下穿隧道雨污分流排水系統(tǒng)探討

李國威

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣州 510507）

1 引言

下穿隧道路面通常比隧道外路面低，隧道內(nèi)匯集有結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水、火災(zāi)時(shí)的消防排水以及降雨時(shí)的地面徑流水等，由于下穿隧道最低點(diǎn)往往位于附近河湖等水體或城市排水管網(wǎng)之下，不具備重力自流條件，無法直接排除隧道內(nèi)積水，故需布置排水泵站進(jìn)行排除。

目前，下穿隧道排水系統(tǒng)的類型主要分為以下兩種：

1）采用雨污合流方式，如圖1所示。通常僅在隧道最低點(diǎn)設(shè)置1座排水泵站，主要適用于封閉段長度較短的隧道。隧道所有排水均通過邊溝收集，匯入最低點(diǎn)的排水泵站統(tǒng)一排放。該系統(tǒng)較為簡單，建設(shè)成本和運(yùn)營維護(hù)成本均較低，但雨污水采用同一套排水設(shè)施，泵房未進(jìn)行雨污分流排放，初期徑流雨水等污染程度較大的排水直接排入附近河湖等水體或城市雨水管網(wǎng)將造成一定的污染。

圖1 常見下穿隧道雨污合流排水系統(tǒng)

2）采用雨污分流方式，如圖2所示。通常在隧道封閉段和敞開段分界處設(shè)置雨水泵站，在隧道最低點(diǎn)設(shè)置污水泵站，主要適用于封閉段長度較長的隧道。敞開段的雨水被洞口的橫截溝攔截后匯入雨水泵站加壓排放，污廢水通過隧道封閉段內(nèi)的邊溝收集匯入最低點(diǎn)的污水泵站進(jìn)行加壓排放。該系統(tǒng)根據(jù)排水的污染程度進(jìn)行分類收集，設(shè)置多座排水泵站，末端排出管根據(jù)水質(zhì)分類排放，有效減少了對受納排水系統(tǒng)的污染，但相應(yīng)增加了初期建設(shè)成本以及后期的運(yùn)營維護(hù)成本。此外，污染程度較大的初期徑流雨水通過雨水泵房加壓排入附近河湖等水體或城市雨水管網(wǎng)也將造成一定的污染。再者，據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)隧道引路縱坡達(dá)到3%左右時(shí)，橫截溝往往不能完全攔截敞口段的全部地面徑流，會(huì)出現(xiàn)部分雨水匯入污水泵站的情況，為此，需加大污水泵站的排水規(guī)模以及污水潛污泵的流量配置，相應(yīng)增加了運(yùn)營成本。且目前橫截溝的整體穩(wěn)定性欠佳，在使用一定時(shí)間后結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)變形或破損情況，嚴(yán)重影響行車安全，也增加了橫截溝的維修保養(yǎng)工作量。

圖2 常見下穿隧道雨污分流排水系統(tǒng)

2 新型下穿隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的探討

結(jié)合上述兩種常見下穿隧道排水系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種可以實(shí)現(xiàn)雨污分流、減少初期雨水徑流污染、降低初期建設(shè)成本和后期運(yùn)營管理成本、確保行車安全、節(jié)能環(huán)保的新型下穿隧道排水系統(tǒng)[1-3]。

該排水系統(tǒng)無須在隧道兩端洞口處設(shè)置橫截溝，保留常規(guī)的排水邊溝，僅需在隧道最低點(diǎn)設(shè)置1座雨污分流的排水泵站，末端排出管根據(jù)水質(zhì)分類排放。適用范圍廣，尤其適用于因建設(shè)成本有限或建設(shè)空間有限，無條件布置多座泵站等原因的下穿隧道，其主要組成部分包括：

1）隧道排水邊溝，沿隧道路面兩側(cè)布置排水溝，收集隧道范圍的結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水、火災(zāi)時(shí)的消防排水以及降雨時(shí)的地面徑流水等，邊溝宜采用矩形斷面，排水坡度宜與隧道縱坡保持一致。根據(jù)上述排水總量以及路面縱坡坡度計(jì)算確定邊溝的尺寸大小。邊溝采用牢固的排水蓋板，并間隔25～30 m設(shè)置沉砂池等沉沙設(shè)施。

