盾構法過江交通隧道廢水排水系統調研與總結

唐 健， 周金忠， 范太興， 張忠品， 杜金海， 陳長江

(中鐵隧道勘測設計院有限公司， 天津 300133)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，人們出行對水域通行的要求越來越高，水下隧道以其特有的方式成為過江的首選。盾構法施工的過江交通隧道(簡稱過江隧道)，其廢水包括隧道結構滲漏水、日常運營清洗廢水、消防廢水及消防水管爆管產生廢水(簡稱消防管爆管廢水)等。由于過江隧道的廢水無法通過自流方式排出隧道[1-3]，如果不及時排除就會影響隧道正常運營[4-5]。過江隧道廢水排水系統的設計，主要體現在排水能力[6]、水泵選型[7]、提升方案[8]等方面，因此，廢水排水系統設計的第一目標為： 合理設計廢水泵站的排水能力，及時排除各種廢水。

文獻[2]介紹了青島膠州灣海底隧道廢水排水方案的設計情況； 文獻[3]介紹了南京地鐵3號線地鐵過江隧道廢水排水方案的設計情況； 文獻[8]主要介紹了海河隧道的雨水排水設計系統； 文獻[9-14]主要對城市隧道排水系統、消防給水系統和自動報警系統如何合理設計進行了分析和探討。以上文章均針對單座隧道的設計方案進行探討，對同類隧道的廢水排水系統無橫向比較。本次南京調研的4條水下交通隧道，根據功能分為2條地鐵過江隧道和2條公路過江隧道，隧道所處的地質條件基本相同，外部影響因素相近，如過江段單次掘進線路長度均較長、地質條件均較復雜、沿線水頭壓力均較高、覆土厚度變化均較大等。但在隧道內的設備布置，尤其是廢水排水系統設計方面有許多不同點，因此具有一定的可比性。

1 地鐵過江隧道廢水排水系統概述

1.1 工程概況

南京地鐵3號線下穿長江段為浦珠路站—濱江路站區間(簡稱南京3號線過江隧道)，該隧道線路全長3 353.945 m，過江段約2 159 m，最大縱坡為28‰，埋深為8～40 m，300年一遇沖刷條件下，隧道頂部覆土厚度約為5 m，深槽段穿越地層主要為粉細砂和含礫中粗砂層，土層滲透系數較大，透水性好。南京3號線過江隧道平面和縱剖面如圖1(a)和圖1(c)所示。

南京地鐵10號線下穿長江段區間(簡稱南京10號線過江隧道)起點位于長江北岸的中間風井，線路出中間風井后，在緯七路過江隧道南側向東依次穿越長江北岸大堤、城南河、潛洲、長江主航道、梅子洲江防大堤，到達南岸的江心洲站，隧道線路全長3 600 m，過江段約2 627 m，最大縱坡度為28‰，埋深為9.4～37 m，在300年一遇洪水沖刷下，隧道頂部覆土厚度約為5.3 m，地質與3號線穿越土層相似，透水性好，壓縮性低。南京10號線過江隧道平面和縱剖面如圖1(b)和圖1(d)所示。

(a) 南京3號線過江隧道平面圖 (b) 南京10號線過江隧道平面圖

(d) 南京10號線過江隧道縱剖面圖

1.2 廢水的來源與組成

地鐵過江隧道結構滲漏水量比較少，現場考察南京地鐵3、10號線過江隧道時，發現隧道側溝很干燥；隧道內的沖洗廢水，一般僅在沖洗隧道時才產生，而地鐵過江隧道沖洗頻率很低且沖洗水量也很小；消防廢水量相對比較大，但僅在發生隧道火災時才產生。因此，地鐵過江隧道廢水量主要是消防廢水量。

由于地鐵過江隧道火災當量值較小，故目前國內地鐵過江隧道僅設置消火栓給水系統，消防水由車站消防水源提供。當發生嚴重火災，而室內消防用水量不滿足滅火要求時，室外消防用水通過“消防車+水泵接合器”供應到隧道內，用于消防滅火。因此，消防廢水量應為室內、外消火栓系統的消防水量之和，即廢水流量為72 m3/h，廢水泵站的排水能力應按消防廢水量確定，即72 m3/h。但考慮到地鐵隧道內一旦發生火災，一般就不再往著火區間發車，并且適量的消防廢水積水也不影響列車運行。所以，在困難情況下，廢水泵站的排水能力也可以按室內消火栓系統的消防廢水量確定，不考慮室外，即也可按36 m3/h考慮。

