廣州蘿崗新城外環路下穿北二環高速隧道防洪排澇方案優化

黃天宇，易冠廷

（中恩工程技術有限公司，廣東 廣州 510660）

0 引言

廣州市是粵港澳大灣區的核心城市之一。近年來，廣州強降雨引發的洪澇災害頻發，強度不斷增大，“逢雨必澇”、“城區看海” 的現象不斷上演。其中，2020 年“5·22”特大暴雨，全市內共443 處積水，多處城市隧道出現水淹，增城廣汽本田生產基地被淹、廣州地鐵增城官湖地鐵站、新沙地鐵站嚴重浸水導致地鐵13 號線停運，全市死亡4 人。暴雨造成的洪澇災害已經成為影響廣州城市公共安全的突出問題和制約經濟社會發展的重要因素[1]。

鑒于“5.22”特大暴雨災害的影響，對正在設計和施工的市政道路項目防洪排水系統進行梳理排查。該文正是基于洪澇災害情況下，以廣州蘿崗新城外環路下穿北二環高速隧道為例，對該隧道防洪排澇方案進行優化，增設防汛安全告警系統。

1 工程概況

1.1 工程建設概況

蘿崗新城外環路（11# 路－開創大道）道路及市政工程（以下簡稱為“外環路”）位于廣州市黃埔區蘿

崗新城，是連接中心區11 號路與開創大道的一條城市主干道。起點接中心區11 號路與12 號路交叉口，路線呈北轉東轉南“C 形”走向，路線下穿廣惠高速西延線、北二環高速，上跨廣惠高速，途經南崗河、水西村、南崗河、孟田村、蘿崗鎮，終點接開創大道，路線全長約6.0 km，項目與周邊路網關系見圖1。外環路按照城市主干道設計，規劃寬度42 m，雙向6車道，設計車速60 km/h，標準橫斷面見圖2。

圖1 路網示意圖

圖2 道路標準橫斷面圖（單位：m）

有軌電車在外環路南側上跨北二環高速后在外環路與南崗河之間布線，在外環路南崗河大橋橋下向北穿過。目前北二環為現狀高速公路，外環路與有軌電車項目均在施工，見圖3。

圖3 施工現場航拍圖

1.2 南崗河水位

（1）原設計掌握的水文資料為南崗河20 a 一遇洪水位26.26 m。

（2）根據《黃埔區有軌電車1 號線（長嶺居——蘿崗）項目跨南崗河、水聲涌新建橋梁防洪評價報告》（報批稿）[廣東粵源工程咨詢有限公司，2018 年7月]，本工程南崗河位置20 a 一遇洪水為位26.26 m。100 a 一遇水位約27.94 m（本設計防洪水位取值）。

（3）歷史最高洪水位記錄，見圖4。

圖4 歷史最高洪水位記錄

a. 2017 年5 月3 日實測洪水位為26.39 m；

b. 2020 年5 月22 日實測最高洪水位為26.69 m。

（4）根據《廣州市5.22 洪澇成因分析技術報告》（2020.5.31），本工程南崗河（15+640）位置100 a 一遇洪水位為29.03 m，見圖5（此報告中100 a 一遇水位比20 a 一遇水位偏高較多，本次不采用該水位）。

圖5 廣州市5.22 洪澇成因分析技術報告中南崗河水面線

1.3 原方案設計情況

（1）南崗河20 a 一遇洪水位26.26 m，在此基礎上考慮一定富余，隧道設防水位定為26.87 m。隧道側墻頂標高為27.87 m，見圖6。

圖6 原設計隧道結構縱斷面（單位：m）

（2）堤岸沿用原南崗河岸，積水位置填土。

（3）4 個排水分區分別設置一處排水設施將水排至南崗河，見圖7。

圖7 原設計的排水分區圖

（4）泵房設計重現期20 a，通過消能井排出。

（5）雨水泵配電及控制設備均位于雨水泵房控制室內。由蘿平路路燈低壓配電房取電，采用雙回0.4 kV 電纜進線供電。

2 方案優化調整

“5.22” 洪澇災害是暴雨導致河道滿水甚至倒灌回道路，致使道路上的水排不出去，迅速匯集到隧道里面，淹沒泵房配電控制系統，造成水泵電路短路失效。此時車輛誤進入隧道，發動機熄火，人員逃生困難，最終造成2 人溺亡。為此，提出臨河隧道需要加固河堤，提高防洪標，采取措施盡量減少雨水排入泵房，將泵房供配電設備設置在高處防止水淹失效，同時增設隧道防汛安全告警裝置等優化方案，以保護人民生命安全。

