录
第一章 前言 ......................................................................................................................... 2
1.1 研究背景 ............................................................................................................... 2
第二章 地铁车站给排水系统简介 ..................................................................................... 4
2.1各部分系统设计 .................................................................................................... 4
2.1.1 主废水泵站设计 ......................................................................................... 5
2.1.2 车站污水泵站设计 ..................................................................................... 6
2.1.3 车站雨水泵站设计 ..................................................................................... 7
2.1.4 各泵站控制水位设置及水泵控制方式 ..................................................... 7
2.1.5 排水管道材料及其他重要防护措施 ......................................................... 8
2.2 二期和一期排水设计对比 ................................................................................... 8
2.2.1 生产生活给水系统独立设置 ..................................................................... 8
2.2.2 消火栓布置 ................................................................................................. 8
2.2.3 消防管材选用 ............................................................................................. 8
2.2.4 隧道排水压水管敷设方式 ......................................................................... 9
2.2.5 管材选用差异较大 ..................................................................................... 9
2.2.6 改善地下区间消防环管工况 ................................................................... 10
2.2.6 研发新灭火系统 ....................................................................................... 10
第三章 地铁排水系统设计 ............................................................................................... 12
3.1 数据自动采集与检测 ......................................................................................... 12
3.1.1 自动轮换工作 ........................................................................................... 12
3.1.2 自动控制 ................................................................................................... 13
3.1.3 水位、运行显示 ....................................................................................... 15
3.1.4 通讯接口 ................................................................................................... 15
3.2 系统功能及特点 ................................................................................................. 15
第四章 地铁给排水系统的常见故障和改进措施 ........................................................... 16
4.1 给水管材的防腐 ................................................................................................. 16
4.2 潜水排污泵的堵塞和解决方法 ......................................................................... 16
4.3 排水管路的堵塞 ................................................................................................. 16
4.4 排水管材的选型 ................................................................................................. 17
第五章 课题总结和展望 ................................................................................................... 18
参考文献 ............................................................................................................................. 20
致 谢 ................................................................................................................................. 21
摘要：地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。其中地铁的给排水设计，必须满足生产、生活和消防用水对水量、水压和水质的要求，并应坚持综合利用，节约用水的原则。地铁给水水源应优先采用城市自来水，当沿线无城市自来水时，应和当地规划等部门协商，采取其他可靠的供水水源。而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准。同样，对于地铁给排水系统的设计，也只有在总结过去的经验和教训，在新的设计中注意给水系统、排水系统、 消防系统这些问题，才能使地铁给排水设计越来越合理，以满足地铁安全运营的需要。地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。而地铁给排水系统的可靠性是地地铁安全运行的重要保障。
关键词： 地铁；给水系统；排水系统；消防系统