設計南京地鐵3、10號線過江隧道時，執行的規范為GB 50157—2003《地鐵設計規范》(簡稱舊版《地鐵規范》)。舊版《地鐵規范》第13.3.5條第1款規定：“區間排水泵站、輔助排水泵站及車站排水泵房應設2臺排水泵，平時1臺工作；當排除消防廢水時，2臺泵同時工作；排水泵的總排水能力，按消防時的排水量和結構滲水量之和確定。位于水域下的區間及車站排水泵站，應增設1臺排水泵，每臺排水泵的排水能力應大于最大小時排水量的1/2。”根據上述要求，考慮其他不可預見的情況，廢水泵站的排水能力按36～72 m3/h考慮，單臺廢水泵設計流量取值應為18～36 m3/h。

1.3 廢水泵流量的確定

現將南京3、10號線過江隧道的廢水排水系統設計情況羅列如下，見表1。

表1南京3、10號線過江隧道廢水排水系統比較

Table 1 Comparison of wastewater drainage system between river-crossing tunnels on Line No. 3 and No. 10 of Nanjing Metro

廢水排水系統廢水泵房座數廢水泵臺數每臺廢水泵流量/(m3/h)3號線隧道1共3臺3510號線隧道3每座3臺,共9臺25

由表1可知，南京3號線過江隧道消防廢水排水能力按室內外消防用水量之和考慮，而南京10號線過江隧道消防廢水排水能力只按室內消防用水量考慮。所以，南京3號線過江隧道對廢水泵房的排水能力考慮得相對合理。

新版GB 50157—2013《地鐵設計規范》(簡稱新版《地鐵規范》)第14.3.5條第1款中取消了“位于水域下的區間及車站排水泵站，應增設1臺排水泵”的要求。上述修改對盾構過江隧道特別有意義，一是盾構過江隧道結構滲漏水量很小，水泵運營時間很短，維修時間很多，不必增設備用排水泵；二是盾構過江隧道內部布置緊湊，布置水泵空間緊張。從修改中也可以看出： 在盾構過江隧道中，廢水泵房的排水能力只要滿足排除消防廢水即可，不必備用排水泵。

2 地鐵過江隧道廢水排水系統設計

2.1 廢水提升方案

南京3、10號線過江隧道均于2009年開始初步設計，2010年開始施工圖設計，當時執行的規范為舊版《地鐵規范》。舊版《地鐵規范》第12.3.4條第1款規定：“區間隧道主排水泵站應設置在線路實際坡度最低點，每座泵站所擔負的區間長度，單線不應大于3 km，雙線不應大于1.5 km”。

南京3號線過江隧道總長度約為3 353 m，南京10號線過江隧道總長度約為3 600 m。根據上述規范中雙線隧道排水泵房服務長度不應大于1.5 km的要求，其排水系統提升方案均應設計為2級提升方案，這就說明除了在江底設廢水泵房外，還需另外設置2座輔助廢水泵房，即一共設計3座廢水泵房，每座廢水泵房內需要設置3臺廢水泵，以滿足規范要求及隧道實際排水需要。

南京10號線過江隧道設計人員按舊版《地鐵規范》要求，將廢水排水系統提升方案定為2級提升方案(針對盾構隧道段)，即分別在里程為DK12+090.000、DK13+056.500、DK14+090.000處各設置1座廢水泵房，每座泵房均設置3臺廢水泵，平時互為備用，消防時兩用一備，事故時同時使用。廢水2級提升方案見圖2。

圖2 南京10號線過江隧道廢水2級提升方案 (單位： m)

Fig. 2 Relay lifting scheme for wastewater in river-crossing tunnel on Line No. 10 of Nanjing Metro (unit: m)

1#廢水泵房出水管通過區間接至江心洲站廢水泵房廢水池，經車站廢水泵房接力后排至室外壓力窨井，再就近接入市政污水管道； 2#廢水泵房出水管通過區間接至3#廢水泵房的廢水池； 3#廢水泵房出水管通過區間接至中間風井廢水泵房廢水池，經中間風井廢水泵房接力后排至室外壓力窨井，再就近接入市政污水管道。泵房布置情況見表2。

