蘇州某下穿隧道排水系統(tǒng)設(shè)計研究

摘要 城市隧道是城市立體交通的重要組成部分，而隧道排水系統(tǒng)是隧道總體設(shè)計必不可少的組成部分，設(shè)計是否合理對隧道安全及正常運營產(chǎn)生重大影響。為提高下穿隧道排水系統(tǒng)的設(shè)計水平，文章以蘇州某下穿隧道工程為例展開探索，基于相應(yīng)設(shè)計原則與標準，歸納了邊溝、橫向截水溝、雨水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)的設(shè)計思路，分析探討了設(shè)計過程中的要點。結(jié)果表明，該工程排水設(shè)計在滿足各規(guī)范標準的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道排水的安全性、地區(qū)氣候特點，提高了部分設(shè)計標準，能夠有效避免隧道內(nèi)部發(fā)生內(nèi)澇現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞 城市下穿隧道；排水系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號 U453 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0129-03

0 引言

隨著城市交通不斷發(fā)展，城市下穿隧道的建設(shè)日益增多。然而極端天氣時有發(fā)生，城市嚴重出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，給城市居民帶來嚴峻威脅，造成人民生命財產(chǎn)的巨大損失。城市隧道是城市道路中最低處、最容易發(fā)生內(nèi)澇的地方，如何確保正常排水、避免被淹，備受關(guān)注[1]。

1 工程概況

蘇州陽澄西湖隧道工程主線隧道北接濟學路南延，下穿陽澄西湖，南接陽澄湖大道；支線匝道西接陽澄湖東路與徐陽路交叉口，以盾構(gòu)方式下穿中興高爾夫球場后在湖域轉(zhuǎn)為圍堰明挖法，后并入主線隧道。主線隧道全長1 776 m，其中湖域段約1 267 m；支線隧道南側(cè)匝道長1 284.765 m，湖域段長598 m；北側(cè)匝道隧道長1 561.535 m，湖域段長829 m。

結(jié)合隧道縱斷面設(shè)計，在隧道主線和匝道洞口分別設(shè)置雨水泵房，共計四座。在隧道主線最低點、匝道盾構(gòu)始發(fā)井及匝道最低點設(shè)置廢水泵房，共計四座。隧道泵房分布示意圖如圖1所示。

2 隧道排水系統(tǒng)設(shè)計原則及標準

2.1 設(shè)計原則

（1）針對隧道沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲入水、消防廢水排入污水管網(wǎng)及合流管網(wǎng)的設(shè)置，可以結(jié)合地方環(huán)保部門意見接至排雨水管網(wǎng)或就近排河，但須對出水水質(zhì)進行處理，達標后方可排放。

（2）為確保排水系統(tǒng)安全、水量穩(wěn)定，敞口段的雨水應(yīng)設(shè)置獨立的雨水管道，單獨排入附近河道，即“高水高排、低水低排”，且互不連通。一旦獨立排放條件受限時，所接入的下游雨水管網(wǎng)應(yīng)能滿足地塊和隧道的排水流量要求，如下游雨水管網(wǎng)未能滿足要求時，應(yīng)適當增加調(diào)蓄空間。

（3）納入城市水體或城市排水管網(wǎng)的各類廢水水質(zhì)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》（GB/T31962—2015）的相關(guān)規(guī)定。

（4）隧道內(nèi)各類廢水及設(shè)備用房的生產(chǎn)廢水，采用分類集中的原則。設(shè)備用房的生產(chǎn)廢水由泵提升就近排入市政污水管道，而隧道洞口及各類風井處的雨水則由泵提升就近排入市政雨水管道。

（5）給排水設(shè)備的選型，應(yīng)采用環(huán)保節(jié)能、技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理并經(jīng)過實踐運營檢驗的產(chǎn)品，在滿足功能的前提下立足于設(shè)備國產(chǎn)化。為便于安裝和維修，規(guī)格盡可能統(tǒng)一。

