淺析下穿通道排水系統設計

趙紅玉

（廈門市市政工程設計院有限公司，福建 廈門 361000）

隨著社會經濟的增長與城市的飛速發展，城市交通網絡不斷完善，城市立體交叉道路數量的不斷增加，極大改善了城市交通狀況，為城市發展提供良好的基礎條件。但是，由于建筑物、廣場和道路的建設，不透水面積逐年增加，而早期實施的雨水系統標準較低，使得現有系統難以承受日益增加的積水狀況，尤其是下穿式立體交叉道路的排水系統，問題越發突出。近年來不斷有因降雨、特別是暴雨造成一些下穿式立交橋積水的報道，有時積水深達1～2 m，導致車輛熄火，交通嚴重堵塞，甚至威脅到人員的生命。為此需采取措施，加強管理與維護，減少或解決下穿立交橋積水問題，更需對立交橋排水現有規范、規定進行反思與討論。

一、下穿通道排水設計要求及設置原則

現行的《室外排水設計規范》（GB 50014—2006，以下簡稱“規范”）對立體交叉道路排水有以下要求：

（1）雨水管渠設計重現期不應小于10 年，中心城區的重要區域設計重現期應為20～30 年，同一立體交叉工程的不同部位可采用不同的重現期。

（2）地面集水時間宜為2～10 min。

（3）徑流系數宜為0.8～1.0。

（4）下穿式立體交叉道路的地面徑流，具備自流條件的，可采用自流排除，不具備自流條件的，應設泵站排除。

（5）匯水面積應合理確定，宜采用高水高排、低水低排互不連通的系統，并應有防止高水進入低水系統的可靠措施。

（6）立體交叉地道排水應設獨立的排水系統，其出水口必須可靠。

（7）當立體交叉地道工程的最低點位于地下水位以下時，應采取排水或控制地下水的措施。

按照規范應盡可能高水高排、低水低排，減少匯入低水系統的匯水區域，減少水泵提升量，為此在下穿通道引道（一般為U 型槽）起點附近設置道路反坡點，人為地創造條件使引道以外的路面雨水不排入下穿通道低水系統。

下穿通道排水系統由雨水收集設施及雨水泵房兩部分組成：（1）在引道段的兩側設置邊溝，并在引道段與暗埋段交界的洞口內側設置截水溝，雨水經截水溝匯集后截至集水池。

一般引道段縱坡較大，地面集流時間短，流速快且集中流量大，截流措施稍有不當雨水就越過橫截溝直接進入通道，造成通道積水。截水溝的寬度、設置的個數應根據截水溝進水設計流速、接納流量確定，并考慮一定的堵塞系數。相對于市政雨水泵站而言，下穿通道雨水泵房雖設計標準較高，但因相對匯水面積較小，仍屬于小型排水泵房。泵站的設置原則應符合以下原則：

（1）排水泵站應能夠及時、有效的排除設計標準下的雨水量（包括地下水滲水及廢水），一般設置在道路最低點處，并且綜合考慮周邊道路管網系統及具體工程的可實施難易程度；

（2）集水池有效容積應能同時兼顧正常情況和事故情況下的排水要求，避免水泵頻繁啟停；

（3）在排水設備出現故障時應能夠及時報警，以避免對行車及其它設備產生影響；

（4）應采用相應的供電負荷并有多種方式控制排水泵的啟停。

二、通道集水流量的計算

通道集水流量應包括兩部分：（1）U 型槽內集水。由于U 型槽屬于低洼路段，周邊雨水將直接匯集至U 型槽兩側邊溝，通過在最低點設置截水溝將匯集的雨水截住，收集至集水井，此段雨水流量應按照流量計算公式Q=ψqF 計算。（2）通道內滲水。當通道處于地下水位之下時，或者通道較長時通道內滲水必須考慮，根據通道（或者隧道）圍堰地質情況，一般按照其長度的最大涌水量來計算通道內滲水量。另外，下穿通道內集水量還包括特殊情況下的消防廢水。

