城市下穿通道排水系統(tǒng)設計分析

張媛

（湖北省城建設計院股份有限公司，武漢430050）

1 引言

城市下穿通道的出現(xiàn)，極大地緩解了人們的交通出行壓力。但由于下穿通道的位置特殊性以及降水量的逐年增加，設計人員需要充分考慮其排水性能的設計。一旦排水設計品質不達標，就會導致下穿通道出現(xiàn)積水，進而影響人們的出行。

2 城市下穿通道排水系統(tǒng)設計標準以及原則

2019 年，相關部門推出的室外排水設計標準中明確規(guī)定：（1）排水系統(tǒng)規(guī)劃要以近期為主，結合遠期。近期設計年限標準為5～10 年，遠期年限標準為10～20 年。（2）地表儲水時間低于10min。（3）徑流參數約為0.9。（4）下穿通道排水設計，具有自流能力的，可采取自流排水，不具有自流能力的，應當安裝排水泵進行排水。（5）儲水面積要科學設定，可采用大水量高速排水，小水量低速排水互不連接的方式。另外，還要建設預防高排水影響低排水的設施。（6）立體且互相交叉的下穿道要分別設計排水系統(tǒng)，不可共用一套系統(tǒng)。（7）當立體且互相交叉的下穿道最低位置低于地下水位置時，設計方案應保證排水系統(tǒng)不干擾地下水[1]。

城市下穿通道的排水系統(tǒng)主要包含雨水采集設備和泵房，在對其設計時應在進入下穿通道前的路段兩側安置排水溝，并且在下穿通道洞口安置截流溝，利用截流溝將雨水疏通至儲水池之中。

通常，進入下穿通道前的道路具有一定坡度，因此，其積水速度快，并且流速大，一旦截流溝設計不合理，雨水就會沖過截流溝而進入下穿通道，導致通道內存有大量雨水。因此，設計人員應該對下穿通道坡度以及水流速度等進行綜合考慮，從而確定截流溝的長度及個數。除此之外，下穿通道水泵站的設計應該遵循以下原則：（1）排水泵可以高效地排除雨水、滲水以及污水等，其通常要設計在下穿通道的最低位置，并且要充分思考周圍環(huán)境以及現(xiàn)場安裝可操作性；（2）對儲水池最大存水量的設計不但要能夠應對普通情況，還要滿足特殊情況，例如，暴雨的儲水量，同時要防止反復啟動水泵；（3）要設計連鎖報警裝置，一旦排水設施發(fā)生故障，要能夠馬上做出警報，防止出現(xiàn)安全隱患；（4）設計時應該考慮供電最大負載，并且要設計備用的排水泵[2]。

3 下穿通道水流量的運算

因下穿通道屬于低洼道路，進而導致V 形積水出現(xiàn)，周圍的雨水會向通道中聚集，這時就會流入道路兩側排水溝之中，繼而進入截流溝，然后排入儲水池中。

設計人員除了要考慮雨水之外，還應該考慮地下水外滲的情況。通過對下穿通道地理狀況進行分析研究，得到下穿通道的最大滲水量，然后再對其水流量進行計算。需要注意的是，除了地下水外滲，消防水泄露也是潛在的積水隱患。

針對下穿通道的排水設計，水流量運算結果的準確性直接影響排水系統(tǒng)設計的最終品質。因此，設計人員要高度重視這一項工作。

4 排水泵的選取

設計人員在選取排水泵之前，應該對所在城市全年降水量進行細致分析，同時還應該思考下穿通道施工現(xiàn)場的實際情況。如果現(xiàn)場中預留的排水泵站面積比較小，那么就要選取大功率排水泵，如果預留的排水泵站面積比較大，可以提升泵的個數，同時選取小功率的排水泵，并確保其可以共同工作。設計人員在進行排水泵選取時，要遵循排水泵總功率大于雨水總流量的原則。以某下穿通道為例，其所在城市30 年所遇最多降水量為0.4m3/s（合計1 440m3/h），那么就需要設計安裝3 臺排水泵，并且確保每臺排水量能達到500m3/h，這樣才能夠保證下穿通道不被淹沒。設計排水泵的揚程，要根據儲水池流量以及收取與排除的水位差來確定。另外，設計人員在對排水泵進行設計時，要設置備用泵，這樣才能做到防患于未然。

5 雨水泵站設計標準

雨水泵站設計應使用自灌式泵站，泵站的變電部分應設計為三級負載，如果降水量比較大的地區(qū)，應設計成二級負載，同時還應該設計備用電力設施。針對地下雨水泵站而言，要設計出獨立的通風系統(tǒng)。設計人員應注意雨水應從正向進入，同時考慮泵站吸水能力，盡量控制渦流的出現(xiàn)。雨水泵站的設計流量，要按照泵站進水總流量來決定，如下穿通道存在盲溝時，其滲出水量應該獨立計算[3]。

6 儲水池容積運算

通常降水量變換范圍比較大，導致下穿通道需排水數量也多少不定，人工操縱排水泵就變得比較麻煩，因此，在設計的過程中可以將排水泵設置成自動控制。另外，在相關標準規(guī)范中規(guī)定，儲水池容積設計，要結合降水量、排水泵功率以及水泵實際工作狀況來設定。通常要遵守以下標準：儲水池總容積應高于排水泵30s 排水總量。伴隨排水泵性能的持續(xù)提升，其電機性能也得到了大幅度的提高，但是一旦排水泵啟停時間間隔過短，仍舊會對其造成損害，因此，在對其設計過程中，要在合理范圍內盡量擴大儲水池容積，保證能儲存排水泵5min 之內的排水量。除此之外，還要使用延時啟動設施來對排水泵進行控制，防止其反復啟停。

7 具體設計案例

7.1 設計計算

以某城市下穿通道為例，在對其進行設計過程中，暴雨重現(xiàn)期使用40 年，V 形積水面積為1.5ha，經過運算，雨水排水泵設計流量應為q=3 800m3/h。依據泵房構造分析，同時結合建設單位需求，設計人員最終選取6 臺排水泵，按照四用二備的模式工作。

7.2 工藝參數設計

因設計規(guī)范持續(xù)變高，規(guī)定雨水重現(xiàn)期為40 年，通常而言，排水泵實際流量相比設計流量會較小，所以要采取不同水位啟動模式來操縱水泵，分別設計報警水位以及停泵水位。

泵站位置為地下，泵站面積為15 000mm×6 700mm，正常工作時儲水池深度為2m，容積為83.9m3，其能夠滿足4.53min的排水量。設計安裝6 臺排水泵，水泵參數為：（1）數量：6 臺（四用二備）；（2）功率：q=1 350m3/h；（3）揚程：H=16m；（4）功率：P=80kW；（5）轉速：R=865r/min；（7）水泵重：M=1 878kg。安裝方法采用耦合式安裝；設計要求排水泵水道寬闊，保證固體能夠通過。

工作方式：6 臺排水泵互相備用，按照設定順序進行工作，即首次啟動1 號泵、2 號泵、3 號泵、4 號泵，下次啟動5 號泵、6 號泵、1 號泵、2 號泵，以此循環(huán)工作。

8 結語

總而言之，排水系統(tǒng)是城市下穿通道設計過程中的關鍵一環(huán)，相關人員要對其足夠重視，唯有如此才能夠保證下穿通道正常投入使用。基于此，本文從設計規(guī)范、相關原則以及水流量運算等方面對下穿通道排水系統(tǒng)設計做了簡要的分析，期望能夠為日后城市排水建設提供些許參考。