城市下穿隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述

劉啟龍，李志遠(yuǎn)，季紅玲

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019）

隨著我國(guó)城市交通的快速發(fā)展，城市下穿隧道越來(lái)越多。但在建設(shè)方面，與之配套的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)則及其他相關(guān)要求。目前江蘇省隧道排水設(shè)計(jì)主要參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，及其他省市隧道排水設(shè)計(jì)規(guī)范，如：上海市《道路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08—2033—2017[1]，和相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。本文以江蘇省某市2 條隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究案例進(jìn)行探討。

1 工程概況

X 隧道、Y 隧道為城市快速路，雙向6 車(chē)道，設(shè)計(jì)速度80 km/h；其中X 隧道主線(xiàn)長(zhǎng)580 m，敞開(kāi)段330 m，暗埋段250 m，為僅限通行載有非危險(xiǎn)化學(xué)品等機(jī)動(dòng)車(chē)的四類(lèi)隧道；Y 隧道主線(xiàn)長(zhǎng)1 190 m，敞開(kāi)段340 m，暗埋段850 m，有3 處匝道，其中，A 匝道、B 匝道對(duì)稱(chēng)布置，敞開(kāi)段125 m，暗埋段45 m，C匝道敞開(kāi)段95 m，暗埋段35 m，為僅限通行載有非危險(xiǎn)化學(xué)品等機(jī)動(dòng)車(chē)的三類(lèi)隧道。

2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

2.1 設(shè)計(jì)原則

1）排水應(yīng)分類(lèi)集中，采取高水高排、低水低排互不連通的系統(tǒng)就近排放。

2）隧道沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水、消防廢水及引道段的雨水應(yīng)分類(lèi)集中，雨水就近排入市政雨水管網(wǎng)或合流管網(wǎng)，廢水應(yīng)排入污水管網(wǎng)或合流管網(wǎng)[1]。

3）根據(jù)隧道規(guī)模等級(jí)及消防規(guī)范，X 隧道不設(shè)消防給水系統(tǒng)，Y 隧道設(shè)消防給水系統(tǒng)；結(jié)合以上要求，X 隧道僅設(shè)雨水系統(tǒng)，Y 隧道設(shè)雨水及廢水系統(tǒng)。

2.2 主要設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前江蘇省隧道排水設(shè)計(jì)主要參考《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50157—2013[3]，《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第一冊(cè)土建工程》JTG 3370.1—2018，《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG/TD 33—2012[4]，《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50015—2019[5]，《道路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08—2033—2017。

2.3 雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 雨水泵房設(shè)置位置與數(shù)量

本工程X 隧道、Y 隧道道路縱坡呈V 字形，故僅在隧道最低點(diǎn)設(shè)1 座雨水泵房，泵房編號(hào)為X1；Y 隧道主線(xiàn)兩側(cè)洞口及C 匝道洞口各設(shè)置1 座雨水泵房，泵房編號(hào)分別為Y1，Y2，Y3，由于A 匝道、B 匝道對(duì)稱(chēng)布置，故僅在B 匝道設(shè)置1 座雨水泵房，泵房編號(hào)為Y4，A 匝道雨水通過(guò)管道引至Y4雨水泵房?jī)?nèi)。

2.3.2 雨水設(shè)計(jì)流量計(jì)算

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，雨水設(shè)計(jì)流量Qs 的計(jì)算公式為：

式（2）中：q 為暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；P 為雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，a；t 為雨水管渠的降雨歷時(shí)，min；t=t1+t2，t1為地面集水時(shí)間，取2 min~10 min，t2為管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間，min；ψ 為徑流系數(shù)，取0.8~1.0；F 為匯水面積，ha。

2.3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

1）設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P 的取值每個(gè)規(guī)范均不統(tǒng)一。其中《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規(guī)定立體交叉道路排水系統(tǒng)雨水管渠水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期≥10 a、中心城區(qū)地下通道和下沉式廣場(chǎng)等超大城市和特大城市30 a ~50 a、大城市20 a ~30 a、中等城市和小城市10 a ~20 a；《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50157—2013[3]規(guī)定應(yīng)按當(dāng)?shù)?0 a 一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算。近年來(lái)，我國(guó)各大城市頻繁遭遇強(qiáng)暴雨襲擊，引發(fā)嚴(yán)重內(nèi)澇，為保證隧道的安全運(yùn)營(yíng)，本工程設(shè)計(jì)重現(xiàn)期取規(guī)范上限值50 a。

