地鐵無水源車站臨站取水系統探究

史云天

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300142）

地鐵線路多設在城市主要客運通道上，建于城區各主要道路、商業區、住宅區的車站，周邊市政管網相對完善，具備從自來水管網接入2根或1根給水引水管的條件，以滿足車站用水要求。綜合考慮城區帶動近郊區縣發展建設的方案，部分地鐵線路延伸至郊區，因沿線市政管網不完善或其規劃建設晚于車站建設等原因，車站運營初期無可用的自來水管網，影響車站必要用水的供應。鑒于此，文章以某地鐵線路為研究對象，對多座無水源車站經由區間布設的給水管道自相鄰車站取水的設計方案進行研究，并探討其經濟性，為相關工作提供參考。

1 給水系統方案設計

地鐵線路某區段內設有A、B、C三座連續的地下二層島式車站。B、C車站均無可用水源，僅第一座車站A周邊城市自來水管網完善，可滿足自身及后續兩座車站用水量要求。鑒于此，設計采取自第一座車站A室外自來水管網取水（市政管網供水水壓0.18～0.25 MPa），由新風井引入車站，于區間隧道內安裝給水管道為后續兩個車站逐級供水的形式。其中車站B由車站A室外自來水管網經由區間管道直供，車站C再經設于車站B內的變頻給水設備加壓供水。

供水設備、管道布置如表1所示。

表1 供水設備、管道布置

2 取水系統方案計算

研究中，車站A為水源車站，自車站A站外DN400自來水管道引1根DN200給水管，依靠市政壓力將水經由地下隧道輸送至車站B。

供水壓力滿足車站B內消防水池補水、衛生潔具水壓要求（以站廳層設置的沖洗水栓應滿足0.10 MPa計算）和貯水箱進水壓力要求。

用于服務車站C的貯水箱、變頻給水設備設于車站B的站廳層給水泵房內。水箱需儲存車站C25%的最高日用水量以及變頻給水設備10 min流量的總和。

變頻給水設備流量由車站C生產生活用水流量、消防水池補水流量具體確定，揚程選擇滿足車站C消防水池正常補水及站廳層衛生潔具水壓要求。

車站B、C用水量經計算應滿足高峰時生產、生活用水量的同時，可實現48 h內補足消防水池360 m3有效用水（補水流量取4.0 L/s）的要求。

各車站取水、用水點高差變化如表2所示，管道水力計算如表3所示。

表2 車站供水高差變化 單位：m

表3 管道設置及參數

2.1 車站A水源點所需水壓計算

A站水源點至B站消防水池補水點（富余水頭0.02 MPa）及站廳層0.10 MPa用水點處的管網損失依次為：Hg（1a）=0.054 MPa，Hg（1b）=0.042 MPa。

如滿足車站B內a、b用水點的水壓要求，則車站A水源點所需自來水管網壓力為：

式中：Hdl——倒流防止器的損失（MPa），按5 m計算；Hg——車站自供水點至用水點處管網損失（MPa）；Hp——車站用水點處所需壓力值（MPa）；HZ——車站供水點至用水點處高差（m）；Hsb——通過水表的損失（MPa），按5 m計算。

經計算，車站B內a、b用水點處水壓滿足要求時，水源點供水壓力值需分別為Ha=0.168 MPa，Hb=0.178 MPa，均未超過水源點處自來水管網0.18～0.25 MPa的壓力限值，可實現站內的正常用水[1]。

2.2 車站C變頻給水設備流量、揚程計算

自車站B內變頻給水設備至車站C消防水池補水點（富余水頭按0.02 MPa計）及站廳層0.1 MPa用水點處的管網損失依次為：Hg（2a）=0.043 MPa，Hg（2b）=0.004 MPa。

如滿足車站C內a、b用水點的水壓要求，則車站B內變頻給水設備揚程為：

經計算，車站C內a、b用水點處水壓滿足要求時，車站B變頻給水設備揚程需分別為13、14.1 m，兩者取最大值，則變頻給水設備揚程取15 m，最大流量為10 L/s（36 m3/h）。車站C最高日用水量約為200 m3/d，則車站B內變頻給水設備配套水箱容積V=200×25%+36/6=56 m3。水箱尺寸5.00 m×4.00 m×3.50 m。

3 主要經濟因素分析

3.1 給水系統經濟分析

給水系統主要設備及材料包括變頻給水設備1組（有效容積56 m3水箱1套），主輸水管道4 250 m（室外De200PE管100 m、室內DN200內外涂塑鋼管2 550 m、DN150內外涂塑鋼管1 600 m）以及電伴熱保溫共計1 100 m（電伴熱以被保溫管道長度計，DN200管道用電伴熱650 m、DN150管道用電伴熱450 m）。設備設施總投資約為251萬元，另有電伴熱系統年運營費用約10.68萬元。

3.2 管材選取分析

輸水管道絕大部分布設于區間隧道內（其中A～B區間長為2 250 m，B～C區間長為980 m）。考慮隧道內-15～50 ℃的環境溫度、10%～100%相對濕度以及強電磁干擾環境。本研究中車站及區間內的管道均采用內外涂塑鋼管，因其兼備金屬管及塑料管的優點，耐腐蝕性能良好，機械強度高，安裝方便，同時管道內壁光滑，阻力系數小，可以實現高效輸水。相比于內外涂塑鋼管，部分工程的區間輸水管道采用球磨鑄鐵管，其強度高、電阻大、耐電腐蝕性強、造價低，但安裝及固定難度較大。

上述兩類管材對于隧道內的潮濕環境均具有良好的適用性，但就本研究而言，球墨鑄鐵管阻力系數大，如果將方案中A～B區間內的DN200管道及B～C區間內的DN150管道改用球墨鑄鐵管，管道總造價降低約50萬元，但管道損失加大，車站A水源點處水壓要求將由0.178 MPa升高為0.215 MPa，如果車站A市政給水壓力低于0.18 MPa，車站B內用水點的水壓難以保證。車站C的變頻給水設備的揚程也將升高，增加了電機功率及設備造價。

3.3 管徑選取分析

地鐵區間隧道內管線多，設備安裝空間緊張。A～B區間DN200管道及B～C區間DN150管道安裝時需要嚴格遵守《地鐵設計規范》（GB 50157—2013）對設備限界及管道間距等的要求。如DN200管道可減小為DN150規格，則更利于管線排布和設備安裝。本研究中DN200內外涂塑鋼管如在區間內調整為DN150規格，流速變為0.92 m/s，管道水損明顯增大，對車站A水源點處水壓要求將由0.178 MPa升高至0.282 MPa，遠大于市政管網可提供的壓力，無法保證后續車站的供水安全。但對于區間較短、市政給水壓力大的車站，采用此取水方案，獲得消防部門及運營部門允許后，可根據具體的計算結果選取管道，以DN150管道為宜。

4 結語

（1）臨站取水在充分利用水源車站市政水壓的同時，通過變頻給水設備保證遠端車站的水量、水壓需求，可過渡性解決地鐵運營初期車站周邊市政條件不完善導致的供水困難、站外遠距離管道布設以及接口復雜、影響地鐵建設周期等問題。

（2）系統運行過程中，給水設備、區間內管道的檢修和維護工作以及電伴熱的使用加大了人力、物力投入，運營費用較高。對此，無水源車站建設過程中，可根據市政管網的具體規劃預留室外管道接入條件，外部供水條件成熟后，及時進行給水系統的切換，以減少長期運營的費用。