ABSTRACT ： The subway as a independent tram system, have fast, safe and comfortable to carry people characteristic. Therefore obtains the rapid development of modern city, and became the "green traffic". The drainage design of metro, must satisfy the production, living and fire water for water, water pressure and water required, and should stick to comprehensive utilization, water saving principles.
Subway water should be adopted preferentially city water tap water, along the local planning departments shall consultation, and take other reliable water supply source. And metro drainage system, in addition to life and feces sewage discharge outside, structure should be separate phenomena, rinse and fire wastewater and mouth rainwater can press confluence emissions, drainage standard. Similarly, water supply and drainage systems for the design of subway, also only at the conclusion of the past experiences and lessons, in the new design note feed water system, the drainage system, fire-fighting system problems, ability makes the subway drainage design more reasonable and to meet the needs of metro safety.The subway that has a large capacity, high efficiency, low pollution, whether construction speed, or construction scale, the development of urban metro is undergoing a unprecedented development. And the subway system reliability is water to the subway safe operation of the important guarantee.
KEY WORDS ：subway; Water supply system; Drainage system; Fire control system
第一章 前言
1.1 研究背景
近年随着城市化进程的加快, 城市人口急剧增多, 国内各大城市的地面交通
均面临着巨大的压力, 城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段, 目前已在国内多个城市中建成并投入运营, 且大多以地下铁道为主。地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一, 及时排放车站内部的积水, 对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站排水系统采用分流制, 主要由废水系统、污水系统和雨水系统组成, 其中废水系统包括车站冲洗水、消防废水和结构渗漏水等; 污水主要为卫生间生活污水; 雨水主要来自敞开式的出入口和风亭等。地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。其中地铁的给排水设计，必须满足生产、生活和消防用水对水量、水压和水质的要求，并应坚持综合利用，节约用水的原则。地铁给水水源应优先采用城市自来水，当沿线无城市自来水时，应和当地规划等部门协商，采取其他可靠的供水水源。而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准的规定。地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。而地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证。
一般的汽车使用汽油或石油作为能源，而地铁使用电能，没有尾气的排放，不会污染环境。
2．缺点
（1）建造成本高，由于要钻挖地底，地下建造成本比建于地面高； 建设周期长，同样由于要挖地道，铺设铁轨，设备等等，以及各种调试工作，地铁从开始动工到投入运营需要很长的时间；前期时间长，建设地铁的前期时间较长，由于需要规划和政府审批，甚至还需要试验。从开始酝酿到付诸行动破土动工需要非常长的时间，短则几年，长则十几年也是有可能的。
（2）安全性，虽然地铁对于雪灾和冰雹的抵御能力较强。但是对地震、水灾、火灾和恐怖主义等抵御能力很弱。由于地铁的构造，而导致极易因为这些因素发生悲剧。为此自地铁出现以来，工程师们就不断持续研究如何提高地铁的安全性[1]。
第二章 地铁车站给排水系统简介
车站内废水收集和排放流程如下: 各类废水→排水地漏→轨道排水明沟→主废水泵站→压力检查井→市政污水系统。
2.1各部分系统设计
车站冲洗水排水量为4Lm/2次, 计算面积为站厅站台层公共区域, 一日一次,
每次按1h 计算; 结构渗漏水通常设计标准为1Lm/2日, 计算面积为车站内表面积; 消防废水按一次消防水量100%计算。
车站各类废水均由设在站台层、站厅层和有用水点的房间内的地漏收集, 通过排水立管排放至轨道两侧的排水明沟内。站厅层排水地漏设在车站主体内侧排水浅沟内, 相互间隔约40m , 此外车站出入口进站处应设置截水沟和排水地漏; 环控机房、保洁间、污水泵房、废水泵房、茶水间等有给水点的房间也应设置地漏。站台层地漏主要排放公共区冲洗废水, 与站台边缘相距2.5m 以上。对于各类风道进入车站主体处的地漏设置, 《地铁设计规范》中并无明确规定, 笔者认为要避免不同类型风道因排水浅沟连通而造成的相互干扰, 每个风道入口处均应设置排水地漏, 不同风道不能共用排水地漏[2]。
图2.1 排水地漏设置方式
2.1.1 主废水泵站设计
主废水泵站主要排放结构渗漏水、凝结水和生产、冲洗及消防废水等, 应设在车站或线路的最低点, 其设计关键是确定废水池容积和废水泵参数, 车站主废水泵应设置2台, 平时互为备用和轮换工作, 消防或必要时同时工作, 排水泵流量按消防时排水量和结构渗水量之和确定，主废水池有效容积按照主废水泵 20min 出水量且不小于30m³确定。
图2.2 主废水泵站剖面
对于部分地铁车站与地下商业建筑合建的情况, 为了避免商业建筑火灾时对地铁车站的影响, 应在两者之间设置挡水和截水措施, 商业部分内部应设置独立的局部废水泵站。
2.1.2 车站污水泵站设计
地铁车站的污水主要来源于车站工作人员日常用水, 一般在车站的站厅层设备区内设有卫生间供工作人员使用, 生活用水量按 50L 班/人计, 排水量按生活用水量的95%考虑。污水泵站应设置在卫生间下的站台层设备区内, 污水集水池有效容积一般按6h 的污水量确定, 但有效容积不应小于2m³, 污水泵流量按卫生间排水设计秒流量选取。在实际设计中, 污水池平面不宜过大, 以免污水在污水池内停留时间过长, 同时污水池应设置排气管道, 直接与车站排风管道连接。 [3]
图2.3 污水泵站布置剖面
2.1.3 车站雨水泵站设计 雨水泵站主要设置在车站敞开式风亭内及敞开式出入口扶梯下, 雨水排水量按设计暴雨重现期50年10min 集流时间计算。出入口处雨水泵流量按出入口消防水量与雨水量之和选取, 风亭处雨水泵流量按计算雨水量选取。各处集水池有效容积按雨水泵的10min 出水量确定。对于非敞开式出入口的排水泵站, 可归于局部废水泵站, 水泵设计流量仅考虑消防排水量。设有顶盖的风亭, 可不设雨水泵站, 风亭的结构渗漏水可沿风道排入车站内, 由地漏收集后排放至主废水池。
2.1.4 各泵站控制水位设置及水泵控制方式
制水位。车站出入口自动扶梯底部以及洞口集水坑内设2台潜污泵, 平时一用一备, 必要时双泵运行, 设停泵水位和第1、2台泵启动水位共3个控制水位[4]。
2.1.5 排水管道材料及其他重要防护措施 一般来说, 车站内压力排水管可采用涂塑或衬塑钢管, 重力排水管采用阻燃性UPVC 管。排水管穿越不同防火分区时应设置阻火圈; 地铁内引出至地铁外的排水金属管线应绝缘处理后方可引出, 可采用安装绝缘法兰或者绝缘短管的方式。另外, UPVC 排水管道不能直接穿越轨顶风道, 在风道内的部分应设置钢套管防护, 避免消防时高烟气对管道造成破坏。
2.2 二期和一期排水设计对比
2.2.1 生产生活给水系统独立设置