2）坡面集水時(shí)間

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規(guī)定地面集水時(shí)間應(yīng)根據(jù)道路坡長(zhǎng)、坡度和路面粗糙度等計(jì)算確定，但未明確具體計(jì)算公式，宜為2 min~10 min。另外，《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG/TD 33—2012[4]及《道路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08—2033—2017[1]均對(duì)坡面集水時(shí)間進(jìn)行規(guī)定，見(jiàn)公式（3）。

式（3）中：t1為坡面集水時(shí)間，min；Lp為坡面流的長(zhǎng)度，m；s 為地表粗糙系數(shù)，取0.013；ip為引道段坡度，用小數(shù)計(jì)。

本工程Y 隧道Y1 雨水泵房小樁號(hào)接地點(diǎn)至洞口處坡面長(zhǎng)度為130 m，地面坡度為4.5%，根據(jù)式（3）計(jì)算，t1為3.81 min。

3）匯水面積

結(jié)合《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50015—2019 規(guī)定[5]，隧道敞開(kāi)段出入口坡道應(yīng)附加其高出部分側(cè)墻面積的1/2，即隧道洞口部分匯水面積包含兩部分：一部分為隧道接地點(diǎn)至洞口處路面匯水面積S1，另一部分為側(cè)墻匯水面積S2，見(jiàn)圖1。

本工程Y1 雨水泵房S1=3 640 m2；Y1 雨水泵房S2取單側(cè)側(cè)墻面積的1/2，即S2=244 m2；故Y1 雨水泵房匯水面積為3 884 m2。

合理確定隧道排水系統(tǒng)的匯水面積，高水高排、低水低排，并采取有效防止高水進(jìn)入低水系統(tǒng)的攔截措施，是排除隧道積水的關(guān)鍵問(wèn)題?？紤]到暴雨時(shí)水流湍急，急速水流會(huì)越過(guò)道路駝峰流向下游，本工程2 條隧道主線(xiàn)及匝道接地點(diǎn)均在道路駝峰后，再增設(shè)1 道橫截溝。

2.3.4 雨水泵房設(shè)計(jì)規(guī)模

Y1 雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量為238 L/s，雨水泵房規(guī)模取設(shè)計(jì)雨水量的1.2 倍，為286 L/s。

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規(guī)定雨水泵房可不設(shè)備用泵。立交道路的雨水泵房可視泵房重要性設(shè)置備用泵。另外《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50157—2013[3]規(guī)定洞口雨水泵站宜設(shè)3臺(tái)排水泵，最大水量時(shí)3 臺(tái)水泵應(yīng)同時(shí)工作，每臺(tái)水泵的排水能力應(yīng)大于最大小時(shí)排水量的1/3?！兜缆匪淼涝O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08—2033—2017[1]規(guī)定雨水泵房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)置備用水泵，且水泵總數(shù)不宜少于3臺(tái)。若泵房?jī)?nèi)設(shè)置3 臺(tái)水泵，每臺(tái)水泵的排水能力應(yīng)大于最大小時(shí)排水量的1/2。

因以設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2 a~10 a 的降雨較多，在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2 a，5 a，10 a 時(shí)，Y1 雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量見(jiàn)表1。

表1 Y1 雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量

從表1 可知，在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50 a 時(shí)，選用3臺(tái)水泵并聯(lián)工作，同時(shí)考慮水泵并聯(lián)時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵流量折損的影響，取單泵流量為110 L/s。在降雨重現(xiàn)期為2 a~10 a 情況下，2 臺(tái)泵同時(shí)啟動(dòng)就能滿(mǎn)足排水要求。

圖2B和表2示，不同分化程度腫瘤組織中CEACAM1表達(dá)方式差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分化程度低的腺癌組織CEACAM1細(xì)胞質(zhì)表達(dá)較多，χ2=8.649，P=0.013。中晚期食管腺癌組織樣本中CEACAM1細(xì)胞膜表達(dá)較少，細(xì)胞質(zhì)表達(dá)較多，與早期食管腺癌組織相比(以細(xì)胞膜表達(dá)為主)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，χ2=25.410，P<0.001。

2.3.5 廢水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隧道廢水排水系統(tǒng)包括隧道管養(yǎng)時(shí)沖洗廢水（q1）、結(jié)構(gòu)滲漏水（q2）及消防廢水（q3）。

2.3.6 廢水泵房設(shè)置位置及數(shù)量

由于X 隧道不設(shè)置消防給水系統(tǒng)，為減少泵房數(shù)量，X 隧道不單獨(dú)增設(shè)廢水泵房，隧道廢水收集后排入X1 雨水泵房，提升后就近排入河道或市政雨水系統(tǒng)內(nèi)；Y 隧道設(shè)消防給水系統(tǒng)，存在消防廢水，結(jié)合隧道V 字形縱斷面，故僅在隧道最低點(diǎn)增設(shè)1座廢水泵房F1，收集隧道廢水提升后就近排入市政污水系統(tǒng)。