根據有軌電車的防洪報告，本項目位置南崗河100 a 一遇水位約27.94 m （推算），保證河堤滿足100 a 一遇洪水位不漫頂為前提。

2.1 河堤加高工程

2.1.1 南崗河河堤現狀

南崗河河堤原本是土質河堤，有軌電車1 號線施工時將部分河堤改為水泥混凝土擋墻河堤，見圖8。

圖8 南崗河河堤情況

2.1.2 河堤加高平面布置

道路樁號K0+960 ～K1+300 段現狀河堤高程較低，需將本段河堤堤頂高程加高，長度約320 m，見圖9。

圖9 南崗河河堤加高平面分段圖

2.1.3 河堤加高斷面

（1） 北二環高速橋底段（河堤C 段，K1+020 斷面），現狀地面高程為24.3～26.0 m，加高后堤頂高程為28.60 m，采用填土加高河堤，見圖10。

圖10 北二環高速橋底段河堤加高橫斷面（單位：cm）

（2）K1+100 ～K1+200 段， 現 狀 地 面 高 程 為26.87～27.07 m，加高后堤頂河堤為28.60 m，堤頂新建C30 鋼筋混凝土擋土墻，見圖11。

圖11 K1+100～K1+120 段河堤加高橫斷面

2.2 隧道工程

（1）北二環橋梁底標高最低為28.785 m，位于與本隧道投影重疊處東南角，見圖12。南崗河100 a 一遇水位27.94 m，高出原設計側墻頂高程27.87 m。

圖12 下穿隧道平面圖

為增加防洪安全富余，將隧道側墻抬高，但又需考慮混凝土振搗施工的可行性，故橋底處將側墻抬高至梁底20 cm 處，即橋底側墻頂最低28.58 m，其余外側側墻標高定為29.70 m，內側側墻標高定為28.60 m（見圖13），均高于100 a 一遇洪水位27.94 m。隧道兩端擋墻也相應加長加高。

圖13 北二環高速位置處橫斷面

現場第10 和11 節段主體結構已施工澆筑，鑿除側墻頂部40 cm，鋼筋接長加高再澆筑。第1 節段左幅、第8 節段左右幅已澆筑底板混凝土，側墻鋼筋接長加高，見圖14。

圖14 隧道結構現場施工照片

（2）隨著設防水位提升，排水體積隨之增大，原設計抗浮已不滿足要求。已施工底板節段，通過回填壓重混凝土墊高，同時解決抗浮問題。未施工節段整體抬升，基本維持原設計壓重混凝土厚度，可減少排水體積，僅橋下節段3 和4 分別加厚0.1 m 和0.2 m壓重混凝土，即可滿足抗浮要求。已施工抗拔樁采用破樁頭+ 接樁方式加長。

（3）北二環橋面排水

北二環橋面排水現狀為直接外排至橋下，見圖15。

圖15 2017 年5 月3 日實拍照片

現場踏勘，北二環高速高架橋排水孔設置于兩幅橋各自東側，即橋梁兩幅中部和東幅橋東側設有排水孔(管)，見圖16。考慮將北二環橋面雨水接走，設置鋼筋混凝土槽收水，并通過縱坡引流至南側人行道外落地，接入地面排水系統排走，見圖17。

圖16 北二環高速排水孔

圖17 北二環高速橋面雨水收排水系統圖（單位：cm）

收水槽深度30 m，寬度80 cm，見圖17。經排水專業核算，過水斷面面積滿足北二環橋面排水需要。

2.3 排水工程

（1）排水設計優化方案

根據高水高排、低水低排原則，盡量使周邊雨水通過自然排放獨立排至河涌。本工程結合100 a 一遇洪水位，地面標高在28.6 m 以上雨水采用重力自然排放，低于28.6 m 雨水通過泵房排放，見圖18。

