廣州蘿崗新城外環(huán)路下穿北二環(huán)高速隧道防洪排澇方案優(yōu)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(qū)的核心城市之一。近年來，廣州強降雨引發(fā)的洪澇災害頻發(fā)，強度不斷增大，“逢雨必澇”、“城區(qū)看海” 的現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)成為影響廣州城市公共安全的突出問題和制約經(jīng)濟社會發(fā)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(tǒng)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(huán)路下穿北二環(huán)高速隧道為例，對該隧道防洪排澇方案進行優(yōu)化，增設防汛安全告警系統(tǒng)。

1 工程概況

1.1 工程建設概況

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

崗新城，是連接中心區(qū)11 號路與開創(chuàng)大道的一條城市主干道。起點接中心區(qū)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(huán)高速，上跨廣惠高速，途經(jīng)南崗河、水西村、南崗河、孟田村、蘿崗鎮(zhèn)，終點接開創(chuàng)大道，路線全長約6.0 km，項目與周邊路網(wǎng)關系見圖1。外環(huán)路按照城市主干道設計，規(guī)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(wǎng)示意圖

圖2 道路標準橫斷面圖（單位：m）

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

圖3 施工現(xiàn)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(jù)《黃埔區(qū)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(jù)《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(qū)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(qū)圖

（4）泵房設計重現(xiàn)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(yōu)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(tǒng)，造成水泵電路短路失效。此時車輛誤進入隧道，發(fā)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(yōu)化方案，以保護人民生命安全。

根據(jù)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(xiàn)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(xiàn)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(huán)高速橋底段（河堤C 段，K1+020 斷面），現(xiàn)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(huán)高速橋底段河堤加高橫斷面（單位：cm）

（2）K1+100 ～K1+200 段， 現(xiàn) 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(huán)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(huán)高速位置處橫斷面

現(xiàn)場第10 和11 節(jié)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(jié)段左幅、第8 節(jié)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(xiàn)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(jié)段，通過回填壓重混凝土墊高，同時解決抗浮問題。未施工節(jié)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(jié)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(huán)橋面排水

北二環(huán)橋面排水現(xiàn)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(xiàn)場踏勘，北二環(huán)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(huán)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(tǒng)排走，見圖17。

圖16 北二環(huán)高速排水孔

圖17 北二環(huán)高速橋面雨水收排水系統(tǒng)圖（單位：cm）

收水槽深度30 m，寬度80 cm，見圖17。經(jīng)排水專業(yè)核算，過水斷面面積滿足北二環(huán)橋面排水需要。

2.3 排水工程

（1）排水設計優(yōu)化方案

根據(jù)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(qū)圖

1 號區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(shù)前后對比表

為避免因周邊管網(wǎng)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(huán)外側防墜落支架橫跨外環(huán)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(tǒng)

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

圖20 防汛系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)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(jiān)控2 個。

e. 接入黃埔區(qū)隧道防汛應急系統(tǒng)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(tǒng)系統(tǒng)拓撲圖

城市隧道防汛安全告警系統(tǒng)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(xiàn)傳達、警示、以及過路車輛的道閘攔截。

目前，該系統(tǒng)已實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)全面提高隧道防汛的監(jiān)控、預警和管理能力。該套系統(tǒng)已在廣州黃埔區(qū)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(tǒng)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(yè)的影響。對臨河側隧道側墻加高，根據(jù)河堤現(xiàn)狀河堤類型及標高情況進行河堤整治；同時依據(jù)新的設計標準，重新對匯水區(qū)域進行校核，完善雨水管網(wǎng)加強排水，優(yōu)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(tǒng)（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(yōu)化前后對比表