城市下穿隧道排水系統設計綜述

劉啟龍，李志遠，季紅玲

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019）

隨著我國城市交通的快速發展，城市下穿隧道越來越多。但在建設方面，與之配套的排水系統設計沒有規范、標準、細則及其他相關要求。目前江蘇省隧道排水設計主要參考現有標準，及其他省市隧道排水設計規范，如：上海市《道路隧道設計標準》DG/TJ 08—2033—2017[1]，和相關項目經驗。本文以江蘇省某市2 條隧道排水系統設計為研究案例進行探討。

1 工程概況

X 隧道、Y 隧道為城市快速路，雙向6 車道，設計速度80 km/h；其中X 隧道主線長580 m，敞開段330 m，暗埋段250 m，為僅限通行載有非危險化學品等機動車的四類隧道；Y 隧道主線長1 190 m，敞開段340 m，暗埋段850 m，有3 處匝道，其中，A 匝道、B 匝道對稱布置，敞開段125 m，暗埋段45 m，C匝道敞開段95 m，暗埋段35 m，為僅限通行載有非危險化學品等機動車的三類隧道。

2 排水系統設計概述

2.1 設計原則

1）排水應分類集中，采取高水高排、低水低排互不連通的系統就近排放。

2）隧道沖洗廢水、結構滲漏水、消防廢水及引道段的雨水應分類集中，雨水就近排入市政雨水管網或合流管網，廢水應排入污水管網或合流管網[1]。

3）根據隧道規模等級及消防規范，X 隧道不設消防給水系統，Y 隧道設消防給水系統；結合以上要求，X 隧道僅設雨水系統，Y 隧道設雨水及廢水系統。

2.2 主要設計規范和相關標準

目前江蘇省隧道排水設計主要參考《室外排水設計規范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，《地鐵設計規范》GB 50157—2013[3]，《公路隧道設計規范第一冊土建工程》JTG 3370.1—2018，《公路排水設計規范》JTG/TD 33—2012[4]，《建筑給水排水設計標準》GB 50015—2019[5]，《道路隧道設計標準》DG/TJ 08—2033—2017。

2.3 雨水系統設計

2.3.1 雨水泵房設置位置與數量

本工程X 隧道、Y 隧道道路縱坡呈V 字形，故僅在隧道最低點設1 座雨水泵房，泵房編號為X1；Y 隧道主線兩側洞口及C 匝道洞口各設置1 座雨水泵房，泵房編號分別為Y1，Y2，Y3，由于A 匝道、B 匝道對稱布置，故僅在B 匝道設置1 座雨水泵房，泵房編號為Y4，A 匝道雨水通過管道引至Y4雨水泵房內。

2.3.2 雨水設計流量計算

根據《室外排水設計規范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，雨水設計流量Qs 的計算公式為：

式（2）中：q 為暴雨強度，L/（s·hm2）；P 為雨水管渠設計重現期，a；t 為雨水管渠的降雨歷時，min；t=t1+t2，t1為地面集水時間，取2 min~10 min，t2為管渠內雨水流行時間，min；ψ 為徑流系數，取0.8~1.0；F 為匯水面積，ha。

2.3.3 設計參數確定

1）設計重現期

設計重現期P 的取值每個規范均不統一。其中《室外排水設計規范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規定立體交叉道路排水系統雨水管渠水設計重現期≥10 a、中心城區地下通道和下沉式廣場等超大城市和特大城市30 a ~50 a、大城市20 a ~30 a、中等城市和小城市10 a ~20 a；《地鐵設計規范》GB 50157—2013[3]規定應按當地50 a 一遇的暴雨強度計算。近年來，我國各大城市頻繁遭遇強暴雨襲擊，引發嚴重內澇，為保證隧道的安全運營，本工程設計重現期取規范上限值50 a。

2）坡面集水時間

《室外排水設計規范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規定地面集水時間應根據道路坡長、坡度和路面粗糙度等計算確定，但未明確具體計算公式，宜為2 min~10 min。另外，《公路排水設計規范》JTG/TD 33—2012[4]及《道路隧道設計標準》DG/TJ 08—2033—2017[1]均對坡面集水時間進行規定，見公式（3）。

式（3）中：t1為坡面集水時間，min；Lp為坡面流的長度，m；s 為地表粗糙系數，取0.013；ip為引道段坡度，用小數計。

本工程Y 隧道Y1 雨水泵房小樁號接地點至洞口處坡面長度為130 m，地面坡度為4.5%，根據式（3）計算，t1為3.81 min。

3）匯水面積

結合《建筑給水排水設計標準》GB 50015—2019 規定[5]，隧道敞開段出入口坡道應附加其高出部分側墻面積的1/2，即隧道洞口部分匯水面積包含兩部分：一部分為隧道接地點至洞口處路面匯水面積S1，另一部分為側墻匯水面積S2，見圖1。

本工程Y1 雨水泵房S1=3 640 m2；Y1 雨水泵房S2取單側側墻面積的1/2，即S2=244 m2；故Y1 雨水泵房匯水面積為3 884 m2。

合理確定隧道排水系統的匯水面積，高水高排、低水低排，并采取有效防止高水進入低水系統的攔截措施，是排除隧道積水的關鍵問題。考慮到暴雨時水流湍急，急速水流會越過道路駝峰流向下游，本工程2 條隧道主線及匝道接地點均在道路駝峰后，再增設1 道橫截溝。