2）排水泵站，該泵站設(shè)有格柵井、集水池、泵房操作間和配電房等。格柵井布置在集水井進(jìn)水管處，主要阻攔隧道排水中粗大的固體雜質(zhì)，以防止雜物阻塞和損壞水泵。集水池分為兩部分，一部分儲(chǔ)存污、廢水，主要為隧道結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水、消防排水以及降雨初期徑流量，有效容積根據(jù)上述排水量以及潛污泵配置情況進(jìn)行合理取值；另一部分儲(chǔ)存雨水，有效容積根據(jù)隧道匯水區(qū)域的地面徑流水量以及潛污泵配置情況進(jìn)行合理取值，雨水排水規(guī)模應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，并根據(jù)相應(yīng)排澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核。潛水泵布置宜采用單行排列。泵房操作間內(nèi)設(shè)置水泵出水管及閥件、起重設(shè)備、通風(fēng)換氣裝置等，主要機(jī)組的布置和通道寬度，應(yīng)滿足機(jī)電設(shè)備安裝、運(yùn)行和操作的要求。配電房內(nèi)設(shè)置潛污泵的配電柜及控制箱，配電房可布置在泵房操作間旁，也可布置在隧道上方地面，如地面條件允許，建議優(yōu)先選擇布置在地面上，以免發(fā)生隧道內(nèi)淹水時(shí)潛污泵癱瘓無法使用的情況[4，5]。

3）排水泵站排出管分為兩路，根據(jù)水質(zhì)污染程度分別接入不同的排水系統(tǒng)，污、廢水接入附近城市污水管網(wǎng)，雨水接入附近河湖等水體或城市雨水管網(wǎng)，如圖3所示。

圖3 新型下穿隧道雨污分流排水系統(tǒng)

上述下穿隧道排水系統(tǒng)各組成部分均應(yīng)滿足現(xiàn)行GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范的相關(guān)條文要求。

3 雨污分流泵站的設(shè)計(jì)與工作原理

3.1 雨污分流泵站的設(shè)計(jì)

與常規(guī)排水泵站相同的是，泵站構(gòu)造分為操作間和集水池兩部分，一般采用潛污泵進(jìn)行加壓排水。不同的是，雨污分流泵站的集水池分為污水集水池和雨水集水池兩部分，兩個(gè)集水池分別配置相應(yīng)的潛污泵。其中，污水集水池的有效容積不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵5 min的出水量，且每小時(shí)開動(dòng)水泵不宜超過6次，根據(jù)結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水、消防排水以及降雨初期徑流量合理設(shè)置，配置不少于2臺(tái)工作泵和不少于1臺(tái)備用泵，以滿足非降雨工況的排水需求。雨水集水池的有效容積不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵30 s的出水量，根據(jù)下沉隧道所處位置和重要性等具體情況，確定設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，根據(jù)路面鋪裝情況選取合適的綜合徑流系數(shù)，計(jì)算出隧道匯水面積在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期內(nèi)的雨水設(shè)計(jì)流量，配置不少于2臺(tái)工作泵和根據(jù)泵房重要性設(shè)置備用泵，當(dāng)水量變化很大時(shí)，可配置不同規(guī)格的水泵，但不宜超過兩種，也可采用變頻調(diào)速裝置或采用葉片可調(diào)式水泵，以滿足降雨工況的排水需求。

3.2 雨污分流泵站的工作原理

3.2.1 非降雨工況

主要排水對象為隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水以及火災(zāi)滅火時(shí)的消防排水，上述排水沿邊溝匯集至泵站污水集水池內(nèi)，經(jīng)污水潛污泵加壓提升排至市政污水管網(wǎng)。工作流程為：（1）當(dāng)污水集水池水位上升至Hw1時(shí)，開啟1臺(tái)污水潛水泵；（2）當(dāng)水位上升至Hw2時(shí)，開啟第二臺(tái)污水潛水泵；（3）當(dāng)水位降至Hw1時(shí)，關(guān)閉其中一臺(tái)污水潛水泵；（4）當(dāng)水位降至Hw0時(shí)，關(guān)閉所有污水潛水泵。此時(shí)污水集水池內(nèi)水位降至最低有效水位，完成整個(gè)非降雨工況的排水。