表2南京10號線過江隧道廢水泵房布置

Table 2 Arrangement of wastewater pump rooms for river-crossing tunnel on Line No. 10 of Nanjing Metro

廢水泵房廢水泵臺數廢水泵參數泵房中心里程1#3Q=25m3/h、H=58m、P=22kWDK12+090.0002#3Q=25m3/h、H=40m、P=15kWDK13+056.5003#3Q=25m3/h、H=48m、P=22kWDK14+090.000

注：Q為流量；H為揚程；P為功率。

設計南京3號線過江隧道時，認為舊版《地鐵規范》第13.3.4條的要求有一定的合理性，但在特殊情況下應該可以做適當的突破。例如，在青島海下道路隧道廢水排水設計中，廢水泵站的服務長度達到4 km，遠大于1.5 km，并且運行很成功。為此，也咨詢了國內隧道界的一些相關專家，專家也認同這種設計思路。因此，將南京3號線過江隧道的系統提升方案設計為1級提升方案(針對盾構隧道段)，即將隧道最低點的廢水先提升至車站廢水泵房，再由車站廢水泵提升至室外排水管網，廢水1級提升方案見圖3。在隧道最低點設置1座廢水泵房，泵房設置3臺廢水泵，平時互為備用，消防時兩用一備，事故時同時使用，廢水泵參數為Q=35 m3/h、H=50 m、P=11 kW。

圖3 南京3號線過江隧道廢水一級提升方案 (單位： m)

Fig. 3 Once lifting scheme for wastewater in river-crossing tunnel on Line No. 3 of Nanjing Metro (unit: m)

新版《地鐵規范》對于此條予以修正(第14.3.4條第1款)，提出“區間隧道主排水泵站應設置在線路實際坡度最低點”，僅對區間主排水泵站的設置位置作出要求，對主排水泵站的服務長度不再有相關距離限制。這也從另一方面證實，南京地鐵3號線過江隧道的廢水排水系統提升方案是完全合理的。

2.2 提升方案比較

從泵房投資、運營費用、管理難度等角度對南京3、10號線過江隧道系統提升方案進行比較，具體內容見表3。前期投資主要包括泵房的土建費用、設備費用及相關的配套費用，其中因廢水泵房而增加的土建費用基本可以忽略；設備投資主要包括水泵、管材、電纜等。后期費用主要為設備管理運營費用，如電費、檢修維護費等，因為平時廢水量很小，廢水泵運營時間很少，使得后期費用較低。由表3可知，不管是前期投資還是后期管理運行，1級提升方案均優于2級提升方案；由于不設置中間廢水泵，有利于利用隧道下部空間，如鋪設過江電纜。

表3 南京3、10號線過江隧道排水系統提升方案比較

2.3 隧道斷面布置

南京3、10號線過江隧道段均采用內徑10.2 m的單洞雙線越江方案。根據功能需要，將隧道斷面分為3個部分： 上部為縱向排煙道，用于消防或緊急情況下的排煙；中間部分為上下行地鐵車行道；下部為廊道(主要滿足廢水排水系統功能)。中隔墻兩側設置縱向疏散平臺，供隧道維修和防災疏散使用。隧道橫斷面布局如圖4所示。

2.4 廢水泵房布置

南京3號線過江隧道設計廢水泵房時，因為受隧道斷面影響，只能布置在道床與疏散平臺下方的位置。由于無法預埋廢水泵吊鉤，也無法設置起吊裝置，因此只能在列車停止運營后，采用人工手段將水泵提升至道床面進行檢修，容易造成廢水泵檢修與列車運行之間的沖突。為此，提出了局部動態干式廢水泵房的設計理念(已申請發明與實用新型專利，專利號： ZL 2016 2 0375444.8)，具體做法是將廢水池設置成3格，底部設置連通管與閘閥；每格內設置1臺廢水泵，當某一臺廢水泵需要檢修時，關閉對應連通管上的閘板，使需要檢修的廢水泵所在的格完全獨立，并用臨時小泵將水抽至其余格內，由于其余2格水池及廢水泵可正常工作，因此某臺廢水泵檢修不影響整個廢水泵房的正常運行。由于廢水泵在廢水池的某一格內檢修，不必將水泵提升至道床面進行檢修，所以廢水泵檢修與列車運行之間不會相互影響。局部動態干式廢水泵房布置平面圖及剖面圖見圖5和圖6[5]。

