虹吸式雨水系統在蘇州火車站的應用

徐海英

(中鐵十二局集團建筑安裝有限責任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

蘇州火車站改造工程為鐵路蘇州站新客運用房，位于新、老區交界的原站房位置，南臨北環路及古護城河風景帶，北依蓬勃發展的平江新城商業金融中心區;東西兩側分別是人民路和廣濟路，是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現代化大型交通樞紐。主體站房二層，其他附屬建筑為一層(局部帶二層夾層)。主體高度31．25 m，附屬建筑高度10．9 m。總建筑面積85 717 m2，其中，地上54 445 m2，地下31 272 m2。建筑耐火等級:主體和地下室為一級，附屬建筑二級。本工程高架候車室屋面和北站房屋面雨水采用虹吸雨水系統，雨水量按50年重現期計，并按100年重現期校核降雨歷時5 min。超設計重現期雨水通過溢流口排除。

2 虹吸式雨水系統工作原理

虹吸式雨水系統一般由虹吸式雨水斗、各種規格管道、管道配件和固定支架組成。蘇州站虹吸雨水斗采用SY56和SY90型雨水斗，菱形屋面上設置了60 cm高的擋板，使雨水在梯形天溝內匯集，當天溝雨水水位淹過雨水斗時，雨水夾帶的空氣量變得很少，達到汽水分離，形成了滿流的狀態，并利用雨水斗至排出管之間的有效壓力差產生動能，加快排水管內雨水的流速，形成虹吸現象，這就是虹吸式雨水工作原理。

在設計理論上，保證立管頂端形成真空，是虹吸排放的關鍵，滿管流是形成虹吸狀態的必需條件，當立管過高時，如果設計不當，立管頂端的壓力會低于水的飽和蒸汽壓力，這時在立管頂端會出現大量水汽，影響虹吸過程。過分縮小管徑又會造成立管流速過高，如果流速不大于10 m/s時，可增粗下部分立管，使流動狀態變成滿管流。但注意最低點壓力區如果管道的環鋼度不足，可能會被大氣壓壓癟。并在立管最低端管設置支墩，管道內基本呈負壓狀態，對管道剛性、密閉性有要求。所以我們大部分采用HDPE管，局部選擇鋼塑管，滿足剛性要求。HDPE管與鋼塑管采用專用管件，HDPE管采用熱熔連接，這些也保證了密閉性。

3 虹吸式雨水斗的選型與安裝

一般來說，虹吸式雨水斗的選型，是決定整個虹吸系統排水效果的關鍵。雨水斗應具有反渦流的蓋罩，有防止空氣進入的空氣擋板，并在水位達到一定高度時能形成水封，阻斷空氣進入。蘇州火車站北站房虹吸雨水系統根據設計規范，深化設計圖紙并進行施工。采用SY56和SY90型雨水斗，有空氣擋板，設有防漩渦肋，可消除滿管流的漩渦，防止空氣進入，使傳統的重力流渦旋消失。蘇州站虹吸雨水斗空氣擋板采用HDPE注塑，可經受70℃高溫不變形，使用壽命長。TY56底盤尺寸270，空氣擋板尺寸220 mm，初步最高設計排量10 L/s，天溝開孔尺寸為180 mm，天溝以下所需空隙250 mm，空氣擋板高度20 mm，TY90底盤尺寸270，空氣擋板尺寸250 mm，初步最高設計排量30 L/s，天溝開孔尺寸為180 mm，天溝以下所需空隙260 mm，空氣擋板高度25 mm。管道采用HDPE管，采用熱熔連接。HDPE管與雨水斗采用56，90鋼塑專用連接件進行連接。TY56，TY90雨水斗安裝在天溝內，雨水斗連接方式采用焊接，北站房天溝的寬度約為400 mm，要求天溝內每2 m設1個雨水斗，TY56，TY90雨水斗安裝開口為200 mm×270 mm。

4 立管的安裝

蘇州站北站房屋面為鋼結構菱形，屋面的投影面積約為30 000 m2，屋面總高度為31．225 m，虹吸式水斗TY56共115個，TY90共計31個。在屋面天溝內要求開孔小，安裝時減少滲漏的隱患。由于站房室內高差比較大，屋面面積大，這就給設計及施工增加了難度，我們按初步設計劃分的系統，因立管高度過高，通過嚴格的數據分析對管徑進行了分段，每根HDPE立管都在DN50～DN200管徑內根據阻力在變化管徑。通過調整管徑限制流速，調整有效管長，限制立管的頂部壓力，從而使虹吸雨水有更好的效果。

5 立管的固定

每根立管的固定也很重要，降雨初期，雨量較小，雨水還沒有淹沒雨水斗擋板，雨水斗內不能有效阻止空氣進入，此時其流態為非滿管流，也為重力流，當雨水量增加淹沒雨水斗擋板時，管內壓力形成真空，這時整個管道會產生振動。為減少管道振動，安裝固定是很重要的。

蘇州火車站固定支架采用冷軋鋼板，具有更好的抗壓、抗拉性能。沿鋼結構屋頂及構造柱，利用自動升降平臺，按管徑的10倍間距安裝支架。并在立管及水平管每隔5 m設一個法蘭，以防止熱脹冷縮導致的管道伸縮。

6 影響虹吸過程的因素

1)梯形天溝容積、高度的影響。

2)立管的高度差的影響，高度差過小時壓力差過小，采用虹吸雨水技術沒有價值。

3)立管管徑的大小、管徑的分段、管徑的調整。

4)雨水斗的構造和規格。

7 虹吸式雨水系統的優點

虹吸式雨水系統與傳統重力流排水系統比較有很多優勢，傳統重力流排水系統懸吊管要求一定的坡度、大量的雨水立管、管徑大。虹吸式屋面雨水系統管道無需坡度，雨水立管少、雨水斗布置靈活、管徑小便于建筑處理、節約空間、管道具有自潔作用。所以蘇州火車站根據自身建筑物的構造特點，選用了具有多優點虹吸式雨水系統。

［1] GB 50242-2002，建筑給排水及采暖工程施工質量驗收規范［S］．

［2] 黃曉家，趙雨舟，高 敬，等．我國屋面雨水技術應用的研究與發展［J］．給水排水，2007，33(2):83-88．