2.3.7 廢水泵房設(shè)計(jì)規(guī)模

隧道最低點(diǎn)通常比隧道外路面低2 m~8 m[6]，道路縱坡較大（0.5%~5.5%）[7]，水流速度較快，容易形成較強(qiáng)的地面徑流，洞口處橫截溝不能完全攔截敞開(kāi)段雨水，以及車(chē)輛行駛過(guò)程中夾帶的雨水，筆者認(rèn)為尚需考慮20%~25%敞開(kāi)段的雨水量。本工程取20%敞開(kāi)段雨水量（q4），為160 L/s。另外，隧道管養(yǎng)時(shí)沖洗廢水q1按7 L/s 考慮，結(jié)構(gòu)滲漏水q2按10 L/s 考慮，消防廢水q3按消防用水量確定，即30 L/s。

F1 廢水泵房設(shè)計(jì)規(guī)模為Max {q1+q2q2+q3q2+q4}，即170 L/s。

3 排水系統(tǒng)問(wèn)題探討

1）設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

為減少隧道積水問(wèn)題，應(yīng)適當(dāng)提高城市下穿隧道的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，一般宜取上限值。另外，隧道為百年工程，考慮到遠(yuǎn)期城市的發(fā)展及暴雨強(qiáng)度的增大，建議在泵房?jī)?nèi)預(yù)留1 臺(tái)水泵安裝位置，待需要時(shí)投入使用。

2）水泵配置

考慮并聯(lián)流量折損，其排水量應(yīng)比設(shè)計(jì)值大10%~20%。為使多臺(tái)并聯(lián)水泵均在高效區(qū)運(yùn)行，增大并聯(lián)水泵流量，應(yīng)盡量不要選用性能曲線(xiàn)平坦的水泵[8]。

3）隧道養(yǎng)護(hù)管理

隧道排水系統(tǒng)的正常、高效運(yùn)行與日常的養(yǎng)護(hù)管理密不可分，以“預(yù)防為主、防治結(jié)合”為原則，重視預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。對(duì)提高隧道使用壽命和耐久度來(lái)說(shuō)，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)意義重大，可以增加隧道的安全性[9]。

設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮為保證隧道排水系統(tǒng)正常、高效運(yùn)行須增設(shè)養(yǎng)護(hù)措施。建議在泵房?jī)?nèi)增設(shè)1 臺(tái)小流量泵，用于日常及檢修時(shí)排空集水池內(nèi)積水；水泵出水管增設(shè)反沖洗管道，主泵啟動(dòng)后，反沖洗閥自動(dòng)打開(kāi)，利用水泵揚(yáng)水壓力對(duì)集水池底淤泥進(jìn)行沖洗攪拌，減少水池內(nèi)沉淀物的沉積，有利于泵房的維修保養(yǎng)。

此外，結(jié)合隧道養(yǎng)護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

1）考慮隧道養(yǎng)護(hù)，隧道內(nèi)未設(shè)置消防給水系統(tǒng)的，須從市政給水管接取1 根給水管，供隧道及泵房沖洗用水，可在隧道裝飾板后及泵房?jī)?nèi)增設(shè)沖洗水龍頭。

2）水泵出水總管一端建議增加盲板及盲板法蘭，用于清通管道內(nèi)積泥。

3）建議隧道最低點(diǎn)增設(shè)水位尺及攝像頭，與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，以便監(jiān)控隧道積水或養(yǎng)護(hù)人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，利用情報(bào)板提醒過(guò)往車(chē)輛或關(guān)閉隧道。

4 結(jié)論

本文對(duì)江蘇省某市2 條隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，并結(jié)合隧道養(yǎng)護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，主要形成以下結(jié)論。

1）為有效攔截高水排入道路雨水系統(tǒng)，本工程2 條隧道主線(xiàn)及匝道接地點(diǎn)均在道路駝峰后，再增設(shè)1 道橫截溝。

2）隧道設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，取規(guī)范上限值，并在泵房?jī)?nèi)預(yù)留1 臺(tái)水泵安裝位置，待需要時(shí)投入使用。

3）排水量應(yīng)比設(shè)計(jì)值大10%～20%。隧道及雨、廢水泵房增設(shè)養(yǎng)護(hù)管理措施、隧道最低點(diǎn)增設(shè)水位尺及攝像頭，與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。