圖4 單洞雙線盾構隧道橫斷面圖(單位： mm)

Fig. 4 Cross-section of single-tube double-track shield tunnel (unit: mm)

圖5 局部動態干式廢水泵房布置平面圖

圖6 局部動態干式廢水泵房縱剖面圖

設計思路如下，將廢水泵房設計為3格，底部用管道和進水廊道相連，并在連接管設置閘板，每格水池分別設置水泵吊裝孔及檢修人孔。水泵的維修流程為：當1#廢水池內的水泵出現故障時，首先啟動2#、3#廢水泵，將整個水池的水抽至最低水位，然后關閉閘板a，用備用的小型移動泵將1#廢水池的余水抽至2#廢水池，當水位降至小型移動泵的停泵水位時，檢修人員通過檢修人孔進入池內對水泵進行檢修； 同理，當2#(或3#)廢水泵出現故障時，打開其余2臺水泵，將水抽至最低水位，然后關閉閘板b(或c)，并用移動檢修水泵將余水抽至其余2格廢水池，工作人員通過檢修人孔進入池內對設備進行檢測或維修。也就是說，廢水泵初次安裝時，通過吊裝孔吊入安裝；廢水泵日常維修時，工作人員通過檢修人孔進入廢水池檢修廢水泵，檢修不影響地鐵運營；廢水泵損耗嚴重需要更換時，等到晚間地鐵停運后，通過吊裝孔吊出運走。這種廢水泵房形式的優點為： 廢水泵房占用空間小，廢水泵維修方便，維修不影響地鐵正常運營；單臺設備檢修不影響整座泵房的正常進水、排水。

南京10號線過江隧道的廢水泵房按常規設計，即廢水池為單格水池，如果廢水泵在廢水池內檢修，需要將整個廢水池的水全部抽干，隧道的排水系統會暫時無法工作；如果將廢水泵人工提升到軌面上維修，廢水泵維修會影響列車運營。其方便性、安全性遠不如采用局部動態干式廢水泵房，特別是3#廢水泵房除自身排水外，還要排除2#廢水泵房轉輸來的廢水，一旦3#廢水泵房內廢水泵需要檢修時，將會影響2#廢水泵房的正常運營。因此，南京10號過江隧道線采用的傳統廢水池做法存在一定的安全隱患，相比之下，南京3號線過江隧道采用的創新性廢水泵房布置形式，其方便性、安全性均得到較大提高。

3 道路過江隧道廢水排水系統概述

3.1 工程概況

南京緯七路過江隧道工程位于南京長江大橋與三橋之間，為連接南京市主城區與江北浦口區的城市道路交通越江通道，通道總長約6 165 m，道路等級為城市快速路，按6車道規模建設，設計車速為80 km/h，采用“左汊盾構隧道+右汊橋梁”方案。左汊隧道是采用盾構法修建的越江隧道，從江北浦口區黃家村下地，穿過長江主航道到江心洲；右汊橋梁全長近640 m，采用獨柱塔自錨式懸索橋，主橋一跨過江與河西相接。主體工程包括江北接線道路、江北收費廣場、過江隧道、江心洲地面道路、江心洲至江南跨夾江大橋等，其中過江隧道由左右線盾構隧道組成，建筑長度約3 790 m，其中盾構段長度為3 020 m，該過江隧道采用盾構法施工，盾構直徑為14.89 m。隧道平面布置圖見圖7(a)。

南京緯三路過江隧道工程位于南京長江大橋與南京緯七路過江隧道之間，是快速聯系南京江北新區、河西新城及南京主城的過江通道。緯三路過江通道北起浦口區頂山街道頂山轉盤西側，跨越沙子河路、江北濱江大道，以隧道形式穿越長江、江南的濱江大道后，南管隧道與定淮門大街順接，北管隧道與揚子江大道順接，共分南北(N/S)2條線，跨越長江后，止于江南的濱江大道及定淮門大街。道路標準為城市快速路，設計時速80 km，采用雙管雙層雙向8車道的布置形式，每條隧道分上下2層，每層2車道，同層同向行駛，上下層對向行車，即上層為江北至江南方向，下層為江南至江北方向。其中，N線全長7 014 m，隧道盾構段長3 557 m； S線南線全長7 363 m，隧道盾構段長4 135 m。隧道平面圖如圖7(b)所示。

