城市下穿通道排水系統設計分析

張媛

（湖北省城建設計院股份有限公司，武漢430050）

1 引言

城市下穿通道的出現，極大地緩解了人們的交通出行壓力。但由于下穿通道的位置特殊性以及降水量的逐年增加，設計人員需要充分考慮其排水性能的設計。一旦排水設計品質不達標，就會導致下穿通道出現積水，進而影響人們的出行。

2 城市下穿通道排水系統設計標準以及原則

2019 年，相關部門推出的室外排水設計標準中明確規定：（1）排水系統規劃要以近期為主，結合遠期。近期設計年限標準為5～10 年，遠期年限標準為10～20 年。（2）地表儲水時間低于10min。（3）徑流參數約為0.9。（4）下穿通道排水設計，具有自流能力的，可采取自流排水，不具有自流能力的，應當安裝排水泵進行排水。（5）儲水面積要科學設定，可采用大水量高速排水，小水量低速排水互不連接的方式。另外，還要建設預防高排水影響低排水的設施。（6）立體且互相交叉的下穿道要分別設計排水系統，不可共用一套系統。（7）當立體且互相交叉的下穿道最低位置低于地下水位置時，設計方案應保證排水系統不干擾地下水[1]。

城市下穿通道的排水系統主要包含雨水采集設備和泵房，在對其設計時應在進入下穿通道前的路段兩側安置排水溝，并且在下穿通道洞口安置截流溝，利用截流溝將雨水疏通至儲水池之中。

通常，進入下穿通道前的道路具有一定坡度，因此，其積水速度快，并且流速大，一旦截流溝設計不合理，雨水就會沖過截流溝而進入下穿通道，導致通道內存有大量雨水。因此，設計人員應該對下穿通道坡度以及水流速度等進行綜合考慮，從而確定截流溝的長度及個數。除此之外，下穿通道水泵站的設計應該遵循以下原則：（1）排水泵可以高效地排除雨水、滲水以及污水等，其通常要設計在下穿通道的最低位置，并且要充分思考周圍環境以及現場安裝可操作性；（2）對儲水池最大存水量的設計不但要能夠應對普通情況，還要滿足特殊情況，例如，暴雨的儲水量，同時要防止反復啟動水泵；（3）要設計連鎖報警裝置，一旦排水設施發生故障，要能夠馬上做出警報，防止出現安全隱患；（4）設計時應該考慮供電最大負載，并且要設計備用的排水泵[2]。

3 下穿通道水流量的運算

因下穿通道屬于低洼道路，進而導致V 形積水出現，周圍的雨水會向通道中聚集，這時就會流入道路兩側排水溝之中，繼而進入截流溝，然后排入儲水池中。

設計人員除了要考慮雨水之外，還應該考慮地下水外滲的情況。通過對下穿通道地理狀況進行分析研究，得到下穿通道的最大滲水量，然后再對其水流量進行計算。需要注意的是，除了地下水外滲，消防水泄露也是潛在的積水隱患。

針對下穿通道的排水設計，水流量運算結果的準確性直接影響排水系統設計的最終品質。因此，設計人員要高度重視這一項工作。

4 排水泵的選取

設計人員在選取排水泵之前，應該對所在城市全年降水量進行細致分析，同時還應該思考下穿通道施工現場的實際情況。如果現場中預留的排水泵站面積比較小，那么就要選取大功率排水泵，如果預留的排水泵站面積比較大，可以提升泵的個數，同時選取小功率的排水泵，并確保其可以共同工作。設計人員在進行排水泵選取時，要遵循排水泵總功率大于雨水總流量的原則。以某下穿通道為例，其所在城市30 年所遇最多降水量為0.4m3/s（合計1 440m3/h），那么就需要設計安裝3 臺排水泵，并且確保每臺排水量能達到500m3/h，這樣才能夠保證下穿通道不被淹沒。設計排水泵的揚程，要根據儲水池流量以及收取與排除的水位差來確定。另外，設計人員在對排水泵進行設計時，要設置備用泵，這樣才能做到防患于未然。

5 雨水泵站設計標準

雨水泵站設計應使用自灌式泵站，泵站的變電部分應設計為三級負載，如果降水量比較大的地區，應設計成二級負載，同時還應該設計備用電力設施。針對地下雨水泵站而言，要設計出獨立的通風系統。設計人員應注意雨水應從正向進入，同時考慮泵站吸水能力，盡量控制渦流的出現。雨水泵站的設計流量，要按照泵站進水總流量來決定，如下穿通道存在盲溝時，其滲出水量應該獨立計算[3]。

6 儲水池容積運算

通常降水量變換范圍比較大，導致下穿通道需排水數量也多少不定，人工操縱排水泵就變得比較麻煩，因此，在設計的過程中可以將排水泵設置成自動控制。另外，在相關標準規范中規定，儲水池容積設計，要結合降水量、排水泵功率以及水泵實際工作狀況來設定。通常要遵守以下標準：儲水池總容積應高于排水泵30s 排水總量。伴隨排水泵性能的持續提升，其電機性能也得到了大幅度的提高，但是一旦排水泵啟停時間間隔過短，仍舊會對其造成損害，因此，在對其設計過程中，要在合理范圍內盡量擴大儲水池容積，保證能儲存排水泵5min 之內的排水量。除此之外，還要使用延時啟動設施來對排水泵進行控制，防止其反復啟停。

7 具體設計案例

7.1 設計計算

以某城市下穿通道為例，在對其進行設計過程中，暴雨重現期使用40 年，V 形積水面積為1.5ha，經過運算，雨水排水泵設計流量應為q=3 800m3/h。依據泵房構造分析，同時結合建設單位需求，設計人員最終選取6 臺排水泵，按照四用二備的模式工作。

7.2 工藝參數設計

因設計規范持續變高，規定雨水重現期為40 年，通常而言，排水泵實際流量相比設計流量會較小，所以要采取不同水位啟動模式來操縱水泵，分別設計報警水位以及停泵水位。

泵站位置為地下，泵站面積為15 000mm×6 700mm，正常工作時儲水池深度為2m，容積為83.9m3，其能夠滿足4.53min的排水量。設計安裝6 臺排水泵，水泵參數為：（1）數量：6 臺（四用二備）；（2）功率：q=1 350m3/h；（3）揚程：H=16m；（4）功率：P=80kW；（5）轉速：R=865r/min；（7）水泵重：M=1 878kg。安裝方法采用耦合式安裝；設計要求排水泵水道寬闊，保證固體能夠通過。

工作方式：6 臺排水泵互相備用，按照設定順序進行工作，即首次啟動1 號泵、2 號泵、3 號泵、4 號泵，下次啟動5 號泵、6 號泵、1 號泵、2 號泵，以此循環工作。

8 結語

總而言之，排水系統是城市下穿通道設計過程中的關鍵一環，相關人員要對其足夠重視，唯有如此才能夠保證下穿通道正常投入使用。基于此，本文從設計規范、相關原則以及水流量運算等方面對下穿通道排水系統設計做了簡要的分析，期望能夠為日后城市排水建設提供些許參考。