二期工程5条线生产生活给水系统均独立设置，单独从市政管网上接管供水。一期工程则与消防给水系统合用，采用合用系统时，由于环管长、与城市管网接口多，造成管网压力变化频繁，容易发生水锤，对系统稳定和管网维护带来不便，这些状况在一期工程运营初期时常出现。
2.2.2 消火栓布置
地铁一期工程在隧道内消火栓箱内配置了消防栓、水龙带，间距为50m ，在通车后隧道活塞风作用下，消防箱门经常被吹开，消防栓和水龙带移位，给行车带来了极大的安全隐患，也给及时排除险情带来困难。后经消防部门同意，运营部门及时拆除了消火栓箱，移走水龙带，杜绝了此类安全隐患，水龙带集中放置在车站端部方便取用的地方。目前地铁新规范已明确，隧道消火栓可不布置消防箱、水龙带，二期工程均按此执行。
2.2.3 消防管材选用
二期工程隧道消防给水管设计规格均为DN150，选用管材为钢管或球墨铸铁管。按照地铁设计规范，为减少杂散电流腐蚀，延长使用寿命，推荐管材采用球墨铸铁管，胶圈连接。一期工程按规范推荐设计采用球墨铸铁管，安装时采用压
兰胶圈，投入使用后，由于转弯处钢支墩不稳固、管内水流方向和压力变化等原因，隧道给水管在运营1年多里发生30余次接口脱开跑水事故，严重影响地铁正常运营。二期工程部分线路改用内外涂环氧消防钢管，采用卡箍连接；延长线等仍延续使用球墨铸铁管的线路，应注意管道供货、接口形式和安装等问题[5]。
2.2.4 隧道排水压水管敷设方式
地铁一期工程区间主排水泵站压水管，就地在隧道上方专用排水管竖井敷设出隧道。该方式具有扬水管短，废水就近排放，减少水泵扬程，减少综合布线管道干扰等优点，但由于一期全线排水点分散，排水管位于区间隧道上空难以维护，因此二期工程大部分线路加以改进，压水管沿隧道敷设至临近车站后再排除室外。个别延长线仍延续一期的做法。
2.2.5 管材选用差异较大
二期工程各线对部分设计标准掌握、技术措施采用有些差异，如灭火器计算标准和各类管材选用等方面。各线消防给水管材选用有3种结果：一是车站和区间全部采用消防钢管；二是在车站站台板下部分及区间全部均采用球墨铸铁管，在车站其他部分采用镀锌钢管；三是根据管径大小选用，当管径≥100mm 时采用球墨铸铁管，管径＜100mm 时采用镀锌钢管。车站室内生活、生产给水管基本上采用衬塑钢管，个别线路采用了PPR 给水塑料管。压力排水管主要采用钢管，个别线路采用球墨铸铁管。室外管材选用种类也较多, 例如，埋地重力排水管采用UPVC 管、HDPE 管或钢筋混凝土管，给水管采用PE 管、钢塑管、球墨铸铁管等。比较相同的是气体灭火系统管材采用内外镀锌无缝钢管，重力排水管地下部分基本采用阻燃UPVC 管，高架部分采用UPVC 管。
裂缝观测及其他
（1）隧道裂缝检测。对隧道衬砌上的裂缝采取以目测检查为主，辅以裂缝测宽仪（0.01mm ）量测，地铁运营期隧道结构检测方法张学华等行政区，收集的全线水压均为一个定值；部分线路位置临近，但不同设计单位收集的水压值相差很大。二期工程高架区间较多，必须依靠市政消防栓来满足消防要求，设计单位应与供水部门充分协商落实线路两侧有关市政设施到位问题，以保证市政消火栓符合消防要求，同步通水，方便取用，管理完善。资料收集是给排水设计的基础性
工作，业主应加强与城市主管部门联系，支持配合好设计院的工作。
（2）隧道防水和排水系统检测。采用人工检查及部分水样化验（成分分析）的方法进行检测。在隧道全长内人工检查隧道防水和排水系统状况。检测防排水结构有无破损，沟管有无开裂漏水，排水沟、积水井等有无淤积堵塞、沉沙、滞水。另外，利用水质分析判断地下水对于混凝土和钢结构等是否具有腐蚀性，为地铁养护提供必须的水质化学分析指标[6]。
2.2.6 改善地下区间消防环管工况
二期工程沿线地势和市政供水压力变化较大，地下线路的消防给水系统管路长、接口多，由于接口水压不同，其工作状况是不确定的，生活、生产、消防合用的给水系统尤其如此。因此，应在设计上进行优化，把消防系统与生活系统分开独立设计是可行的办法之一；或者考虑在每条进水管上加设稳压阀，将阀后压力稳定在固定的范围内；或者采用分区办法，根据市政供水压力，结合线路的竖向标高，以几个车站为一个区域布置成多个小的消防环管系统，并把工作压力控制在固定的范围内；相邻分区的消防环管系统之间可通过电动阀连接，平时关闭，火灾时开启，增加整个系统的安全可靠性。
2.2.6 研发新灭火系统
采用消火栓、灭火器、气体灭火等是目前地铁灭火设计采用的主要办法。火灾时消火栓系统必须由人工进行操作，其效果受制于火灾当时具体情况，如地板湿滑、烟雾四漫、乘客惊慌拥挤、专业消防人员不能迅速到达等等；气体灭火系统仅自动扑灭设备房火灾，通过保证行车系统设备正常运行来保证乘客安全；灭火器只对局部初期小火有效。因此，这些措施对扑灭地铁火灾远远不够。2003 年2 月发生在韩国大邱市地铁火灾的惨痛教训足以说明灭火措施不足的严重后果。我国目前地铁消防思想是重防而轻治，重疏散而弱于扑救，主要是还没有一套高效、经济、可行的灭火办法。自动喷淋系统虽能及时、有效抑制初期火灾，在民用建筑防火中普遍采用，但由于对人员疏散影响很大等原因，并未在国内地铁普遍使用。上海地铁1、2号线地下车站公共区域安装了自动喷淋系统，但是否予以推广，尚未得到行业的认同。随着我国经济水平和对地铁火灾防治认识的提高，研发和采用有效灭火系统将成为地铁消防设计的首要任务。细水雾类自动灭火系
统是一个新型灭火系统，不仅具有自动喷淋系统部分优点，同时具有用水量较少、对疏散影响不大、灭火效果较好等特点，据了解，该系统在国外地铁车站有使用。我们应充分重视这样一些新系统的研究和应用，增加快速扑灭地铁火灾的措施和办法，给乘客人身安全和国家财产安全多一份保障。
第三章 地铁排水系统设计
设计控制结构: 使用单台PLC 对水泵的运行进行控制, 系统控制结构如图3.1 所示。整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、水位、运行显示及故障报警四个部分组成。
图3.1 系统控制结构图
3.1 数据自动采集与检测
数据自动采集与检测均为数字量数据:集水池水位、电机过热、电机过载、机组漏水、手/ 自动控制位置等。数据自动采集主要由PLC 实现, PLC 数字量输入模块根据水位变化信号, 判断区间渗漏水量, 控制排水泵的启停。电机过热、电机过载、机组漏水等传感器与变送器, 主要用于监测水泵、电机的运行状况, 超限报警, 以避免水泵和电机损坏。各种开关量信号采集到PLC 中作为逻辑处理的条件和依据, 对排水泵的启停进行控制[7]。
3.1.1 自动轮换工作
为了防止因水泵及其电气设备长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现, 当工作泵出现紧急故障需投入另一台泵时, 而不能及时投入以至影响区间安全运行, 本系统程序设计了二台水泵自动轮换工作控制, 控制程序
将水泵启停次数及运行时间运行次数等参数自动记录并累计, 系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵, 使两台水泵使用率分布均匀, 当某台泵故障时, 系统自动报警, 同时将故障泵自动退出轮换工作, 另一泵继续工作, 以达到有故障早发现、早处理, 以免影响区间安全运行的目的。
3.1.2 自动控制
系统控制设计选用了西门子S7—300／400型PLC 为控制主机, 该机为一体化结构, 有PID 事故处理、编程、数字量I/O、集成计数及定位、电源和通讯等功能。
PLC 上电起动后首先执行内部初始化。然后根据手动、半自动、自动控制的方式选择。进入相应的程序流程。整个程序主要包括运行前水位和供电状态检测、正常启停泵组、运行中参数检测和故障报警、故障停泵等模块。STEP 7软件通过建立在线连接下载程序到PLC 以对编制好的程序进行调试。可实现程序的运行状态监视、强制性数据变更和输入输出信号的强制开，关等。
PLC 自动化控制系统根据集水池水位的高低、各台水泵的工况, 合理调度水泵, 自动准确发出启、停水泵的命令, 控制水泵的运行。水位信号是保证系统可靠运行的一个非常重要的参数, 集水池内设超低报警水位、停泵水位、开泵水位、超高报警水位和控制水位, 共为5个[8]。
1. 当水位达到超低水位报警, 同时控制回路应保证所有泵都处于停泵状态；
2. 当水位到达停泵水位时, 所有泵均应停止工作；
3. 当水位到达第一台泵启泵水位时, 第一台泵开启；
4. 当水位到达第二台泵启泵水位时, 第二台泵开启；
5. 当水位达到超高水位报警时, 保证所有泵都处于开启状态, 同时发出报警。
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图3.2 设计流程图
3.1.3 水位、运行显示
通过Twido 的数字量输出对水位及水泵的运行、故障情况进行显示, 用红色信号指示灯显示水泵的开启状态, 用黄色信号指示灯显示水泵机组的故障状态, 提醒工作人员及时检修, 避免水泵和电机损坏。对水位信号采用黄色信号指示灯对超低水位、停泵水位和超高水位分段报警, 提醒工作人员注意[9]。
3.1.4 通讯接口
PLC 通过通讯接口和通讯协议, 与车站建筑物设备综合管理系统即BAS 系统进行通讯, 将水位信号、水泵机组的工作状态与运行状态传至车站控制室, 同时, 操作人员也可利用BAS 系统将操作指令传至PLC , 控制水泵运行。
3.2 系统功能及特点
1．系统根据各台水泵的运行时间, 自动实现水泵的轮换工作, 延长了水泵的使用寿命；