2.2 設(shè)計標準

（1）生產(chǎn)設(shè)備排水量按所選的設(shè)備及生產(chǎn)工藝確定。

（2）消防排水量按消防用水量的100%計算[2]。

（3）隧道工程中漏水的平均滲漏量不應(yīng)大于0.05 L/m2·d，任意100 m2防水面積的滲漏量不應(yīng)大于0.15 L/m2·d。

（4）隧道洞口的雨水泵站、排水溝及排水管渠的排水能力，應(yīng)按蘇州50年一遇的暴雨強度計算，集流時間按計算結(jié)果進行確定。

3 隧道排水系統(tǒng)設(shè)計要點

城市下穿隧道的排水系統(tǒng)主要由雨水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)組成。其中，廢水系統(tǒng)包括隧道消防廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水等；雨水主要來自隧道洞口雨水。工程所采用的排水方式如下：結(jié)構(gòu)滲漏水、生產(chǎn)廢水、沖洗廢水及消防廢水等就近排入城市污水管網(wǎng)；雨水排入城市雨水系統(tǒng)管網(wǎng)[3]。

隧道排水系統(tǒng)主要由邊溝、橫截溝、雨水泵房、廢水泵房及管路系統(tǒng)等組成。

3.1 邊溝

隧道敞口段道路縱坡一般坡度較大，常規(guī)在2%～5%，為攔截部分路面雨水，應(yīng)在隧道敞口段路面兩側(cè)設(shè)置縱向排水邊溝，排水邊溝坡度應(yīng)與道路縱坡一致。敞口段路面雨水隨道路橫坡漫流至兩側(cè)的縱向排水邊溝，最后進入洞口雨水泵房進行提升排放。

洞口縱向排水邊溝尺寸應(yīng)根據(jù)隧道排水流量計算確定，一般不小于30 cm×30 cm，邊溝的設(shè)置及構(gòu)造應(yīng)便于維護，同時須鋪設(shè)蓋板。隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，隧道敞口段邊溝采用一體化排水邊溝，材質(zhì)如樹脂，一體化排水邊溝的優(yōu)點如下：

（1）傳統(tǒng)鋼筋混凝土邊溝粗糙系數(shù)大，流速小，排水能力受限；一體化排水邊溝粗糙系數(shù)小，流速快，排水能力較大。

（2）一體化排水邊溝能縮短施工周期，節(jié)約成本。

（3）一體化排水邊溝在同等排水流量的條件下，尺寸較傳統(tǒng)鋼筋混凝土邊溝較小，便于施工，更有利于隧道結(jié)構(gòu)。

3.2 橫向截水溝

橫向截水溝（簡稱橫截溝）主要用于攔截隧道外客水和隧道敞開段雨水進入隧道內(nèi)部，接地點外設(shè)置的橫截溝用于攔截客水，攔截的雨水則接入市政雨水管網(wǎng)；接地點內(nèi)（即暗埋段與敞開段交界處附近）設(shè)置的橫截溝用于攔截隧道敞開段雨水，敞開段雨水經(jīng)橫截溝攔截后隨橫截溝坡向排入雨水泵站中進行提升，在橫截溝末端應(yīng)設(shè)置沉砂槽及格柵，以防止攔截溝內(nèi)雜質(zhì)、垃圾進入泵房，沉砂槽應(yīng)定期清掏、養(yǎng)護。

為攔截隧道外雨水進入隧道敞口段，一般在隧道接地點外10 m范圍內(nèi)設(shè)置橫截溝，數(shù)量不宜少于兩道。在隧道敞開段與暗埋段交界處附近設(shè)置橫截溝，用于攔截敞開段雨水進入隧道內(nèi)，一般數(shù)量也不宜少于兩道。橫截溝的尺寸應(yīng)根據(jù)匯水區(qū)雨水流量進行水力計算確定，寬度一般不小于50 cm，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橫截溝的蓋板設(shè)計需考慮跳車影響，同時需考慮養(yǎng)護需求，位于居住區(qū)時應(yīng)結(jié)合降噪功能綜合選擇，荷載等級須達到D400級及以上。橫截溝蓋板目前采用的多為一體化蓋板+兩端分體式蓋板（如圖2所示），即行車位置處采用一體化蓋板，這種整體上的蓋板可避免跳車影響，安全性較高，而在行車道靠外側(cè)兩端設(shè)置分體式蓋板，便于養(yǎng)護、檢修。

