下穿隧道雨污分流排水系統探討

李國威

（廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，廣州 510507）

1 引言

下穿隧道路面通常比隧道外路面低，隧道內匯集有結構滲漏水、道路沖洗水、火災時的消防排水以及降雨時的地面徑流水等，由于下穿隧道最低點往往位于附近河湖等水體或城市排水管網之下，不具備重力自流條件，無法直接排除隧道內積水，故需布置排水泵站進行排除。

目前，下穿隧道排水系統的類型主要分為以下兩種：

1）采用雨污合流方式，如圖1所示。通常僅在隧道最低點設置1座排水泵站，主要適用于封閉段長度較短的隧道。隧道所有排水均通過邊溝收集，匯入最低點的排水泵站統一排放。該系統較為簡單，建設成本和運營維護成本均較低，但雨污水采用同一套排水設施，泵房未進行雨污分流排放，初期徑流雨水等污染程度較大的排水直接排入附近河湖等水體或城市雨水管網將造成一定的污染。

圖1 常見下穿隧道雨污合流排水系統

2）采用雨污分流方式，如圖2所示。通常在隧道封閉段和敞開段分界處設置雨水泵站，在隧道最低點設置污水泵站，主要適用于封閉段長度較長的隧道。敞開段的雨水被洞口的橫截溝攔截后匯入雨水泵站加壓排放，污廢水通過隧道封閉段內的邊溝收集匯入最低點的污水泵站進行加壓排放。該系統根據排水的污染程度進行分類收集，設置多座排水泵站，末端排出管根據水質分類排放，有效減少了對受納排水系統的污染，但相應增加了初期建設成本以及后期的運營維護成本。此外，污染程度較大的初期徑流雨水通過雨水泵房加壓排入附近河湖等水體或城市雨水管網也將造成一定的污染。再者，據以往設計經驗，當隧道引路縱坡達到3%左右時，橫截溝往往不能完全攔截敞口段的全部地面徑流，會出現部分雨水匯入污水泵站的情況，為此，需加大污水泵站的排水規模以及污水潛污泵的流量配置，相應增加了運營成本。且目前橫截溝的整體穩定性欠佳，在使用一定時間后結構容易出現變形或破損情況，嚴重影響行車安全，也增加了橫截溝的維修保養工作量。

圖2 常見下穿隧道雨污分流排水系統

2 新型下穿隧道排水系統設計的探討

結合上述兩種常見下穿隧道排水系統的優缺點，提出一種可以實現雨污分流、減少初期雨水徑流污染、降低初期建設成本和后期運營管理成本、確保行車安全、節能環保的新型下穿隧道排水系統[1-3]。

該排水系統無須在隧道兩端洞口處設置橫截溝，保留常規的排水邊溝，僅需在隧道最低點設置1座雨污分流的排水泵站，末端排出管根據水質分類排放。適用范圍廣，尤其適用于因建設成本有限或建設空間有限，無條件布置多座泵站等原因的下穿隧道，其主要組成部分包括：

1）隧道排水邊溝，沿隧道路面兩側布置排水溝，收集隧道范圍的結構滲漏水、道路沖洗水、火災時的消防排水以及降雨時的地面徑流水等，邊溝宜采用矩形斷面，排水坡度宜與隧道縱坡保持一致。根據上述排水總量以及路面縱坡坡度計算確定邊溝的尺寸大小。邊溝采用牢固的排水蓋板，并間隔25～30 m設置沉砂池等沉沙設施。

2）排水泵站，該泵站設有格柵井、集水池、泵房操作間和配電房等。格柵井布置在集水井進水管處，主要阻攔隧道排水中粗大的固體雜質，以防止雜物阻塞和損壞水泵。集水池分為兩部分，一部分儲存污、廢水，主要為隧道結構滲漏水、道路沖洗水、消防排水以及降雨初期徑流量，有效容積根據上述排水量以及潛污泵配置情況進行合理取值；另一部分儲存雨水，有效容積根據隧道匯水區域的地面徑流水量以及潛污泵配置情況進行合理取值，雨水排水規模應滿足相關技術規范要求，并根據相應排澇標準進行校核。潛水泵布置宜采用單行排列。泵房操作間內設置水泵出水管及閥件、起重設備、通風換氣裝置等，主要機組的布置和通道寬度，應滿足機電設備安裝、運行和操作的要求。配電房內設置潛污泵的配電柜及控制箱，配電房可布置在泵房操作間旁，也可布置在隧道上方地面，如地面條件允許，建議優先選擇布置在地面上，以免發生隧道內淹水時潛污泵癱瘓無法使用的情況[4，5]。