(a) 南京緯七路過江隧道

(b) 南京緯三路過江隧道

Fig. 7 Plan of river-crossing tunnels on municipal road in Nanjing

3.2 廢水的來源與組成

確定道路過江隧道消防廢水量時，不但要考慮室內消火栓系統的消防水量，還要考慮室外消火栓系統的消防水量，因為發生大火時，室外消防用水也通過水泵接合器供應到隧道內，用于消防滅火；同時，還要考慮自動滅火系統的消防廢水量。不同的道路過江隧道設計(或預留)的自動滅火系統往往有所不同，而不同的自動滅火系統產生的消防廢水量也不同，消防廢水量應根據具體情況確定。

道路過江隧道廢水主要是消防廢水，所以廢水泵站的排水能力主要考慮消防廢水量。但當預留自動滅火系統時，還應該考慮該部分的消防廢水量，因為廢水排水系統一旦設計安裝完畢，再要增加其排水能力困難比較大，有時還很難實現；其次，廢水泵站的排水能力只要滿足排除消防廢水即可，不必備用排水泵，因為盾構過江隧道內常流水少，同時布置水泵的空間緊張。

3.3 廢水泵流量的確定

南京緯七路過江隧道設計消火栓系統、水噴霧系統時，其排水能力為消火栓系統廢水量與水噴霧系統廢水量之和。其中，消火栓系統用水量為20 L/s，水噴霧系統用水量為90 L/s，即消火栓系統和水噴霧系統同時使用時，最大廢水量為110 L/s。廢水泵房內均設3臺排水泵，平時1臺工作，火災時3臺泵同時工作，即排水泵的總排水能力按消防時的廢水量確定。因此，排水泵站的排水能力至少為396 m3/h，單臺水泵設計流量至少為132 m3/h。

南京緯三路過江隧道設計時考慮預留泡沫/水噴霧系統，故江中廢水排水系統排水量按預留泡沫/水噴霧消防廢水流量考慮，其排水能力為消火栓系統廢水量與水噴霧系統廢水量之和。其中，消火栓系統用水量為20 L/s，泡沫/水噴霧噴頭近程噴頭的流量為120 L/min，遠程噴頭的流量為273 L/min，發生火災時相鄰2組噴頭同時發生作用，共10組噴頭噴水，故總流量為72 L/s，即消火栓系統和泡沫/水噴霧系統同時使用時，最大廢水量為92 L/s。廢水泵房內均設4臺排水泵，平時1臺工作，火災時三用一備，即3臺排水泵的排水能力按消防時的廢水量確定。因此，排水泵站的排水能力至少為330 m3/h，單臺水泵設計流量至少為110 m3/h。現將廢水排水系統的設計情況羅列如下，見表4。

南京緯三、七路過江隧道消防廢水量均只按室內消防用水量考慮，沒有考慮室外消防用水量，這是不合理的。當火災情況嚴重時，室外消防用水也通過水泵接合器供應到隧道內，用于消防滅火，如果不將這部分廢水及時排掉，會影響車輛安全疏散。消防廢水排水能力之所以要考慮得如此保守，主要和盾構隧道特點有關，一旦隧道內發生火災，由于沒有中間連通道以供車輛掉頭，很多車輛只能繼續往隧道最低點方向前進；同時也和道路隧道交通工具有關，如果隧道最低處的消防廢水積水到一定高度，會導致行駛至此的汽車熄火，影響后續車輛疏散。所以，廢水排水能力必須考慮所有消防廢水，包括室內、外消防廢水，自動滅火系統消防廢水，預留消防系統的消防廢水。

如果考慮室外消防廢水量，南京緯七、三路過江隧道排水能力至少為504 m3/h 和440 m3/h，單臺水泵設計流量至少為168 m3/h和146 m3/h，所以實際排水能力嚴重不足。同時，考慮到盾構過江隧道結構滲漏水量很小、盾構過江隧道內布置水泵的空間緊張，南京緯三路無需設置備用排水泵。