3.3 雨水系統(tǒng)設(shè)計

隧道雨水工程的收集、排除工藝流程一般如下：敞口段縱、橫排水溝收集和攔截雨水—沉泥井—雨水泵房—潛水泵抽排至消能井—接入就近的市政雨水管網(wǎng)或河道。

現(xiàn)行《室外排水設(shè)計標準》（GB 50014—2021）[4]中對于中心城區(qū)地下通道的雨水設(shè)計重現(xiàn)期要求在30～50年。根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范要求，隧道洞口雨水泵站應(yīng)按當?shù)?0年一遇的暴雨強度計算，設(shè)計的降雨歷時應(yīng)按計算確定。該項目隧道敞口段的暴雨重現(xiàn)期按50年計。

按照相關(guān)室外排水設(shè)計標準，地面集水時間通常選用的數(shù)值為5～15 min，數(shù)值的規(guī)定是以粗糙系數(shù)0.015為前提，只適合用于橫坡為3%、縱坡為0.1%的道路。城市下穿隧道的排水邊溝水泥砂漿抹面暗渠的粗糙系數(shù)為0.013～0.014，縱坡為2%～5%，則地面集水時間選用最小數(shù)值5 min也不合適。為此，敞開段地面集水時間需結(jié)合實際工程情況進行計算，這樣會更加合理。如圖3所示：

集水時間t主要是指雨水從集水面積最遠處的點流進第一個雨水口的時間。在城市下穿隧道建設(shè)中，隧道集水時間一般是指雨水從集水面積最遠處流入雨水泵房集水池的時間。為此，隧道雨水集水時間主要包含兩點：其一，隧道道路橫坡最高最遠處沿路面流至縱向排水溝的時間；其二，沿縱向排水溝或橫截溝流進入集水池的時間，所以隧道的縱坡越大，道路側(cè)溝中的雨水也就流速越快，地面集水時間往往小于5 min。

地面集水時間可按照坡面流公式計算：

式中：L——徑流長度（m）；n——地表粗糙系數(shù)；

i——徑流坡度；此公式適用于徑流長度L≤370 m。經(jīng)過計算，該項目集流時間為3 min。

隧道內(nèi)雨水量按如下公式計算：

式中：Q——雨水設(shè)計流量（L/s）；q——暴雨強度[L/（s·hm2）]；ψ——徑流系數(shù)，路面的徑流系數(shù)取0.9；F——匯水面積（hm2）。隧道雨水匯水面積主要為隧道敞開段路面面積，同時應(yīng)考慮風大時U形槽側(cè)墻的匯水面積。

暴雨強度采用蘇州市暴雨強度公式，按如下公式計算：

式中：t——地面集水時間（min）；P——暴雨設(shè)計重現(xiàn)期，取50年。

雨水泵房設(shè)計流量按雨水設(shè)計流量的1.2倍計算。隧道主線湖北敞開段雨水匯水面積為0.76 ha，雨水泵房設(shè)計流量為745 L/s，主泵性能參數(shù)：Q=250 L/s，H=15 m，P=50 kW。隧道主線湖南敞開段雨水匯水面積為0.9 ha，雨水泵房設(shè)計流量為878 L/s，主泵性能參數(shù)：Q=294 L/s，H=15 m，P=68 kW。南、北支線洞口敞開段雨水匯水面積均為0.3 ha，雨水泵房設(shè)計流量均為293 L/s，主泵性能參數(shù)均為：Q=98 L/s，H=15 m，P=30 kW。在這些雨水泵房內(nèi)各設(shè)置四臺潛污泵，三用一備，并輪換使用，必要時同時使用。雨水泵房集水池設(shè)沖洗管，池底設(shè)10%的坡度坡向集水坑。洞口雨水泵房的集水池有效容積不小于最大一臺水泵5 min的出水量。