對于下穿通道的排水設計，集水流量計算是否正確合理，將從根本上影響排水設計的質量，并影響工程投資。

三、泵的選擇

雨水泵的選擇應依據雨水設計流量數據，還需要考慮通道的平面布置情況，如泵站可用空間較小，就需要選擇流量大的泵，可用空間大，可以適當增加泵的數量，選擇流量小的泵，多臺同時工作。選擇的總原則是工作泵的流量總和要等于或大于雨水設計流量Q。如某通道50 年一遇的最大暴雨量為0.20m3/s（合720 m3/h），則應選擇3 臺泵，每臺流量可選擇250m3/h。

按照《地鐵設計規范》規定：洞口的雨水泵站宜設三臺排水泵，最大水量時三臺泵同時工作，每臺泵的排水能力應大于最大小時排水量的1/3。即雨水泵房不設備用泵。根據已建通道設計經驗，考慮到通道排水的重要性，有必要設置備用泵。

四、集水池調節容積的計算

因雨水流量受降雨強度影響，變化較大，時多時少，水泵啟停依靠人工控制很困難也麻煩，因此雨水泵的啟停常采用自動控制。在《室外排水設計規范》第4.21條規定：“集水池容積，應根據水量，水泵能力和水泵的工作情況等因素確定。一般應符合下列要求：雨水泵房的集水池容積不應小于最大一臺泵 30s 的出水量（注：當水泵機組為自動控制時每小時開動水泵不得超過 6 次）” 。隨著水泵技術的不斷提高，電動機的特性有了很大的改善，但水泵的頻繁啟動仍對電機有較大的傷害，因此在實際工程案例中，在條件允許的情況下，會比較保守的將集水池容積放大，以滿足最大一臺水泵3-5 分鐘的出水量，同時，還采用多液位控制或延時啟動的方式控制水泵啟停，盡量減少水泵的啟停次數。

五、具體工程實例

1 設計計算

《同集路改造工程——舊324 國道下穿同集路》的雨水泵站設計中，暴雨重現期采用50 年，U 型槽匯水面積1.3公頃，經計算，雨水提升泵站設計流量Q=3600m3/h。根據泵房結構形式，同時應建設單位要求，選擇五臺潛水排污泵，按三用一備一檢修的方式運行。

2 工藝參數

由于設計標準提高，設計雨水重現期為50 年，一般情況下，雨水泵站的流量很難達到設計流量，因此采用多水位啟動的方式控制水泵。提升泵站設計停泵水位、報警水位一、報警水位二等三個水位控制點。其中集水池中的水位達到啟泵水位時，啟動一臺潛水泵；若集水池中的水位達到報警水位一時，再啟動一臺水泵，兩臺水泵同時運行；若水位達到報警水位二時，再啟動一臺水泵，三臺水泵同時運行。如此運行，減少水泵頻繁啟停次數。

雨水提升泵站為全地下室結構，位于舊324 國道下穿同集路通道南側最低處，泵站平面設計尺寸為13000×5600mm，正常運行時有效水深為1m，有效容積為72.8m3，滿足單泵3.64min 的出水量。設置5 臺潛水排污泵，水泵參數如下：

數量：5 臺（三用一備一檢修）、流量：Q=1200m3/h、揚程：H=14m。

功率：P= 75kW、轉速：R=985r/min、泵重：m=1676kg

安裝方式：自耦式安裝（具體安裝尺寸參照訂貨設備安裝大樣）。

要求水泵泵體流道寬敞，固體物容易通過，纖維不易纏繞。

運行方式：五臺水泵互為備用，依次序循環啟動，即本次啟動1#水泵、2#水泵、3#水泵，下次啟動時優先啟動4#水泵、5#水泵及1#水泵，依次循環。

3 排水系統工藝流程（圖1）

結語

城市下穿通道排水設計是一項系統工程，涉及道路、排水、結構、電氣及自動控制等多專業，設計中要根據片區規劃，結合工程實際，選擇合理的設計參數，最后進行計算，同時并對泵站選址、建造型式等進行多方案的比選以確定最優方案，保證通道排水系統的安全可靠。

[1]李鐵鷹.自控泵站集水池容積的計算問題探討[J].中國給水排水，1995 （06）.

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[3] GB50014-2006，室外排水設計規范[S].

[4]張中和.給水排水設計手冊第五冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

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