圖18 調整后的排水分區圖

1 號區域：加密道路雨水口布置，在進入隧道前設置截水溝，雨水通過管道收集后在地面標高大于28.60 m 位置排至河涌。

2 號區域：新建明渠收集山體和地塊雨水，使地面標高大于28.60 m 雨水不排入隧道，山體和地塊水通過收集后獨立排至河涌。

3 號區域：加密路口位置雨水口布置，在進入隧道前設置截水溝，雨水通過管渠收集后排至河涌。

4 號區域：雨水通過設計箱涵收集排至河涌。

（2）隧道泵房調整

本工程泵房按照100 a 一遇標準進行調整，地面標高低于28.6 m，雨水通過泵房的排放，使得泵房匯水面積增加到1.47 hm2，采用三臺水泵工作，其中1 臺350WQ1500-15-90 水泵和2 臺500QW2600-15-160，泵房設計流量為6 700 m3/h。泵房出水管道由DN800 調整為DN1000，并取消消能井改為壓力管直排河涌，見表1。

表1 隧道泵房參數前后對比表

為避免因周邊管網標準影響到泵房排澇標準，與泵房相關的排水管道按照100 a 標準進行設計。

2.4 電氣工程及交通設施

（1）將雨水泵房水泵相關配電控制設備移至北側邊坡頂上設置，新設箱式變電站，采用雙回路10 kV電源供電，大幅提升隧道泵房供電的可靠性。配電控制線纜通過北二環外側防墜落支架橫跨外環路，下地后埋地通過預留線纜進線口進入雨水泵房，見圖19。

圖19 電氣主接線圖及泵房配電控制設備布置示意圖

（2）增設防汛安全告警系統

a. 東西入口前各建設一根多功能燈桿，作為攔截系統設備掛載的物理載體，包括：視頻監控、信息發布、應急廣播、隧道指示燈。布設位置見圖20。

圖20 防汛系統設備布置平面圖

b. 東入口建設一套交通邊緣服務器，作為前端系統的信息采集、處理、計算、控制等。

c. 隧道東西入口限高架頂上設置信息顯示屏；在隧道轉入路口設置交通信息牌，提示繞行。

d. 隧道涉水區內部署電子水尺2 個，超聲波液位傳感器2 個，隧道內視頻監控2 個。

e. 接入黃埔區隧道防汛應急系統及市政應急指揮平臺。物理載體及運作原理見圖21。

圖21 防汛安全告警系統系統拓撲圖

城市隧道防汛安全告警系統可通過 “AI 視頻圖像識別”與“液體傳感器”自動感應隧道水位情況，并實現傳達、警示、以及過路車輛的道閘攔截。

目前，該系統已實現分級處理功能。當隧道水位到達10 cm，啟動一級預案，隧道入口處警示指示燈亮起，廣播語音及LED 信息情報板提示車輛繞行，預警信息推送給相關人員及平臺。當隧道水位淹沒涉水線，則啟動二級預案，隧道入口禁行指示燈亮起，LED 信息情報板提示車輛禁行，聲光報警器拉響，雙向車輛攔截系統啟動，道閘關閉，報警信息推送給相關人員及平臺，見圖21。

城市隧道防汛安全告警系統全面提高隧道防汛的監控、預警和管理能力。該套系統已在廣州黃埔區匯星路隧道、開源大道隧道投入運行（見圖22）。當積水達到預警水位，將亮起信號燈，隧道自動放下道閘禁止車輛通行[3]。

圖22 防汛安全告警系統實例

3 結語

本文以實際工程為例，結合廣州“5.22”超百年一遇洪水位情況，重新梳理了提高設計洪水位后對本項目道路工程、隧道工程、排水工程、河堤工程和電氣及交通工程等專業的影響。對臨河側隧道側墻加高，根據河堤現狀河堤類型及標高情況進行河堤整治；同時依據新的設計標準，重新對匯水區域進行校核，完善雨水管網加強排水，優化隧道泵房配置；將隧道排水泵房控制設備調整至高處免受水淹失效，在該隧道增設城市隧道防汛安全告警系統（見表2），用科技助力防汛減災，推動防汛應急搶險工作智慧化，最大限度保障人民群眾生命財產安全，為日后相似工程提供借鑒和參考。

表2 本工程方案優化前后對比表