2．自动检测水位信号, 自动投入和退出水泵, 合理地调度水泵运行；
3．实时监控水泵及其附属设备的运行状况, 显示水位、机组运行情况、超限报警和故障报警；
4. 系统具有通讯接口功能，PLC 可与车站BAS 监测监控主机通讯, 传送数据, 交换信息, 实现遥测遥控功能。
5. 系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC 检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC 自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行, 不影响其它泵组正常运。PLC 柜上设有该泵的禁止启动按钮, 设备检修时, 可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。
第四章 地铁给排水系统的常见故障和改进措施
4.1 给水管材的防腐
地铁给水管采用加厚热镀锌管，热镀锌层厚度≥80Um 。一般情况下，管材的锈蚀多发生在丝口连接处和焊接点，个别情况是管身锈蚀。主要原因是镀锌层被破坏引起，次要原因是镀锌层厚度不够。镀锌层被破坏的原因主要是施工工艺问题。正确的方法是在套丝结束后应该将丝口处的杂丝清理干净并刷铅油，连接管道紧固至剩余两到三扣时将外露的生料带清除并刷银色环氧富锌漆两道进行防腐。在连接管道时对管身镀锌层破坏的处理方法应该是用锉刀将起皮处锉平，再刷银色环氧富锌漆两道进行防腐。而焊接点的处理方法则是先对焊缝进行打磨，然后在焊缝位置涂红丹底漆两道，再刷银色环氧富锌漆两道进行防腐[10]。
4.2 潜水排污泵的堵塞和解决方法
潜水排污泵堵塞主要发生在水泵吸水口和叶轮这两个部位。吸水口处堵塞主要是由于有较大粒径的物体被吸附在进水口处，使水泵空转而造成的堵塞。像一些编织袋、饮料盒等物品。叶轮处堵塞主要是一些丝状物缠绕叶轮，导致叶轮转速降低或不转。如废弃的电缆电线、绑扎绳等。解决的方法有两点：一是严抓管理。造成水泵堵塞的物品大多数是施工阶段产生的建筑垃圾、运营初期清扫卫生后乱丢乱弃的垃圾以及个人废弃物。只要严格要求施工人员、工作人员做到工完场清、不随意乱扔垃圾，管理人员严格检查，就可以大大减少水泵堵塞的几率。二是优化设计。在污水池的入口处设计安装一不锈钢格网，网格采用20mm ×20mm 规格[11]。通过这一措施，可以将工作人员、乘客失落的物品阻隔在泵池之外，避免了水泵的堵塞。地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证，本文通过对地铁施工过程和运营管理阶段发现及存在的问题进行分析，总结了地铁给排水系统中常见的故障，并提出了改进措施。地铁在满足正常运营和开发建设的同时，还面临着很多技术和管理问题需要研究和解决。
4.3 排水管路的堵塞
地铁投入运营以后，发现排水管路经常出现排水不畅的现象。通过现场察看，
发现问题主要集中在管路的扬水管段。地铁泵房内的管道设计。地铁排水泵的设计运行模式采用液位自动控制，即根据水位的高低来决定泵的自动启停，泵为间歇式运转。排水管路上的阀门为手动阀门，处于常开状态。止回阀采用传统的橡胶瓣止回阀，垂直安装。启停泵的瞬间, 造成止回阀的A 、B 两区分别淤积泥沙杂质。久而久之, 造成止回阀关闭不严，上部阀门堵塞。又由于广州水质含碱量高，淤积在管道内的水沉积结垢，形成厚厚的钙质堵塞管道。解决管道堵塞的方法最好用电动蝶阀取代闸阀，同时严格按泵的操作手册规范作业。即启泵时先启动泵，再开阀门；停泵时先关阀门，后停泵。这样一来，不仅解决了管道堵塞的问题，又减轻了由于排水管路长、高差大，水锤现象较为严重的问题[12]。
4.4 排水管材的选型
地铁在无压力排水系统中采用UPVC 排水管[13]。该管具有良好的物理化学性能和排水性能、经济、美观、管材轻、施工方便等众多优点，但同时又有其自身不可避免的不足。
（1）排水噪声大：由于UPVC 排水管内壁较为光滑，水流不易形成水膜沿管壁向下流动，在管道中呈现紊乱状态撞击管壁，同时UPVC 排水管的管壁比同规格的铸铁管管壁薄，不利于有效地阻止噪声向外传播，给人们的视听产生不良效果。
（2）建筑防火问题：目前国内生产的UPVC 管材虽然难燃，但在火灾情况下，一方面会产生致命烟气，另一方面当温度超过90℃时管材容易软化变形[14]。在穿越楼板时，即使按要求设防火套管和阻火圈，同时进行防火封堵，但由于管材的软化变形，仍可使火势、烟雾穿过楼板蔓延。
（3）刚度影响：由于UPVC 管属于塑料制品，刚度比铸铁管差了很多，在室外施工尤其容易受到破坏。在管道回填时，也常因管道部分架空或遇到坚硬物挤压而破坏。所以，埋地UPVC 管要求基底夯实后，管下方有100mm 、管上方有300mm 回填砂，且总埋深不少于900mm 。
（4）粘接剂质量问题：在部分工程中，由于胶粘剂本身的质量问题或者胶粘剂与管材的化学性能不相容，导致接口粘接质量极差。虽然《建筑用硬聚氯乙烯排水管设计及施工规范CJJ29-1998》要求胶粘剂应由管材、管件供应厂家一齐提供，但由于管材生产厂家和化工产品生产厂家的不一致，实际操作过程中，很难保证粘接质量[15]。
第五章 课题总结和展望
地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证，使各系统都能正常、安全、高效地投入运行，对车辆的正常运行、乘客的安全出行和安全消防起着至关重要的作用。只有了解、熟悉材料设备的施工工艺、技术参数、适用范围，才能使其在给排水系统中使用稳定、安全、经济。
地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一, 及时排放车站内部的积水, 对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站排水系统采用分流制, 主要由废水系统、污水系统和雨水系统组成, 其中废水系统包括车站冲洗水、消防废水和结构渗漏水等; 污水主要为卫生间生活污水; 雨水主要来自敞开式的出入口和风亭等。
国家现行地铁设计管理体系完善，使用的技术成熟，为做好设计奠定了坚实的基础。总体来说，深圳地铁二期给排水系统在汲取一期工程经验基础上，在功能上，在系统稳定性、安全性、可维护性及管道布置上更趋合理，能更好地满足地铁运营的需求。但还有改进和提高之处，如技术创新上没有突破，消防安全方面虽符合规范要求，扑灭火灾的有效办法还有待提高。近年随着城市化进程的加快, 城市人口急剧增多, 国内各大城市的地面交通均面临着巨大的压力, 城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段, 目前已在国内多个城市中建成并投入运营, 且大多以地下铁道为主。
我国地体的发展历史、现状和发展前景:随着我国城市化进程的加快，城市灾害对城市发展的影响日益引起人们的关注。城市作为人类现代文明和社会财富的集聚地，在社会经济发展中起着巨大的带动和辐射作用，加快城市化步伐是现代化社会发展的必然趋势。
随着城市化进程的加快，城市聚集的社会财富和人口越来越多，由于道路资 源的低效率利用以及市区道路的结构性缺陷等原因，使得城市交通问题Ｒ益突出。解决城市的交通问题，发展轨道交通则提上了同程，正是在解决长期交通堵塞的有较好的效果，轨道交通得到了发展。目前国际轨道交通类型有地铁、轻轨、市 郊铁路、有轨电车以及磁悬浮列车等。
城市地铁是在城市地面以下修建以轻轨电动高速机车运送乘客的公共交通系统, 是一种大运量的城市快速轨道交通系统, 称之为地铁铁道，简称地铁。地铁 作为轨道交通的一种方式，可以结合轻轨、磁悬浮列车等轨道方式，几乎不占街 道面积，也不干扰地面交通；同时可以在人员、建筑等较少的城市郊区延伸到地面或高架桥，形成完整的轨道交通网络。地铁的速度可以达到25～45公里/ｄ，时, 是公共汽车的3倍；安全、准点率高，给城市工作族提供时间保障; 多采用电力牵引，能源利用率高，环境污染少；轨道的铺设和运转提升了所在地皮的价值
和所在城市的经济竞争力，相应商业和服务一体化设施也同步出现。作为城市运转中的重要一环，轨道交通的优势显而易见。而纵观世界各大地铁城市的历史，都能发现地铁交通的有效运用在很大程度上缓解了城市交通拥堵、环境污染等问题, 并且有效地促进了现代城市的经济发展和布局的更新, 契合了许多城市的国际化进程。
本文只是简单概括了地铁排水设计中的内容, 由于地铁车站排水设计有别于其它民用建筑地下室排水设计, 对排水的可靠性和及时性要求更高, 设计人员通过解决设计和施工中遇到的问题, 不断总结和完善地铁排水的设计技术, 以达到安全、合理、经济的目的。
地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点，且地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。
参考文献
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致 谢
本论文是在安宏伟老师的精心指导下完成的，从论文的选题到具体的工作都得到了安老师详细的指点。导师用丰富的实践经验, 渊博的理论知识培养教育我，使我学有长进。在此，向安老师表示深深的感谢和敬意!
