談城市下穿隧道排水系統設計

卓 瑞 忠

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，福建 廈門 361000)

隨著城市交通的發展，城市下穿隧道也越來越多，為保證下穿隧道的安全運營，其排水的重要性也日益提高，目前，隧道排水系統設計主要參照GB 50157—2013地鐵設計規范、上海地方標準DG/T J08—2033—2008道路隧道設計規范，但是由于地鐵和隧道運營條件的不同，兩者設計中存在著一定差異，本次隧道排水系統設計結合工程自身特點對隧道排水系統設計進行分析。

1 工程概況

廈門市環島路(鰲山路—高殿二號路段)工程位于廈門島北部，東起鰲山路，接在建環島路(集美大橋—鰲山路段)，向西以橋梁形式上跨鰲山路，在高崎北路至杏林大橋引橋段做下穿隧道，下穿高崎北路、嘉禾路、福廈鐵路。設杏林大橋南互通與周邊道路相接，終點接高殿二號路，路線長2.73 km。其中，下穿隧道右線長1 005 m，U型槽工程右線長234+171=405 m，如圖1所示。

本工程隧道排水系統根據排水水質分為雨水排水系統和廢水排水系統。

2 雨水排水系統

為防止隧道引道段雨水進入下穿隧道,在隧道東西端左右線及A匝道的U型槽位置分別設置1號、2號、5號、6號、7號五個雨水泵房，見圖2。

2.1 雨水泵房設置位置

本工程主線下穿隧道道路坡呈V字形，其雨水縱斷面圖如圖3所示。

2.2 雨水量計算

雨水量按廈門地區暴雨強度公式計算，見式(1)，式(2)。

Qs=qψF

(1)

(2)

其中，Qs為雨水設計流量，L/s；q為設計暴雨強度,L/(s·hm2)；t為降雨歷時,min；T為設計重現期,年；ψ為徑流系數；F為匯水面積，hm2。

2.3 設計參數確定

設計重現期P影響雨量大小,由于下穿隧道工程的雨水設計重現期P的取值各個規范不統一。其中,GB 50014—2006,室外排水設計規范(2014年版)規定：大城市中心城區地下通道設計重現期取20年～30年；《地鐵設計規范》規定：隧道洞口的雨水泵站、排水溝及排水管渠的排水能力應按當地50年一遇的暴雨強度計算。本工程以1號雨水泵房為例,分別選用設計重現期為50年,30年和20年,集水時間為min的設計暴雨強度見表1。

表1 暴雨強度比較

從表1可知，在相同集水時間下,50年重現期雨水量比30年與20年重現期雨水量僅高7%與13%，為保證隧道排水的安全運營，本工程設計重現期取50年。

2.3.1坡面集水時間

根據《室外排水設計規范》規定：地面集水時間按照坡面匯流參照式(3)確定計算。

(3)

其中，t為坡面集水時間；n為地表粗度系數，瀝青路面取0.013；L為坡面流的長度；i為引道段坡度，用小數計。

本工程1號雨水泵房U型槽坡面長度為230 m，地面坡度為3%，根據式(3)計算，t為5.47 min。

2.3.2匯水面積

隧道洞口為整體式U型槽，匯水面積取整體式U型槽的一半，包含兩部分：一部分為U型槽路面匯水面積，另一個部分為型槽側墻匯水面積，見圖4。

U型槽路面匯水面積應為U型槽終點至U型槽起點道路最高點間路面面積,在U型槽起點處設置橫截溝截留U型槽外路面雨水。本工程1號雨水泵房U型槽路面面積包括路面匯水面積F1和側墻匯水面積F2。

F1=230×(9.5+3)=2 875 m2。

U型槽側墻匯水面積取U型槽側墻面積的1/2。

2.4 雨水泵房設計規模

1號雨水泵房設計雨水量為165 L/s，雨水泵房規模取設計雨水量1.2倍為197 L/s，取200 L/s(720 m3/s)。

因降雨以設計重現期為2年～10年的降雨較多,在設計重現期為2年、3年、5年、10年時,1號雨水泵房設計雨水量如表2所示。

表2 1號雨水泵房設計雨水量

從表2可知，在設計重現期為50年時選用3臺水泵并聯工作，同時考慮水泵并聯時對單泵流量的影響，取單泵流量為250 m3/h。在降雨重現期為2年～10年情況下，兩臺泵同時啟動就能夠滿足排水要求。若泵房內水泵選用2用1備，則單泵設計流量增大，集水池容積也需加大，在降雨強度較小時，雨水在集水池內停留時間較長而不能及時排除，對隧道環境造成影響。因此本工程雨水泵房內不設備用泵，采用最大水量時3臺泵同時工作。

本工程1號雨水泵房內設置3臺防堵塞型潛水泵單泵，設計參數為Q=250 m3/h，H=15 m，N=18.5 kW，最大水量時3臺泵同時工作，雨水經泵提升經消能井后通過雨水管道獨立排入道路市政雨水管道。

3 廢水排水系統

隧道廢水排水系統包括隧道內滲水、沖洗水和消防水。

3.1 廢水泵房設置位置與數量

廢水泵房設置在隧道道路縱坡最低點。左右泵房編號分別為3號、4號，見圖2。

3.2 廢水泵房設計規模

隧道滲水量參照廈門市海底隧道翔安隧道實際排水量，按每天1 m3/m計,排水量為42 m3/h。泵房設計水量以消防時不考慮沖洗水量計,室內消防水量為21 L/s(77 m3/h)。為保障隧道排水安全運營起見，廢水泵房內加設備用泵，在每座廢水泵房內設3臺潛污泵，平時1用2備，消防時2用1備，單泵設計參數為Q=87 m3/h，H=28 m，N=15 kW，廢水由泵提升經消能井后排入市政管道。

3.3 廢水泵房壓力出水管敷設

為保障隧道排水安全運營起見，隧道低點廢水泵房壓力出水管采用雙向雙路敷設，并進行獨立排放，在另一條管道檢修時也能不間斷排水。