工程环境条件的复杂性,特别是地下结构空 间的局限性,实际的线路排水设计存在较多困难,导致 实际的排水效果不是很理想。本文将设计中遇到的常 见排水问题和设计考虑提出,引以注意。 1平坡车站排水 通常轨道交通地下车站矩形结构断面轨道结构高 度为560 mm(含钢轨、扣件、轨枕的高度),实际轨枕 下的混凝土道床厚度一般只有140 mm(如图1所示)。 按《地铁设计规范》规定“当具有有效排水措施或与相 邻建筑物合建时,可采用平坡”。该项规定前提为已 考虑有效的排水措施,换乘站等合建建筑物采用平坡 情况给线路排水设计带来了困难。 (a)两侧排水沟轨道横断面 (b)中心排水沟轨道横断面 图1车站站台地段矩形隧道轨道横断面(单位:mm) 标准车站长度一般为200 m,车站站台地段设 在一个不小于2%o的纵坡上,废水排放的标高差为 240 mm。因此在有限的轨道结构高度内无法设置有 效的排水顺坡。换乘站或有配线的车站长度达到500 nl、 600 m,相应的标高差更大。设计中可采用如下方法解 决: 一是,利用隧道结构的底板厚度,设置满足要求的 排水顺坡以达到必要的高度差。需要车站底板结构设 计中就要充分的预留,做好结构钢筋的腐蚀防护设计。 该方法在前期车站总标高设计中应做充分考虑,避免 遗漏造成施工设计时条件不足。 二是,增加车站废水泵站。在车站中间位置增设 1~2处泵站,将整个车站纵向分为几个排水区,分级 将各分区的废水排入泵站。该方法可减少车站基坑开 挖深度,但泵站数量增加,理论上可节约一定的工程 投资。 若车站过长,综合考虑投资和基坑开挖风险因素, 可将上述两种方法结合使用,能起到很好的设计效果。 2浮置板道床排水 浮置板结构一般为高等或特殊减振的轨道结构。 其基本原理是将轨道结构与隔振器元件组合成为固有 频率较低的质量一弹簧振动系统,通过系统的惯性振 动,将列车通过时产生的振动进行隔离衰减,避免其振 动能量通过地层传递至沿线的敏感建筑。 浮置板结构在国外和国内早期的应用中,是通过 在浮置板两侧的排水沟或排水管排除废水(如图2所 示)。由于浮置板为振动的组合结构,纵向板间只能 采用柔性的排水管材进行排水顺接。长期的运营振动 作用下,管材会逐步产生脱落或断裂,导致水沟中断。 废水渗入板底后,浸泡钢筋混凝土结构和隔振元件,导 致结构腐蚀和隔振器失效,带来了大量的维修工作量。 图2两侧浮置板道床横断面(单位:mm) 后续的浮置板轨道排水设计将排水沟改置于浮置 板下基床结构中,采用连续的排水沟设计避免了上述 问题的产生(如图3所示)。但由于基床水沟沟底标 高比其他道床地段水沟低约300 mm,为保证废水能够 排除,设计为排水沟坡度小于线路纵坡,在浮置板下游 端的其他道床内进行排水纵向顺坡,利用坡度差将沟 底标高逐渐抬至正常(如图4所示)。 图3 中心水沟浮置板道床横断面(单位:mm) 设计中应注意: 一、水沟纵坡满足大于等于2%c的要求。 二、浮置板地段板底水沟顺坡在满足要求的前提 第12期 杨宝峰:城轨轨道系统排水设计的几个常见问题 107 一般整体道床 ●,一—-, 沟 纵坡2.000%o一 图4浮置板道床与一般整体道床排水顺坡图 下,应尽可能按最大排水纵坡设计,保证板下废水排流 通畅。 三、浮置板板底水沟为暗埋,疏通清理困难,因此 上游端必须做集水坑设计,将上游废水沉淀过滤后排 入浮置板板底。 3转辙机坑排水 转辙机是实现道岔转换、锁闭和表示的关键设备。 按安装位置来区分,转辙机分为外置式和内置式。内 置式转辙设备体积小,安装于两轨之间,不需额外空 间。由于现有内置式转辙机设备性能可靠性差,国内 轨道交通线路少有采用。外置式转辙机(如图5所 示)体积较大,性能可靠,为铁路、城市轨道交通常规 应用型式。 基坑抹43017 1 2I 3- 釜 4●  5藿 藿- 萋 薹6l  『 II ● ’l - l - ;《  I 婺 I } l l 。I l l l l‘  I I } l ’-0 l 0In 。8 匡  n  g l^・ 量 g C 。0。n、  图5道岔转辙机基坑(单位:mm) 地下线路和高架线路通常采用钢筋混凝土整体道 床,在钢轨外侧按要求预留转辙机坑安装装备。