表4 南京緯七、三路過江隧道廢水排水系統比較

4 道路過江隧道廢水排水系統設計

4.1 廢水提升方案

緯七路過江隧道縱斷面呈“V”字型，最大坡度為4.5%，其中浦口引道段長219.5 m，浦口暗埋段及工作井長198 m，盾構段長3 020 m；江心洲暗埋段及工作井長250 m，引道段長217.5 m；隧道全長3 468 m，含敞開段建筑全長3 905 m。廢水排水系統工作原理為： 在隧道最低點處和工作井底部均設有廢水泵房，分段收集隧道內廢水，再分級提升排出隧道。排水泵房布置及排水去向如圖8所示。

圖8 南京緯七路過江隧道排水示意圖

Fig. 8 Sketch of drainage diagram of river-crossing tunnel on Weiqilu municipal road

盾構隧道段設江中廢水泵房，廢水排水系統采用1級提升方案，將廢水提升到盾構工作井內的廢水泵房廢水池內。根據盾構段隧道縱斷面情況，在左、右線過江隧道設廢水泵房，每個廢水泵房集水池內均設3臺廢水排水泵。廢水排水泵出水匯集到一根DN300的揚水總管內，沿隧道車道板下部地溝內縱向敷設，將廢水送到江心洲工作井內的廢水泵房集水池內。盾構隧道段廢水泵房布置情況見表5。

表5南京緯七路過江隧道泵房布置

Table 5 Pump room arrangement of river-crossing tunnel on Weiqilu municipal road

廢水泵房廢水泵臺數廢水泵參數排水去向左線江中泵房3 Q=150m3/h、H=56m、P=55kW江心洲廢水池右線江中泵房3 Q=150m3/h、H=56m、P=55kW江心洲廢水池

南京緯三路過江隧道為雙管雙層盾構隧道，根據地理位置分為南北兩線(南線簡稱S線，北線簡稱N線)，N、S線隧道盾構縱斷面均呈“W”型。在盾構隧道段，即N、S線隧道線路最低點分別設置2座，共4座江中廢水泵房，每個廢水泵房集水池內均設4臺潛水排污泵。廢水排水系統采用2級提升方案，將廢水提升到盾構工作井廢水泵房的廢水池內，即4處江中廢水泵房分別出水至江北工作井、N線江南工作井和S線江南工作井，再由工作井廢水泵房排至市政污水管網，隧道排水泵房布置及排水去向如圖9所示，其中N線1#、2#泵房、S線1#、2#泵房均設置輔助排水泵。但對整個盾構段隧道而言，廢水排水系統還是1級提升方案。廢水泵房布置情況見表6。

圖9 南京緯三路過江隧道排水示意圖

Fig. 9 Sketch of drainage diagram of river-crossing tunnel on Weisanlu municipal road

表6南京緯三路過江隧道泵房布置

Table 6 Pump room arrangement of river-crossing tunnel on Weisanlu municipal road

廢水泵房廢水泵臺數廢水泵參數排水去向N線1#泵房4Q=120m3/h、H=90m、P=55kW江北工作井N線2#泵房4Q=120m3/h、H=60m、P=55kW N線江南工作井S線1#泵房4Q=120m3/h、H=90m、P=55kW江北工作井S線2#泵房4Q=120m3/h、H=45m、P=60kW S線江南工作井

4.2 提升方案比較

對南京緯七、三路過江隧道系統提升方案進行比較，具體內容見表7。

表7 南京緯七、三路過江隧道系統提升方案比較

由表7可知，兩個過江隧道系統提升方案思路基本一樣，只是在不同隧道縱斷面情況下有所變通，其共同點如下： 1)盾構段過江隧道部分采用1級提升方案，其優點為避免在盾構段隧道內設置中間接力泵房，以方便排水設備布置、安全疏散設計等，同時降低投資造價，方便設備管理； 2)整條隧道采用2級提升方案，其優點為可以利用工作井空間設置中間接力廢水泵房，從而大大減小廢水泵揚程，有利于廢水泵選型和廢水泵布局。