我还要感谢信息学院所有授课的老师们，是他们四年来辛勤的教诲和指导使我的知识得以丰富，才使我今天能学业有成。
同时向所有给予我关心和帮助的同学们表示感谢，在这四年里我们共同学习，共同进步，这给了我极大的支持，在学业上给了我极大的帮助，向他们表示深深的感谢。
也向为我的学习成长提供好生活环境的领导老师表示感谢！
录
第一章 前言 ......................................................................................................................... 2
1.1 研究背景 ............................................................................................................... 2
第二章 地铁车站给排水系统简介 ..................................................................................... 4
2.1各部分系统设计 .................................................................................................... 4
2.1.1 主废水泵站设计 ......................................................................................... 5
2.1.2 车站污水泵站设计 ..................................................................................... 6
2.1.3 车站雨水泵站设计 ..................................................................................... 7
2.1.4 各泵站控制水位设置及水泵控制方式 ..................................................... 7
2.1.5 排水管道材料及其他重要防护措施 ......................................................... 8
2.2 二期和一期排水设计对比 ................................................................................... 8
2.2.1 生产生活给水系统独立设置 ..................................................................... 8
2.2.2 消火栓布置 ................................................................................................. 8
2.2.3 消防管材选用 ............................................................................................. 8
2.2.4 隧道排水压水管敷设方式 ......................................................................... 9
2.2.5 管材选用差异较大 ..................................................................................... 9
2.2.6 改善地下区间消防环管工况 ................................................................... 10
2.2.6 研发新灭火系统 ....................................................................................... 10
第三章 地铁排水系统设计 ............................................................................................... 12
3.1 数据自动采集与检测 ......................................................................................... 12
3.1.1 自动轮换工作 ........................................................................................... 12
3.1.2 自动控制 ................................................................................................... 13
3.1.3 水位、运行显示 ....................................................................................... 15
3.1.4 通讯接口 ................................................................................................... 15
3.2 系统功能及特点 ................................................................................................. 15
第四章 地铁给排水系统的常见故障和改进措施 ........................................................... 16
4.1 给水管材的防腐 ................................................................................................. 16
4.2 潜水排污泵的堵塞和解决方法 ......................................................................... 16
4.3 排水管路的堵塞 ................................................................................................. 16
4.4 排水管材的选型 ................................................................................................. 17
第五章 课题总结和展望 ................................................................................................... 18
参考文献 ............................................................................................................................. 20
致 谢 ................................................................................................................................. 21
摘要：地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。其中地铁的给排水设计，必须满足生产、生活和消防用水对水量、水压和水质的要求，并应坚持综合利用，节约用水的原则。地铁给水水源应优先采用城市自来水，当沿线无城市自来水时，应和当地规划等部门协商，采取其他可靠的供水水源。而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准。同样，对于地铁给排水系统的设计，也只有在总结过去的经验和教训，在新的设计中注意给水系统、排水系统、 消防系统这些问题，才能使地铁给排水设计越来越合理，以满足地铁安全运营的需要。地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。而地铁给排水系统的可靠性是地地铁安全运行的重要保障。
关键词： 地铁；给水系统；排水系统；消防系统