由于 转辙机设备及安装支架需要,转辙机坑坑底标高往往 低于外侧的排水沟沟底,流入坑内的废水无法流人排 水沟,导致转辙机支架锈蚀和转辙设备被浸泡的情况 常有发生,造成影响列车运营的事故隐患。 设计中一般采用如下方法解决: 一是,在邻近转辙机坑的位置设置独立集水坑,利 用集水坑的低势将机坑内的水自然排人集水坑,安排 人员定期淘水,避免浸泡转辙设备。该方法实施简单 容易操作,但对工务维护管理要求较高,巡查不及时会 存在一定的安全风险。 二是,设置独立的排水沟或排水管,将坑内废水就 近引入废水泵站附近的集水坑,汇入泵站。这种方法 对工务巡查没有要求,没有设备浸泡的风险,是目前通 用的设计方法。由于建筑限界限制,设计时应根据车 站平面条件,专门进行排水路径特殊设计和施工。 4地下线轨道道床废水泵站 废水泵站一般分为车站泵站和区间泵站。车站泵 站通常在基坑开挖时即做好预留,设计实施较为容易, 施工风险较小。区间泵站一般设置于联络通道或区间 风井内,设置于联络通道的泵站由于加大了开挖断面, 风险较大。为减少此类风险,在隧道断面较大的区间 线路或预留条件的地段,可将废水泵站设置在轨道道 床内,减少联络通道的开挖量(如图6所示)。 《地铁设计规范》要求:“区间主排水泵站、辅助排 水泵站及车站排水泵房应设两台排水泵”和“其他各 类排水泵站(房)的集水池有效容积,不应小于最大一 台排水泵15~20 min的出水量”。该方案设计须采用 短轨枕,利用横向两短枕间宽度设置不大于700 mm 的水泵基坑。基坑纵向长度根据排水量确定。 图6 区间泵站位置的水泵基坑(单位:mm) 设计中应注意: 一、因设备限界限制和排水泵规格需要,隧道结构 预留足够的深度,同时要考虑水池盖板的设置高度要 求,接口设计时一定不能遗漏。 二、由于将道床结构分为左右两块,削弱了道床的 整体性,在列车垂向动载作用下,道床与结构管片易产 生相对位移。因此结构应加强道床设计。一般集水池 上部应做横向支撑,道床底部应增加与结构管片连接 的加固措施,同时应注意植筋的绝缘处理。 三、集水池周边和底部应采取必要的防水措施,避 1O8 铁道工程学报 2016年12月 免废水渗漏腐蚀道床结构及管片结构。 四、小半径曲线地段因考虑离心力、超高设置等条 件制约,为减少钢轨磨耗,保证列车运行的安全,不应 设置道床废水泵房。 五、集水池上部应加盖板,保证道床作为疏散平台 和满足工务巡检的功能需要。 道床废水泵站一般只适用于线路顺直的一般减振 道床地段。曲线地段由于隧道偏移造成建筑限界局 限,轨道结构所受横向力加大,稳定性不易保证,不适 合设置;高等和特殊减振地段由于其结构形式需要,减 振元件浸水失效的原因,不能设置该类泵站。 5敞口段截水沟和截水墙的设置 轨道交通敞口段是线路由地下过渡到地面、高架 的过渡区段。规范要求敞开出入口的排水能力应按当 地50年一遇的暴雨强度计算。由于敞口段汇水面积 大,线路纵坡较陡,为避免雨水冲人地下区间,设计中 不但要考虑设置足够能力的排水设施,而且需要加设 道床截水墙(如图7所示)。这一点在设计中较容易 遗漏,造成了不必要的损失。 集水坑 Q; U一 LiJ I{ 雨水泵房集水井 图7敞口段截水沟的设置 通常做法是在敞开出入口低端的雨水泵站前,在 轨道道床结构中设置截水横沟和截水墙。水沟宽度和 深度应充分利用轨枕间隙和道床高度,必要的情况下, 轨枕间距和截水沟规格和数量可增加,接口设计过程 中应做好底板结构标高预留。截水墙设计应注意满足 设备限界要求,保证列车正常运行,布置方式为横向贯 通布置,结构钢筋布置应满足抗剪强度。截水墙数量 也应根据需要酌情增加。 6结论 结合实际城轨项目工程中轨道系统排水设计难点 及现场存在的问题,通过总结多个项目设计的经验、教 训、体会,并研究参考国外试验成果和国内高速铁路应 用实例,提出了平坡车站、道岔转辙机坑、道床内设置 废水泵站以及敞口段的轨道系统排水设计方法及处理 措施,可为城市轨道交通轨道系统的排水设计提供 参考。 参考文献: [1]GB 50157--2013,地铁设计规范[S]. 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