上述工況以3臺(tái)污水潛污泵（兩用一備，輪換使用）為例，如配置3臺(tái)以上污水潛水泵時(shí)，水泵啟停水位設(shè)置以此類推。

3.2.2 降雨工況

主要排水對象為隧道匯水面積內(nèi)的地面徑流水、結(jié)構(gòu)滲漏水、道路沖洗水以及火災(zāi)滅火時(shí)的消防排水。（1）降雨初期，初期徑流雨水以及其余排水匯集至泵站污水集水池，水泵啟停水位同非降雨工況；（2）當(dāng)降雨持續(xù)，污水集水池的水位超過集水池最高點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉所有污水潛水泵，水位繼續(xù)上升，污水集水池內(nèi)的水溢流至雨水集水池內(nèi)；（3）當(dāng)雨水集水池水位上升至Hy1時(shí)，開啟1臺(tái)雨水潛水泵；（4）當(dāng)水位上升至Hy2時(shí)，開啟兩臺(tái)雨水潛水泵；（5）當(dāng)水位上升至Hy3時(shí)，開啟3臺(tái)雨水潛水泵；（6）當(dāng)水位上升至Hy4時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，并開啟4臺(tái)雨水潛水泵；（7）當(dāng)水位降至Hy3時(shí)，關(guān)閉其中1臺(tái)雨水潛水泵；（8）當(dāng)水位降至Hy2時(shí)，關(guān)閉兩臺(tái)雨水潛水泵；（9）當(dāng)水位降至Hy1時(shí)，關(guān)閉3臺(tái)雨水潛水泵；（10）當(dāng)水位降至Hy0時(shí)，關(guān)閉所有雨水潛水泵，并開啟污水集水池內(nèi)的兩臺(tái)污水潛水泵；（11）當(dāng)污水集水井水位降至Hw1時(shí)，關(guān)閉其中一臺(tái)污水潛水泵；（12）當(dāng)水位降至Hw0時(shí)，關(guān)閉所有污水潛水泵。此時(shí)污水集水池和雨水集水池內(nèi)水位均降至最低有效水位，完成整個(gè)降雨工況的排水。

上述工況以4臺(tái)雨水潛污泵（三用一備，輪換使用）及3臺(tái)污水潛污泵（兩用一備，輪換使用）為例，如配置不同數(shù)量的潛水泵時(shí)，水泵啟停水位設(shè)置以此類推。

降雨工況排水泵站排出管的設(shè)置：污水潛水泵出水管匯合后排入附近市政污水管網(wǎng)，雨水潛水泵出水管匯合后排入附近河湖等水體或城市雨水管網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 雨污分流排水泵站剖面示意圖

4 結(jié)論

相較于現(xiàn)有下穿隧道排水系統(tǒng)，新型排水系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：（1）采用的邊溝可以收集隧道內(nèi)的所有雨水、污廢水，無須在隧道封閉段和敞開段交界處設(shè)置橫截溝，在滿足排水需求的情況下保證行車安全和提高行車的舒適度，也減免了后期橫截溝維修保養(yǎng)的工作。（2）僅需在隧道最低點(diǎn)建設(shè)一座排水泵站，采用的排水泵站能夠分類儲(chǔ)存和排放雨、污水，減少泵站數(shù)量，大大減少了泵站的占地面積，降低了初期建設(shè)成本和日常運(yùn)營維護(hù)成本。（3）末端排出管分兩路，根據(jù)排水水質(zhì)進(jìn)行分類排放，降雨工況和非降雨工況根據(jù)排水量情況自動(dòng)啟停相應(yīng)的潛水泵進(jìn)行排放，高效節(jié)能、綠色環(huán)保。（4）將污染程度較大的初期徑流雨水存儲(chǔ)至污水集水池，并排入城市污水管網(wǎng)，有效防止對附近河湖等水體或城市雨水管網(wǎng)造成污染。

該新型下穿隧道排水系統(tǒng)結(jié)合了常規(guī)排水系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，具有較為廣泛的適用性，尤其適用于因建設(shè)成本有限或建設(shè)空間有限，無條件布置多座泵站等原因的下穿隧道。

該新型下穿隧道排水系統(tǒng)已成功申請實(shí)用新型專利。