4.3 隧道斷面及廢水泵房布置

南京緯七路過江隧道盾構段為圓形結構，由車道板分為上下2大部分，上部為行車道層，下部為服務層。行車道層為單向三車道，服務層由結構劃分為3部分，左側空間作為疏散滑道設置空間，同時利用疏散滑道的間隔設置隧道變壓器及江中泵房； 右側空間作為隧道強、弱電纜通道； 中部空間分為疏散通道和檢修救援專用通道。隧道建筑限界及設備布置斷面如圖10(a)所示。

左、右線隧道江中廢水泵房集水池設于隧道車道板下安全通道左側，平時收集隧道沖洗水、少量雨水和結構滲漏水，發生火災時收集消防廢水。廢水泵房集水池安裝了3臺潛水排污泵(Q=150 m3/h、H=56 m、P=55 kW)。隧道底部集水溝只收集隧道下層的結構滲漏水和沖洗水，廢水量很小，集水溝內安裝了4臺小型潛水泵(Q=10 m3/h、H=4.5 m、P=1 kW)。

南京緯三路過江隧道根據圓隧道斷面的特點，采用雙層車道方案，上下層分別布置2條，共4條行駛車道，采用上下層互為疏散救援通道的方式。隧道建筑限界及設備布置斷面如圖10(b)所示。

從隧道盾構斷面的結構形式可以看出，盾構段的集水通道沿盾構段全程貫通，且集水通道位于行車道下方。其中左側壁上層空間為逃生通道，下層空間為逃生通道樓梯間，右側壁上層空間為排煙道，下層空間為管廊空間，逃生通道、逃生通道樓梯間、排煙道均為防災救援需用的消防設施空間，給排水設施可布置的空間非常有限，唯一可以放置水泵的空間為排煙道下側的管廊空間以及集水通道內。集水通道的最深處深度約為0.878 m，隧道地面的消防廢水、沖洗水等通過地面排水溝匯至集水通道，集水通道的水通過漫流自流匯至最低點，形成集水池，其容量為50 m3。

(a) 南京緯七路過江隧道

(b) 南京緯三路過江隧道

江中廢水泵房布置方案為： 選擇無堵塞的自吸式排污泵，水泵泵體設置于排煙道下方的管廊空間內，吸水管沿隧道側壁伸入集水池中。每座泵房內均設置4臺廢水泵并聯運行，型號相同，平時一用三備，消防時三用一備，單臺自吸泵選型參數見表6。由于其運營效果不佳，后改為在每座泵房的集水池中分別設置4臺流量為20 m3/h，揚程為12 m的小型潛污泵，其出水管分別與4根自吸泵吸水管相接，通過設置自動控制方式，使潛污泵與自吸泵同時啟動同時停泵，形成2組水泵接力運行的模式，運行效果良好。

4.4 廢水泵房布置比較

南京緯七路過江隧道為單層隧道，行車道板下設有逃生通道，有足夠的空間設置廢水池及廢水泵房，因此廢水排水系統設計為常規的潛污泵，水泵濕式安裝，操作閥門及排水管橫向布置在隧道底部；緯三路過江隧道為雙層隧道，底部集水槽空間不足1 m，不足以安裝大型潛污泵，因此只能安裝干式自吸水泵，但由于環境條件限制，自吸泵的啟動跟設計初衷反差較大，因此設置輔助排水泵。

5 過江隧道消防管爆管的控制

無論是南京3、10號線過江隧道，還是南京緯七、三路過江隧道，均設有消火栓管，緯七路隧道還設有自動滅火系統管道。這類過江隧道均有發生消防管道爆裂的可能性，因此在設計廢水排水系統時應考慮消防管爆管廢水，而如何處理該廢水目前沒有統一的定論，本文提出消防管爆管控制理念和技術如下。

5.1 過江隧道消防管爆管控制理念

首先，盾構過江隧道(特別是道路過江隧道)一旦發生嚴重的消防管爆管，產生的積水會嚴重影響交通運行，后果比較嚴重，因此有必要解決爆管廢水問題；其次，盾構過江隧道內不具備設計大廢水池或大幅度提高廢水泵排水能力的條件，必須通過給水排水以外的技術來解決爆管廢水問題； 最后，從研究消防管爆管廢水的特點出發來研究解決這個問題。消防管爆管廢水有3個特點： 1)消防管爆管是小概率事件，消防管爆管廢水出現的可能性很小； 2)不同材質的消防管爆管、不同水壓的消防管爆管以及不同管理條件下的消防管爆管，其產生的消防管爆管廢水量差別很大，消防管爆管廢水量很難量化； 3)一旦發生消防管爆管，運營管理部門必須及時對爆管進行處理，所以爆管廢水不應持續長流。針對以上特點，設計思路為：火災和消防管爆管同屬于小概率事件，幾乎不可能同時發生，如果能從技術上將消防管爆管廢水量控制到小于消防廢水量，那么隧道廢水排水能力就可以只考慮消防廢水量，而不必考慮消防管爆管廢水量。因此，設計理念為通過相應的控制措施，將消防管爆管廢水量控制在某個范圍，即小于消防廢水量，從而解決供水管爆管廢水問題。