3）排水泵站排出管分為兩路，根據水質污染程度分別接入不同的排水系統，污、廢水接入附近城市污水管網，雨水接入附近河湖等水體或城市雨水管網，如圖3所示。

圖3 新型下穿隧道雨污分流排水系統

上述下穿隧道排水系統各組成部分均應滿足現行GB 50014—2021《室外排水設計標準》及GB 50265—2010《泵站設計規范》等規范的相關條文要求。

3 雨污分流泵站的設計與工作原理

3.1 雨污分流泵站的設計

與常規排水泵站相同的是，泵站構造分為操作間和集水池兩部分，一般采用潛污泵進行加壓排水。不同的是，雨污分流泵站的集水池分為污水集水池和雨水集水池兩部分，兩個集水池分別配置相應的潛污泵。其中，污水集水池的有效容積不應小于最大一臺水泵5 min的出水量，且每小時開動水泵不宜超過6次，根據結構滲漏水、道路沖洗水、消防排水以及降雨初期徑流量合理設置，配置不少于2臺工作泵和不少于1臺備用泵，以滿足非降雨工況的排水需求。雨水集水池的有效容積不應小于最大一臺水泵30 s的出水量，根據下沉隧道所處位置和重要性等具體情況，確定設計暴雨強度，根據路面鋪裝情況選取合適的綜合徑流系數，計算出隧道匯水面積在設計重現期內的雨水設計流量，配置不少于2臺工作泵和根據泵房重要性設置備用泵，當水量變化很大時，可配置不同規格的水泵，但不宜超過兩種，也可采用變頻調速裝置或采用葉片可調式水泵，以滿足降雨工況的排水需求。

3.2 雨污分流泵站的工作原理

3.2.1 非降雨工況

主要排水對象為隧道內的結構滲漏水、道路沖洗水以及火災滅火時的消防排水，上述排水沿邊溝匯集至泵站污水集水池內，經污水潛污泵加壓提升排至市政污水管網。工作流程為：（1）當污水集水池水位上升至Hw1時，開啟1臺污水潛水泵；（2）當水位上升至Hw2時，開啟第二臺污水潛水泵；（3）當水位降至Hw1時，關閉其中一臺污水潛水泵；（4）當水位降至Hw0時，關閉所有污水潛水泵。此時污水集水池內水位降至最低有效水位，完成整個非降雨工況的排水。

上述工況以3臺污水潛污泵（兩用一備，輪換使用）為例，如配置3臺以上污水潛水泵時，水泵啟停水位設置以此類推。

3.2.2 降雨工況

主要排水對象為隧道匯水面積內的地面徑流水、結構滲漏水、道路沖洗水以及火災滅火時的消防排水。（1）降雨初期，初期徑流雨水以及其余排水匯集至泵站污水集水池，水泵啟停水位同非降雨工況；（2）當降雨持續，污水集水池的水位超過集水池最高點時，關閉所有污水潛水泵，水位繼續上升，污水集水池內的水溢流至雨水集水池內；（3）當雨水集水池水位上升至Hy1時，開啟1臺雨水潛水泵；（4）當水位上升至Hy2時，開啟兩臺雨水潛水泵；（5）當水位上升至Hy3時，開啟3臺雨水潛水泵；（6）當水位上升至Hy4時，發出報警信號，并開啟4臺雨水潛水泵；（7）當水位降至Hy3時，關閉其中1臺雨水潛水泵；（8）當水位降至Hy2時，關閉兩臺雨水潛水泵；（9）當水位降至Hy1時，關閉3臺雨水潛水泵；（10）當水位降至Hy0時，關閉所有雨水潛水泵，并開啟污水集水池內的兩臺污水潛水泵；（11）當污水集水井水位降至Hw1時，關閉其中一臺污水潛水泵；（12）當水位降至Hw0時，關閉所有污水潛水泵。此時污水集水池和雨水集水池內水位均降至最低有效水位，完成整個降雨工況的排水。

上述工況以4臺雨水潛污泵（三用一備，輪換使用）及3臺污水潛污泵（兩用一備，輪換使用）為例，如配置不同數量的潛水泵時，水泵啟停水位設置以此類推。

降雨工況排水泵站排出管的設置：污水潛水泵出水管匯合后排入附近市政污水管網，雨水潛水泵出水管匯合后排入附近河湖等水體或城市雨水管網，如圖4所示。

圖4 雨污分流排水泵站剖面示意圖

4 結論

相較于現有下穿隧道排水系統，新型排水系統主要具有以下特點：（1）采用的邊溝可以收集隧道內的所有雨水、污廢水，無須在隧道封閉段和敞開段交界處設置橫截溝，在滿足排水需求的情況下保證行車安全和提高行車的舒適度，也減免了后期橫截溝維修保養的工作。（2）僅需在隧道最低點建設一座排水泵站，采用的排水泵站能夠分類儲存和排放雨、污水，減少泵站數量，大大減少了泵站的占地面積，降低了初期建設成本和日常運營維護成本。（3）末端排出管分兩路，根據排水水質進行分類排放，降雨工況和非降雨工況根據排水量情況自動啟停相應的潛水泵進行排放，高效節能、綠色環保。（4）將污染程度較大的初期徑流雨水存儲至污水集水池，并排入城市污水管網，有效防止對附近河湖等水體或城市雨水管網造成污染。

該新型下穿隧道排水系統結合了常規排水系統的優缺點，具有較為廣泛的適用性，尤其適用于因建設成本有限或建設空間有限，無條件布置多座泵站等原因的下穿隧道。

該新型下穿隧道排水系統已成功申請實用新型專利。