ABSTRACT ： The subway as a independent tram system, have fast, safe and comfortable to carry people characteristic. Therefore obtains the rapid development of modern city, and became the "green traffic". The drainage design of metro, must satisfy the production, living and fire water for water, water pressure and water required, and should stick to comprehensive utilization, water saving principles.
Subway water should be adopted preferentially city water tap water, along the local planning departments shall consultation, and take other reliable water supply source. And metro drainage system, in addition to life and feces sewage discharge outside, structure should be separate phenomena, rinse and fire wastewater and mouth rainwater can press confluence emissions, drainage standard. Similarly, water supply and drainage systems for the design of subway, also only at the conclusion of the past experiences and lessons, in the new design note feed water system, the drainage system, fire-fighting system problems, ability makes the subway drainage design more reasonable and to meet the needs of metro safety.The subway that has a large capacity, high efficiency, low pollution, whether construction speed, or construction scale, the development of urban metro is undergoing a unprecedented development. And the subway system reliability is water to the subway safe operation of the important guarantee.
KEY WORDS ：subway; Water supply system; Drainage system; Fire control system
第一章 前言
1.1 研究背景
近年随着城市化进程的加快, 城市人口急剧增多, 国内各大城市的地面交通
均面临着巨大的压力, 城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段, 目前已在国内多个城市中建成并投入运营, 且大多以地下铁道为主。地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一, 及时排放车站内部的积水, 对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站排水系统采用分流制, 主要由废水系统、污水系统和雨水系统组成, 其中废水系统包括车站冲洗水、消防废水和结构渗漏水等; 污水主要为卫生间生活污水; 雨水主要来自敞开式的出入口和风亭等。地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。其中地铁的给排水设计，必须满足生产、生活和消防用水对水量、水压和水质的要求，并应坚持综合利用，节约用水的原则。地铁给水水源应优先采用城市自来水，当沿线无城市自来水时，应和当地规划等部门协商，采取其他可靠的供水水源。而地铁排水系统，除生活及粪便污水应单独排放外，结构渗漏水、冲洗及消防废水和口部雨水等可以按合流排放，但厕所生活及粪便污水的排放，必须符合当地和国家现行排水标准的规定。地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。而地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证。
一般的汽车使用汽油或石油作为能源，而地铁使用电能，没有尾气的排放，不会污染环境。
2．缺点
（1）建造成本高，由于要钻挖地底，地下建造成本比建于地面高； 建设周期长，同样由于要挖地道，铺设铁轨，设备等等，以及各种调试工作，地铁从开始动工到投入运营需要很长的时间；前期时间长，建设地铁的前期时间较长，由于需要规划和政府审批，甚至还需要试验。从开始酝酿到付诸行动破土动工需要非常长的时间，短则几年，长则十几年也是有可能的。
（2）安全性，虽然地铁对于雪灾和冰雹的抵御能力较强。但是对地震、水灾、火灾和恐怖主义等抵御能力很弱。由于地铁的构造，而导致极易因为这些因素发生悲剧。为此自地铁出现以来，工程师们就不断持续研究如何提高地铁的安全性[1]。
第二章 地铁车站给排水系统简介
车站内废水收集和排放流程如下: 各类废水→排水地漏→轨道排水明沟→主废水泵站→压力检查井→市政污水系统。
2.1各部分系统设计
车站冲洗水排水量为4Lm/2次, 计算面积为站厅站台层公共区域, 一日一次,
每次按1h 计算; 结构渗漏水通常设计标准为1Lm/2日, 计算面积为车站内表面积; 消防废水按一次消防水量100%计算。
车站各类废水均由设在站台层、站厅层和有用水点的房间内的地漏收集, 通过排水立管排放至轨道两侧的排水明沟内。站厅层排水地漏设在车站主体内侧排水浅沟内, 相互间隔约40m , 此外车站出入口进站处应设置截水沟和排水地漏; 环控机房、保洁间、污水泵房、废水泵房、茶水间等有给水点的房间也应设置地漏。站台层地漏主要排放公共区冲洗废水, 与站台边缘相距2.5m 以上。对于各类风道进入车站主体处的地漏设置, 《地铁设计规范》中并无明确规定, 笔者认为要避免不同类型风道因排水浅沟连通而造成的相互干扰, 每个风道入口处均应设置排水地漏, 不同风道不能共用排水地漏[2]。
图2.1 排水地漏设置方式
2.1.1 主废水泵站设计
主废水泵站主要排放结构渗漏水、凝结水和生产、冲洗及消防废水等, 应设在车站或线路的最低点, 其设计关键是确定废水池容积和废水泵参数, 车站主废水泵应设置2台, 平时互为备用和轮换工作, 消防或必要时同时工作, 排水泵流量按消防时排水量和结构渗水量之和确定，主废水池有效容积按照主废水泵 20min 出水量且不小于30m³确定。
图2.2 主废水泵站剖面
对于部分地铁车站与地下商业建筑合建的情况, 为了避免商业建筑火灾时对地铁车站的影响, 应在两者之间设置挡水和截水措施, 商业部分内部应设置独立的局部废水泵站。
2.1.2 车站污水泵站设计
地铁车站的污水主要来源于车站工作人员日常用水, 一般在车站的站厅层设备区内设有卫生间供工作人员使用, 生活用水量按 50L 班/人计, 排水量按生活用水量的95%考虑。污水泵站应设置在卫生间下的站台层设备区内, 污水集水池有效容积一般按6h 的污水量确定, 但有效容积不应小于2m³, 污水泵流量按卫生间排水设计秒流量选取。在实际设计中, 污水池平面不宜过大, 以免污水在污水池内停留时间过长, 同时污水池应设置排气管道, 直接与车站排风管道连接。 [3]
图2.3 污水泵站布置剖面
2.1.3 车站雨水泵站设计 雨水泵站主要设置在车站敞开式风亭内及敞开式出入口扶梯下, 雨水排水量按设计暴雨重现期50年10min 集流时间计算。出入口处雨水泵流量按出入口消防水量与雨水量之和选取, 风亭处雨水泵流量按计算雨水量选取。各处集水池有效容积按雨水泵的10min 出水量确定。对于非敞开式出入口的排水泵站, 可归于局部废水泵站, 水泵设计流量仅考虑消防排水量。设有顶盖的风亭, 可不设雨水泵站, 风亭的结构渗漏水可沿风道排入车站内, 由地漏收集后排放至主废水池。
2.1.4 各泵站控制水位设置及水泵控制方式
制水位。车站出入口自动扶梯底部以及洞口集水坑内设2台潜污泵, 平时一用一备, 必要时双泵运行, 设停泵水位和第1、2台泵启动水位共3个控制水位[4]。
2.1.5 排水管道材料及其他重要防护措施 一般来说, 车站内压力排水管可采用涂塑或衬塑钢管, 重力排水管采用阻燃性UPVC 管。排水管穿越不同防火分区时应设置阻火圈; 地铁内引出至地铁外的排水金属管线应绝缘处理后方可引出, 可采用安装绝缘法兰或者绝缘短管的方式。另外, UPVC 排水管道不能直接穿越轨顶风道, 在风道内的部分应设置钢套管防护, 避免消防时高烟气对管道造成破坏。
2.2 二期和一期排水设计对比
2.2.1 生产生活给水系统独立设置
二期工程5条线生产生活给水系统均独立设置，单独从市政管网上接管供水。一期工程则与消防给水系统合用，采用合用系统时，由于环管长、与城市管网接口多，造成管网压力变化频繁，容易发生水锤，对系统稳定和管网维护带来不便，这些状况在一期工程运营初期时常出现。
2.2.2 消火栓布置
地铁一期工程在隧道内消火栓箱内配置了消防栓、水龙带，间距为50m ，在通车后隧道活塞风作用下，消防箱门经常被吹开，消防栓和水龙带移位，给行车带来了极大的安全隐患，也给及时排除险情带来困难。后经消防部门同意，运营部门及时拆除了消火栓箱，移走水龙带，杜绝了此类安全隐患，水龙带集中放置在车站端部方便取用的地方。目前地铁新规范已明确，隧道消火栓可不布置消防箱、水龙带，二期工程均按此执行。