3.4 廢水系統(tǒng)

廢水系統(tǒng)主要用于排除隧道內(nèi)的消防廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水及沖洗廢水等[5]。在隧道內(nèi)兩側(cè)設(shè)置縱向排水明溝，引排營運清洗水、消防水和其他廢水。隧道內(nèi)消防廢水、沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲漏水沿側(cè)墻下明溝及分段設(shè)置的橫截溝匯至隧道的最低點，進入廢水泵房。

廢水流量參數(shù)：消防廢水流量為118 L/s，其中泡沫/水噴霧滅火系統(tǒng)廢水流量為98 L/s，消火栓系統(tǒng)廢水流量為20 L/s；結(jié)構(gòu)滲漏水量為0.42 m3/h；沖洗水量為4 m3/d，消防時不考慮沖洗水量。

在主線線路最低點設(shè)置一座廢水泵房，其內(nèi)設(shè)置四臺潛污泵，水泵性能參數(shù)：Q=42 L/s，H=28 m，P=18.5 kW。北支線廢水泵房出水管接入主線廢水泵房，同時在北支線最低點設(shè)置一座廢水泵房，同樣布置四臺潛污泵，水泵性能參數(shù)：Q=42 L/s，H=22 m，P=15 kW。

廢水泵房的潛污泵平時以“一用三備”輪換使用進行設(shè)計，消防以“三用一備”設(shè)定，必要時四臺泵同時使用。北支線廢水壓力管先提升至主線廢水泵房，然后通過主線廢水泵房接力提升至地面污水管網(wǎng)。

在1#盾構(gòu)工作井內(nèi)，以及位于南支線最低點的2#盾構(gòu)工作井內(nèi)，分別設(shè)置一座廢水泵房，其水泵性能參數(shù)分別如下：Q=42 L/s，H=30 m，P=18.5 kW；Q=42 L/s，H=22 m，P=15 kW。工作井廢水泵房位于工作井第三層及底板下沉層。泵房設(shè)置在第三層，底板下層為集水池。工作井廢水的主要來源為工作井結(jié)構(gòu)滲漏水、隧道道路沖洗水和火災(zāi)時的消防廢水。工作井廢水泵房出水管采用DN400無縫鋼管，接入南支線匝道最低點廢水泵房（即2#盾構(gòu)工作井廢水泵房）后，納入市政污水管網(wǎng)。2#盾構(gòu)工作井內(nèi)的廢水泵出水管接入1#盾構(gòu)工作井內(nèi)的廢水泵房。廢水泵房的潛污泵平時同樣以“一用三備”輪換使用進行設(shè)計，消防以“三用一備”設(shè)定，必要時四臺泵同時使用。

廢水池有效容積按不小于最大一臺水泵15 min的出水量進行設(shè)計，集水池內(nèi)設(shè)沖洗管，池底設(shè)10%坡度的集水坑。

4 結(jié)語

綜上所述，由于不可抗力的自然因素出現(xiàn)的大量降水，造成城市中出現(xiàn)大量的雨水和廢水無法及時排出，給城市交通帶來一定的影響。實踐證明，城市下穿隧道排水系統(tǒng)能夠有效緩解雨水較多情況下的交通堵塞情況。由于城市下穿隧道排水系統(tǒng)設(shè)計是一項系統(tǒng)且復(fù)雜的工作，應(yīng)科學合理地設(shè)計城市下穿隧道排水系統(tǒng)，順利及時排放雨水和廢水，為人們的正常出行提供保障。

參考文獻

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