铁路站房雨棚电伴热虹吸排水系统研究

摘要:结合长春枢纽长春站改造工程实例，分析了无柱雨棚虹吸排水系统在东北地区冬季及春融阶段的运行情况，提出了铁路线路上解决无柱雨棚冬季融雪和春融排水问题的一些方法，避免了无柱雨棚融雪冻害现象，提高了春融阶段线路运营的安全性。

关键词:铁路，无柱雨棚，融雪，春融，虹吸排水

引言

随着我国高铁的发展，东北大型铁路站房也陆续新建和改建，其中很多大型站房采用的站台雨棚结构形式为钢结构无站台柱雨棚，覆盖面积大，其中雨棚屋面的排水系统的设置和如何面对东北地区冬季积雪问题显得尤为重要。无柱雨棚的排水形式大部分为虹吸排水，应用很广泛，本文基于长春枢纽长春站改造工程的无柱雨棚工程，通过施工过程中的经验和教训，对东北地区大型站房无柱雨棚排水系统进行了初步的研究，旨在为相关工程提供合理方案的参考，完善无柱雨棚排水系统在应对东北地区积雪春融等方面的施工经验。

1工程概况

长春枢纽长春站改造工程是既有线施工本站过渡，施工过程不停运，施工难度非常大，其中无柱雨棚设计总面积为89756m2，跨越9个站台16条铁路线。雨棚主体结构为钢管立柱+钢管桁架，桁架共5跨，其中普速场3跨，高速场2跨，最大跨度为59m，最小跨度为31m。雨棚屋面板为镀铝锌压型钢板，站台上方吊顶板设计是铝条板。排水系统设计为虹吸式，天沟及排水立管敷设电伴热线，共有72套立管系统。主要解决雨季排水，冬季积雪融化排水问题。

2方案设计、问题应对与设计优化

2．1原设计情况长春站设计无柱雨棚立柱共有72组，无柱雨棚位于高架候车室两侧，共有天沟18条，天沟中设雨水斗，采用融雪型虹吸雨水斗，采用HDPE管连接至钢结构立管，在钢结构立管处，采用法兰与柱内镀锌钢管立管连接，通过热镀锌钢制管连接至站场排水沟。天沟、HDPE管内部、镀锌钢管外部均采用25W/m电伴热线敷设或缠绕，形成融雪和虹吸排水效果。2．2问题应对与设计优化1)原排水管内置，发生冻害不利于日常维护维修。原设计排水管置于钢结构立柱内，并缠绕电伴热线和保温材料，见图2。此设计可以起到更好的立管保温效果，但是一旦电伴热系统出现故障，或立管堵塞，无法维修。通过设计优化，将虹吸排水立管改为钢结构雨棚立柱外挂式，同时加厚保温层，解决日常维护维修问题，见图3。2)没有设置防溢口，无法应对超量雨雪水排除。原设计天沟没有设置防溢口，没有溢流的雨水系统是不安全的。防溢口的功能主要是预防雨水系统排水故障和过量雨水的排除。因此建议设计院增加溢流口的设计，设计院采纳后，增加了不锈钢溢流口，每道天沟设置两个溢水口，连接至钢结构立柱，排入铁路线间。3)电伴热系统应对积雪春融等问题。长春地区冬季气温(12月至次年2月底)最低可达－35℃左右，平均气温在－13℃左右，平均降雪量27mm，最高降雪量可达50mm以上。本工程天沟电伴热采用28W/m恒功率电伴热线水平通长铺设，立管采用25W/m恒功率电伴热线内外混合缠绕，外包保温材料的方式，电伴热线最高维持温度65℃，管道内维持温度5℃。电伴热系统立管剖面图见图4。a．本工程由于是既有线施工，在施工完第一跨雨棚时，正值冬季到来，工程按照原设计施工了虹吸排水及电伴热系统，由于工程尚未投入使用，在经过一个冬天的积雪后，在4月中旬～5月份左右积雪开始融化，由于温差较大，夜间气温低，在融化过程中，形成了雪水反复结冰的现象，造成了HDPE雨水管冻裂，形成冻伤和冰溜子，给行车造成了安全隐患。分析原因主要是电伴热系统未正式投入使用，春融时流水容易在管道内壁形成累积结冰现象。应对措施:对后续施工未投入使用的电伴热系统，如果需要经历冬季，采用临时供电的方式，使系统提前启动;工程交付后，要求使用单位，冬季电伴热系统必须根据降雪情况随时开启，特别是在春融阶段必须保持24h开启，直至积雪全部融化。b．HDPE雨水管水平管过长，只有内部一根电伴热线，没有外保温和外部电伴热，管内介质维持温度达不到0℃以上。本工程局部HDPE水平管跨度可达24m，在冬季融雪和春融时，此部分水平管气温下降迅速，与融化后的雪水温差达到5℃～20℃以上，水流过水平管时，形成累积结冰，造成冻裂。经过设计优化，对HDPE管部分也采取增加一道外缠绕电伴热线路，并做保温层，同时保证在融雪期间电伴热系统始终保持工作状态。c．站场排水沟无电伴热。雨棚屋面系统，通过电伴热融雪后，水通过立管进入铁路线间排水沟，由于排水沟埋深浅，内无电伴热系统，积水排水管与排水沟连接处，形成积水成冰现象，只能通过人工的方式进行破冰以保证排水顺畅，通过在排水沟内增加电伴热系统的方式，辅助日常加强线间排水沟巡视，发现问题及时处理。在今后类似的工程中，应该充分考虑排水沟埋深和保温的问题，以应对排水管与排水沟连接处积水结冰现象，给线路运营带来不利影响。d．屋面积雪渐融导致天沟易结冰。由于东北地区降雪量大，如果不加处理，屋面在越冬过程中的积雪可达半米，如果积雪过厚，容易滑落线间对既有线造成危害，因此天沟电伴热系统在第一场雪之后即启动，随着冰雪渐渐消融通过天沟，经排水管排入线间，在天沟内积雪或雪水未排净之前，应保证天沟及立管电伴热系统始终开启，一旦形成结冰，即可能造成天沟及立管冻裂，系统遭到破坏，修复难度极大，此问题在冬季电伴热系统运行中应加强监控。

3应用效果

本项目通过上述无柱雨棚电伴热虹吸排水系统在施工和使用中发现的问题，研究和改进了设计、施工方案，总结了施工经验和运营使用注意事项，目前项目已经投入使用三年，经历了三个春融期，没有再出现排水系统冻害、线路上方结冰、积雪过厚等问题，排水系统稳定可靠，保证了既有线运营的安全。

4结语

本文通过对长春枢纽长春站改造工程无柱雨棚虹吸排水电伴热系统的工程实例分析，总结出了长春地区乃至东北地区关于大型站房无柱雨棚排水系统的设计和施工经验，对融雪系统的施工和维护提出了切实可行的解决方案，可供类似工程参考。

参考文献:

［1］张红云．浅析沈阳北站无站台柱雨篷改造设计［J］．铁道标准设计，2015(1):96-99．

［2］柯小强．关于虹吸排水的几点优点［J］．新农村(黑龙江)，2010(6):32-33．

［3］张兆云．自融冰雪技术在屋面工程设计中的应用［J］．中国建筑防水，2015(11):42-46．

作者：张云志 单位：中铁三局集团建筑安装工程有限公司