2.2.3 消防管材选用
二期工程隧道消防给水管设计规格均为DN150，选用管材为钢管或球墨铸铁管。按照地铁设计规范，为减少杂散电流腐蚀，延长使用寿命，推荐管材采用球墨铸铁管，胶圈连接。一期工程按规范推荐设计采用球墨铸铁管，安装时采用压
兰胶圈，投入使用后，由于转弯处钢支墩不稳固、管内水流方向和压力变化等原因，隧道给水管在运营1年多里发生30余次接口脱开跑水事故，严重影响地铁正常运营。二期工程部分线路改用内外涂环氧消防钢管，采用卡箍连接；延长线等仍延续使用球墨铸铁管的线路，应注意管道供货、接口形式和安装等问题[5]。
2.2.4 隧道排水压水管敷设方式
地铁一期工程区间主排水泵站压水管，就地在隧道上方专用排水管竖井敷设出隧道。该方式具有扬水管短，废水就近排放，减少水泵扬程，减少综合布线管道干扰等优点，但由于一期全线排水点分散，排水管位于区间隧道上空难以维护，因此二期工程大部分线路加以改进，压水管沿隧道敷设至临近车站后再排除室外。个别延长线仍延续一期的做法。
2.2.5 管材选用差异较大
二期工程各线对部分设计标准掌握、技术措施采用有些差异，如灭火器计算标准和各类管材选用等方面。各线消防给水管材选用有3种结果：一是车站和区间全部采用消防钢管；二是在车站站台板下部分及区间全部均采用球墨铸铁管，在车站其他部分采用镀锌钢管；三是根据管径大小选用，当管径≥100mm 时采用球墨铸铁管，管径＜100mm 时采用镀锌钢管。车站室内生活、生产给水管基本上采用衬塑钢管，个别线路采用了PPR 给水塑料管。压力排水管主要采用钢管，个别线路采用球墨铸铁管。室外管材选用种类也较多, 例如，埋地重力排水管采用UPVC 管、HDPE 管或钢筋混凝土管，给水管采用PE 管、钢塑管、球墨铸铁管等。比较相同的是气体灭火系统管材采用内外镀锌无缝钢管，重力排水管地下部分基本采用阻燃UPVC 管，高架部分采用UPVC 管。
裂缝观测及其他
（1）隧道裂缝检测。对隧道衬砌上的裂缝采取以目测检查为主，辅以裂缝测宽仪（0.01mm ）量测，地铁运营期隧道结构检测方法张学华等行政区，收集的全线水压均为一个定值；部分线路位置临近，但不同设计单位收集的水压值相差很大。二期工程高架区间较多，必须依靠市政消防栓来满足消防要求，设计单位应与供水部门充分协商落实线路两侧有关市政设施到位问题，以保证市政消火栓符合消防要求，同步通水，方便取用，管理完善。资料收集是给排水设计的基础性
工作，业主应加强与城市主管部门联系，支持配合好设计院的工作。
（2）隧道防水和排水系统检测。采用人工检查及部分水样化验（成分分析）的方法进行检测。在隧道全长内人工检查隧道防水和排水系统状况。检测防排水结构有无破损，沟管有无开裂漏水，排水沟、积水井等有无淤积堵塞、沉沙、滞水。另外，利用水质分析判断地下水对于混凝土和钢结构等是否具有腐蚀性，为地铁养护提供必须的水质化学分析指标[6]。
2.2.6 改善地下区间消防环管工况
二期工程沿线地势和市政供水压力变化较大，地下线路的消防给水系统管路长、接口多，由于接口水压不同，其工作状况是不确定的，生活、生产、消防合用的给水系统尤其如此。因此，应在设计上进行优化，把消防系统与生活系统分开独立设计是可行的办法之一；或者考虑在每条进水管上加设稳压阀，将阀后压力稳定在固定的范围内；或者采用分区办法，根据市政供水压力，结合线路的竖向标高，以几个车站为一个区域布置成多个小的消防环管系统，并把工作压力控制在固定的范围内；相邻分区的消防环管系统之间可通过电动阀连接，平时关闭，火灾时开启，增加整个系统的安全可靠性。
2.2.6 研发新灭火系统
采用消火栓、灭火器、气体灭火等是目前地铁灭火设计采用的主要办法。火灾时消火栓系统必须由人工进行操作，其效果受制于火灾当时具体情况，如地板湿滑、烟雾四漫、乘客惊慌拥挤、专业消防人员不能迅速到达等等；气体灭火系统仅自动扑灭设备房火灾，通过保证行车系统设备正常运行来保证乘客安全；灭火器只对局部初期小火有效。因此，这些措施对扑灭地铁火灾远远不够。2003 年2 月发生在韩国大邱市地铁火灾的惨痛教训足以说明灭火措施不足的严重后果。我国目前地铁消防思想是重防而轻治，重疏散而弱于扑救，主要是还没有一套高效、经济、可行的灭火办法。自动喷淋系统虽能及时、有效抑制初期火灾，在民用建筑防火中普遍采用，但由于对人员疏散影响很大等原因，并未在国内地铁普遍使用。上海地铁1、2号线地下车站公共区域安装了自动喷淋系统，但是否予以推广，尚未得到行业的认同。随着我国经济水平和对地铁火灾防治认识的提高，研发和采用有效灭火系统将成为地铁消防设计的首要任务。细水雾类自动灭火系
统是一个新型灭火系统，不仅具有自动喷淋系统部分优点，同时具有用水量较少、对疏散影响不大、灭火效果较好等特点，据了解，该系统在国外地铁车站有使用。我们应充分重视这样一些新系统的研究和应用，增加快速扑灭地铁火灾的措施和办法，给乘客人身安全和国家财产安全多一份保障。
第三章 地铁排水系统设计
设计控制结构: 使用单台PLC 对水泵的运行进行控制, 系统控制结构如图3.1 所示。整个自动控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、水位、运行显示及故障报警四个部分组成。
图3.1 系统控制结构图
3.1 数据自动采集与检测
数据自动采集与检测均为数字量数据:集水池水位、电机过热、电机过载、机组漏水、手/ 自动控制位置等。数据自动采集主要由PLC 实现, PLC 数字量输入模块根据水位变化信号, 判断区间渗漏水量, 控制排水泵的启停。电机过热、电机过载、机组漏水等传感器与变送器, 主要用于监测水泵、电机的运行状况, 超限报警, 以避免水泵和电机损坏。各种开关量信号采集到PLC 中作为逻辑处理的条件和依据, 对排水泵的启停进行控制[7]。
3.1.1 自动轮换工作
为了防止因水泵及其电气设备长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现, 当工作泵出现紧急故障需投入另一台泵时, 而不能及时投入以至影响区间安全运行, 本系统程序设计了二台水泵自动轮换工作控制, 控制程序
将水泵启停次数及运行时间运行次数等参数自动记录并累计, 系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵, 使两台水泵使用率分布均匀, 当某台泵故障时, 系统自动报警, 同时将故障泵自动退出轮换工作, 另一泵继续工作, 以达到有故障早发现、早处理, 以免影响区间安全运行的目的。
3.1.2 自动控制
系统控制设计选用了西门子S7—300／400型PLC 为控制主机, 该机为一体化结构, 有PID 事故处理、编程、数字量I/O、集成计数及定位、电源和通讯等功能。
PLC 上电起动后首先执行内部初始化。然后根据手动、半自动、自动控制的方式选择。进入相应的程序流程。整个程序主要包括运行前水位和供电状态检测、正常启停泵组、运行中参数检测和故障报警、故障停泵等模块。STEP 7软件通过建立在线连接下载程序到PLC 以对编制好的程序进行调试。可实现程序的运行状态监视、强制性数据变更和输入输出信号的强制开，关等。
PLC 自动化控制系统根据集水池水位的高低、各台水泵的工况, 合理调度水泵, 自动准确发出启、停水泵的命令, 控制水泵的运行。水位信号是保证系统可靠运行的一个非常重要的参数, 集水池内设超低报警水位、停泵水位、开泵水位、超高报警水位和控制水位, 共为5个[8]。
1. 当水位达到超低水位报警, 同时控制回路应保证所有泵都处于停泵状态；
2. 当水位到达停泵水位时, 所有泵均应停止工作；
3. 当水位到达第一台泵启泵水位时, 第一台泵开启；
4. 当水位到达第二台泵启泵水位时, 第二台泵开启；
5. 当水位达到超高水位报警时, 保证所有泵都处于开启状态, 同时发出报警。
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图3.2 设计流程图
3.1.3 水位、运行显示
通过Twido 的数字量输出对水位及水泵的运行、故障情况进行显示, 用红色信号指示灯显示水泵的开启状态, 用黄色信号指示灯显示水泵机组的故障状态, 提醒工作人员及时检修, 避免水泵和电机损坏。对水位信号采用黄色信号指示灯对超低水位、停泵水位和超高水位分段报警, 提醒工作人员注意[9]。
3.1.4 通讯接口
PLC 通过通讯接口和通讯协议, 与车站建筑物设备综合管理系统即BAS 系统进行通讯, 将水位信号、水泵机组的工作状态与运行状态传至车站控制室, 同时, 操作人员也可利用BAS 系统将操作指令传至PLC , 控制水泵运行。
3.2 系统功能及特点
1．系统根据各台水泵的运行时间, 自动实现水泵的轮换工作, 延长了水泵的使用寿命；
2．自动检测水位信号, 自动投入和退出水泵, 合理地调度水泵运行；
3．实时监控水泵及其附属设备的运行状况, 显示水位、机组运行情况、超限报警和故障报警；
4. 系统具有通讯接口功能，PLC 可与车站BAS 监测监控主机通讯, 传送数据, 交换信息, 实现遥测遥控功能。
5. 系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC 检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC 自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行, 不影响其它泵组正常运。PLC 柜上设有该泵的禁止启动按钮, 设备检修时, 可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。