5.2 過江隧道內消防管爆管控制技術

對過江隧道消防管道安裝消防管爆管預警裝置，該裝置包含：預警控制中心、消防穩壓泵啟泵頻率監測系統、廢水排水信息監測系統。1)預警控制中心包含顯示器、電腦主機、報警裝置、打印機，其中顯示器與電腦主機連接，電腦主機通過電纜分別與報警裝置、打印機連接； 2)消防穩壓泵啟泵頻率監測系統主要指穩壓泵啟泵頻率計數器，它集成于穩壓泵控制柜內，消防穩壓泵通過電纜與控制柜連接，控制柜及穩壓泵啟泵頻率計數器通過電纜與電腦主機連接； 3)廢水排水信息監測系統包括廢水泵啟泵頻率計數器、累計流量檢測設備，其中累計流量檢測設備設置在廢水泵房出水總管上，廢水泵啟泵頻率計數器的一端通過電纜與廢水泵連接，另一端和累計流量檢測設備均通過電纜與電腦主機連接。該裝置工作原理為： 消防穩壓泵啟泵頻率監測系統、廢水排水信息監測系統均通過電纜與預警控制中心連接，通過對隧道內消防給水系統穩壓泵啟泵頻率、廢水泵啟泵頻率及單位排水周期內累計廢水排水量的監測，再經過智能信息處理系統的分析，判斷消防管道是否存在嚴重滲漏問題。如果消防管道存在嚴重滲漏，系統就會及時報警并打印檢修工單，同時將事故信息以短信形式通知運行管理人員。其中，穩壓泵啟泵頻率監測系統與廢水排水信息監測系統，二者既可以單獨工作，又可以實現互補，確保消防管爆管預警技術的安全性。該技術目前已申請國家專利(專利號： ZL201620900673.7)。

6 結論與建議

通過對南京4條盾構過江隧道廢水量、排水能力、提升方案、泵房布置及爆管控制措施等多方面綜合對比和分析后，形成如下結論。

1)應充分考慮隧道內可能產生的各種廢水量。過江隧道消防廢水量不但要考慮室內消火栓系統的消防廢水量，而且還要考慮室外消火栓系統的消防廢水量和自動滅火系統的消防水量。

2)應合理確定隧道廢水泵房的排水能力。廢水泵房的排水能力主要考慮排除消防廢水，但預留自動滅火系統時，還應該考慮該部分的消防廢水量；另外，不必考慮設置備用廢水泵。特殊情況下，地鐵過江隧道可以不考慮室外消火栓系統的消防廢水量。

3)應結合隧道長度、埋深等因素，合理確定隧道的廢水提升方案。地鐵過江隧道系統提升方案盡量采用1級提升方案，不僅是為了節省投資和便于管理，還是為了方便隧道下部空間的利用。道路過江隧道提升方案：盾構段過江隧道部分采用1級提升方案，整條隧道建議采用2級提升方案。

受盾構斷面尺寸影響，盾構法過江隧道存在廢水集水池及泵房布置空間有限、設備檢修不便等困難，對廢水排水系統的設計建議如下。

1)建議結合隧道斷面尺寸合理布置廢水泵房。過江隧道斷面布置緊湊，車道布置形式變化多端，布置泵房時應根據具體情況設計，如南京3號線過江隧道就創新地運用了“局部動態干式廢水泵房”理念布置廢水泵房，解決了列車運行與水泵檢修直接沖突的問題，取得了良好的效果。

2)建議過江隧道內的消防水管等有壓管道采取爆管預警技術，以合理控制爆管現象的發生，降低事故廢水量，確保過江隧道廢水排水系統安全可靠。

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