2.3.4 雨水泵房設計規模

Y1 雨水泵房設計雨水量為238 L/s，雨水泵房規模取設計雨水量的1.2 倍，為286 L/s。

《室外排水設計規范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]規定雨水泵房可不設備用泵。立交道路的雨水泵房可視泵房重要性設置備用泵。另外《地鐵設計規范》GB 50157—2013[3]規定洞口雨水泵站宜設3臺排水泵，最大水量時3 臺水泵應同時工作，每臺水泵的排水能力應大于最大小時排水量的1/3。《道路隧道設計標準》DG/TJ 08—2033—2017[1]規定雨水泵房內應設置備用水泵，且水泵總數不宜少于3臺。若泵房內設置3 臺水泵，每臺水泵的排水能力應大于最大小時排水量的1/2。

因以設計重現期為2 a~10 a 的降雨較多，在設計重現期為2 a，5 a，10 a 時，Y1 雨水泵房設計雨水量見表1。

表1 Y1 雨水泵房設計雨水量

從表1 可知，在設計重現期為50 a 時，選用3臺水泵并聯工作，同時考慮水泵并聯時對單臺水泵流量折損的影響，取單泵流量為110 L/s。在降雨重現期為2 a~10 a 情況下，2 臺泵同時啟動就能滿足排水要求。

圖2B和表2示，不同分化程度腫瘤組織中CEACAM1表達方式差異有統計學意義，分化程度低的腺癌組織CEACAM1細胞質表達較多，χ2=8.649，P=0.013。中晚期食管腺癌組織樣本中CEACAM1細胞膜表達較少，細胞質表達較多，與早期食管腺癌組織相比(以細胞膜表達為主)，差異有統計學意義，χ2=25.410，P<0.001。

2.3.5 廢水系統設計

隧道廢水排水系統包括隧道管養時沖洗廢水（q1）、結構滲漏水（q2）及消防廢水（q3）。

2.3.6 廢水泵房設置位置及數量

由于X 隧道不設置消防給水系統，為減少泵房數量，X 隧道不單獨增設廢水泵房，隧道廢水收集后排入X1 雨水泵房，提升后就近排入河道或市政雨水系統內；Y 隧道設消防給水系統，存在消防廢水，結合隧道V 字形縱斷面，故僅在隧道最低點增設1座廢水泵房F1，收集隧道廢水提升后就近排入市政污水系統。

2.3.7 廢水泵房設計規模

隧道最低點通常比隧道外路面低2 m~8 m[6]，道路縱坡較大（0.5%~5.5%）[7]，水流速度較快，容易形成較強的地面徑流，洞口處橫截溝不能完全攔截敞開段雨水，以及車輛行駛過程中夾帶的雨水，筆者認為尚需考慮20%~25%敞開段的雨水量。本工程取20%敞開段雨水量（q4），為160 L/s。另外，隧道管養時沖洗廢水q1按7 L/s 考慮，結構滲漏水q2按10 L/s 考慮，消防廢水q3按消防用水量確定，即30 L/s。

F1 廢水泵房設計規模為Max {q1+q2q2+q3q2+q4}，即170 L/s。

3 排水系統問題探討

1）設計重現期

為減少隧道積水問題，應適當提高城市下穿隧道的設計重現期，一般宜取上限值。另外，隧道為百年工程，考慮到遠期城市的發展及暴雨強度的增大，建議在泵房內預留1 臺水泵安裝位置，待需要時投入使用。

2）水泵配置

考慮并聯流量折損，其排水量應比設計值大10%~20%。為使多臺并聯水泵均在高效區運行，增大并聯水泵流量，應盡量不要選用性能曲線平坦的水泵[8]。

3）隧道養護管理

隧道排水系統的正常、高效運行與日常的養護管理密不可分，以“預防為主、防治結合”為原則，重視預防性養護。對提高隧道使用壽命和耐久度來說，預防性養護意義重大，可以增加隧道的安全性[9]。

設計階段應考慮為保證隧道排水系統正常、高效運行須增設養護措施。建議在泵房內增設1 臺小流量泵，用于日常及檢修時排空集水池內積水；水泵出水管增設反沖洗管道，主泵啟動后，反沖洗閥自動打開，利用水泵揚水壓力對集水池底淤泥進行沖洗攪拌，減少水池內沉淀物的沉積，有利于泵房的維修保養。

此外，結合隧道養護管理經驗，還應著重注意以下幾點內容。

1）考慮隧道養護，隧道內未設置消防給水系統的，須從市政給水管接取1 根給水管，供隧道及泵房沖洗用水，可在隧道裝飾板后及泵房內增設沖洗水龍頭。

2）水泵出水總管一端建議增加盲板及盲板法蘭，用于清通管道內積泥。

3）建議隧道最低點增設水位尺及攝像頭，與監控中心聯網，以便監控隧道積水或養護人員可及時發現險情，利用情報板提醒過往車輛或關閉隧道。

4 結論

本文對江蘇省某市2 條隧道排水系統設計進行闡述，并結合隧道養護管理經驗，主要形成以下結論。

1）為有效攔截高水排入道路雨水系統，本工程2 條隧道主線及匝道接地點均在道路駝峰后，再增設1 道橫截溝。

2）隧道設計重現期，取規范上限值，并在泵房內預留1 臺水泵安裝位置，待需要時投入使用。

3）排水量應比設計值大10%～20%。隧道及雨、廢水泵房增設養護管理措施、隧道最低點增設水位尺及攝像頭，與監控中心聯網。