第四章 地铁给排水系统的常见故障和改进措施
4.1 给水管材的防腐
地铁给水管采用加厚热镀锌管，热镀锌层厚度≥80Um 。一般情况下，管材的锈蚀多发生在丝口连接处和焊接点，个别情况是管身锈蚀。主要原因是镀锌层被破坏引起，次要原因是镀锌层厚度不够。镀锌层被破坏的原因主要是施工工艺问题。正确的方法是在套丝结束后应该将丝口处的杂丝清理干净并刷铅油，连接管道紧固至剩余两到三扣时将外露的生料带清除并刷银色环氧富锌漆两道进行防腐。在连接管道时对管身镀锌层破坏的处理方法应该是用锉刀将起皮处锉平，再刷银色环氧富锌漆两道进行防腐。而焊接点的处理方法则是先对焊缝进行打磨，然后在焊缝位置涂红丹底漆两道，再刷银色环氧富锌漆两道进行防腐[10]。
4.2 潜水排污泵的堵塞和解决方法
潜水排污泵堵塞主要发生在水泵吸水口和叶轮这两个部位。吸水口处堵塞主要是由于有较大粒径的物体被吸附在进水口处，使水泵空转而造成的堵塞。像一些编织袋、饮料盒等物品。叶轮处堵塞主要是一些丝状物缠绕叶轮，导致叶轮转速降低或不转。如废弃的电缆电线、绑扎绳等。解决的方法有两点：一是严抓管理。造成水泵堵塞的物品大多数是施工阶段产生的建筑垃圾、运营初期清扫卫生后乱丢乱弃的垃圾以及个人废弃物。只要严格要求施工人员、工作人员做到工完场清、不随意乱扔垃圾，管理人员严格检查，就可以大大减少水泵堵塞的几率。二是优化设计。在污水池的入口处设计安装一不锈钢格网，网格采用20mm ×20mm 规格[11]。通过这一措施，可以将工作人员、乘客失落的物品阻隔在泵池之外，避免了水泵的堵塞。地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证，本文通过对地铁施工过程和运营管理阶段发现及存在的问题进行分析，总结了地铁给排水系统中常见的故障，并提出了改进措施。地铁在满足正常运营和开发建设的同时，还面临着很多技术和管理问题需要研究和解决。
4.3 排水管路的堵塞
地铁投入运营以后，发现排水管路经常出现排水不畅的现象。通过现场察看，
发现问题主要集中在管路的扬水管段。地铁泵房内的管道设计。地铁排水泵的设计运行模式采用液位自动控制，即根据水位的高低来决定泵的自动启停，泵为间歇式运转。排水管路上的阀门为手动阀门，处于常开状态。止回阀采用传统的橡胶瓣止回阀，垂直安装。启停泵的瞬间, 造成止回阀的A 、B 两区分别淤积泥沙杂质。久而久之, 造成止回阀关闭不严，上部阀门堵塞。又由于广州水质含碱量高，淤积在管道内的水沉积结垢，形成厚厚的钙质堵塞管道。解决管道堵塞的方法最好用电动蝶阀取代闸阀，同时严格按泵的操作手册规范作业。即启泵时先启动泵，再开阀门；停泵时先关阀门，后停泵。这样一来，不仅解决了管道堵塞的问题，又减轻了由于排水管路长、高差大，水锤现象较为严重的问题[12]。
4.4 排水管材的选型
地铁在无压力排水系统中采用UPVC 排水管[13]。该管具有良好的物理化学性能和排水性能、经济、美观、管材轻、施工方便等众多优点，但同时又有其自身不可避免的不足。
（1）排水噪声大：由于UPVC 排水管内壁较为光滑，水流不易形成水膜沿管壁向下流动，在管道中呈现紊乱状态撞击管壁，同时UPVC 排水管的管壁比同规格的铸铁管管壁薄，不利于有效地阻止噪声向外传播，给人们的视听产生不良效果。
（2）建筑防火问题：目前国内生产的UPVC 管材虽然难燃，但在火灾情况下，一方面会产生致命烟气，另一方面当温度超过90℃时管材容易软化变形[14]。在穿越楼板时，即使按要求设防火套管和阻火圈，同时进行防火封堵，但由于管材的软化变形，仍可使火势、烟雾穿过楼板蔓延。
（3）刚度影响：由于UPVC 管属于塑料制品，刚度比铸铁管差了很多，在室外施工尤其容易受到破坏。在管道回填时，也常因管道部分架空或遇到坚硬物挤压而破坏。所以，埋地UPVC 管要求基底夯实后，管下方有100mm 、管上方有300mm 回填砂，且总埋深不少于900mm 。
（4）粘接剂质量问题：在部分工程中，由于胶粘剂本身的质量问题或者胶粘剂与管材的化学性能不相容，导致接口粘接质量极差。虽然《建筑用硬聚氯乙烯排水管设计及施工规范CJJ29-1998》要求胶粘剂应由管材、管件供应厂家一齐提供，但由于管材生产厂家和化工产品生产厂家的不一致，实际操作过程中，很难保证粘接质量[15]。
第五章 课题总结和展望
地铁给排水系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证，使各系统都能正常、安全、高效地投入运行，对车辆的正常运行、乘客的安全出行和安全消防起着至关重要的作用。只有了解、熟悉材料设备的施工工艺、技术参数、适用范围，才能使其在给排水系统中使用稳定、安全、经济。
地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一, 及时排放车站内部的积水, 对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站排水系统采用分流制, 主要由废水系统、污水系统和雨水系统组成, 其中废水系统包括车站冲洗水、消防废水和结构渗漏水等; 污水主要为卫生间生活污水; 雨水主要来自敞开式的出入口和风亭等。
国家现行地铁设计管理体系完善，使用的技术成熟，为做好设计奠定了坚实的基础。总体来说，深圳地铁二期给排水系统在汲取一期工程经验基础上，在功能上，在系统稳定性、安全性、可维护性及管道布置上更趋合理，能更好地满足地铁运营的需求。但还有改进和提高之处，如技术创新上没有突破，消防安全方面虽符合规范要求，扑灭火灾的有效办法还有待提高。近年随着城市化进程的加快, 城市人口急剧增多, 国内各大城市的地面交通均面临着巨大的压力, 城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段, 目前已在国内多个城市中建成并投入运营, 且大多以地下铁道为主。
我国地体的发展历史、现状和发展前景:随着我国城市化进程的加快，城市灾害对城市发展的影响日益引起人们的关注。城市作为人类现代文明和社会财富的集聚地，在社会经济发展中起着巨大的带动和辐射作用，加快城市化步伐是现代化社会发展的必然趋势。
随着城市化进程的加快，城市聚集的社会财富和人口越来越多，由于道路资 源的低效率利用以及市区道路的结构性缺陷等原因，使得城市交通问题Ｒ益突出。解决城市的交通问题，发展轨道交通则提上了同程，正是在解决长期交通堵塞的有较好的效果，轨道交通得到了发展。目前国际轨道交通类型有地铁、轻轨、市 郊铁路、有轨电车以及磁悬浮列车等。
城市地铁是在城市地面以下修建以轻轨电动高速机车运送乘客的公共交通系统, 是一种大运量的城市快速轨道交通系统, 称之为地铁铁道，简称地铁。地铁 作为轨道交通的一种方式，可以结合轻轨、磁悬浮列车等轨道方式，几乎不占街 道面积，也不干扰地面交通；同时可以在人员、建筑等较少的城市郊区延伸到地面或高架桥，形成完整的轨道交通网络。地铁的速度可以达到25～45公里/ｄ，时, 是公共汽车的3倍；安全、准点率高，给城市工作族提供时间保障; 多采用电力牵引，能源利用率高，环境污染少；轨道的铺设和运转提升了所在地皮的价值
和所在城市的经济竞争力，相应商业和服务一体化设施也同步出现。作为城市运转中的重要一环，轨道交通的优势显而易见。而纵观世界各大地铁城市的历史，都能发现地铁交通的有效运用在很大程度上缓解了城市交通拥堵、环境污染等问题, 并且有效地促进了现代城市的经济发展和布局的更新, 契合了许多城市的国际化进程。
本文只是简单概括了地铁排水设计中的内容, 由于地铁车站排水设计有别于其它民用建筑地下室排水设计, 对排水的可靠性和及时性要求更高, 设计人员通过解决设计和施工中遇到的问题, 不断总结和完善地铁排水的设计技术, 以达到安全、合理、经济的目的。
地铁作为一种独立的有轨交通系统，具有快速、安全、舒适地运送乘客的特点，且地铁具有大容量, 高效率, 低污染, 集约化的特点，无论是建设速度，还是建设规模，我国地铁的发展正经历一个前所未有的发展期。因而得到快速发展，并成为了现代城市中的“绿色交通”。
参考文献
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[2] 张运波. 工厂电气控制技术[M].2001年.
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[5] 《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97).
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[9] 地铁车站给排水设计中的几个细节问题.
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[12] 葛文峰.PLC 控制系统的硬件抗干扰措施[J]. 2004，(11):57-59.
[13] 北京市市政工程设计研究总院 北京:中国建设标准设计研究院.
[14] 《地下铁道工程施工及验收规范》（GB 50299-1999）(2003 年版).
[15] 《建筑用硬聚氯乙烯排水管设计及施工规范》（CJJ29-1998）.
致 谢
本论文是在安宏伟老师的精心指导下完成的，从论文的选题到具体的工作都得到了安老师详细的指点。导师用丰富的实践经验, 渊博的理论知识培养教育我，使我学有长进。在此，向安老师表示深深的感谢和敬意!
我还要感谢信息学院所有授课的老师们，是他们四年来辛勤的教诲和指导使我的知识得以丰富，才使我今天能学业有成。
同时向所有给予我关心和帮助的同学们表示感谢，在这四年里我们共同学习，共同进步，这给了我极大的支持，在学业上给了我极大的帮助，向他们表示深深的感谢。
也向为我的学习成长提供好生活环境的领导老师表示感谢！