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(shù)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(qiáng)降雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害頻發(fā)，強(qiáng)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(nèi)共443 處積水，多處城市隧道出現(xiàn)水淹，增城廣汽本田生產(chǎn)基地被淹、廣州地鐵增城官湖地鐵站、新沙地鐵站嚴(yán)重浸水導(dǎo)致地鐵13 號(hào)線停運(yùn)，全市死亡4 人。暴雨造成的洪澇災(zāi)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(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素[1]。

鑒于“5.22”特大暴雨災(zāi)害的影響，對(duì)正在設(shè)計(jì)和施工的市政道路項(xiàng)目防洪排水系統(tǒng)進(jìn)行梳理排查。該文正是基于洪澇災(zāi)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(duì)該隧道防洪排澇方案進(jìn)行優(yōu)化，增設(shè)防汛安全告警系統(tǒng)。

1 工程概況

1.1 工程建設(shè)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(jiǎn)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(hào)路與開創(chuàng)大道的一條城市主干道。起點(diǎn)接中心區(qū)11 號(hào)路與12 號(hào)路交叉口，路線呈北轉(zhuǎn)東轉(zhuǎn)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(diǎn)接開創(chuàng)大道，路線全長(zhǎng)約6.0 km，項(xiàng)目與周邊路網(wǎng)關(guān)系見圖1。外環(huán)路按照城市主干道設(shè)計(jì)，規(guī)劃寬度42 m，雙向6車道，設(shè)計(jì)車速60 km/h，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖2。

圖1 路網(wǎng)示意圖

圖2 道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：m）

有軌電車在外環(huán)路南側(cè)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(xiàng)目均在施工，見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)航拍圖

1.2 南崗河水位

（1）原設(shè)計(jì)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(hào)線（長(zhǎng)嶺居——蘿崗）項(xiàng)目跨南崗河、水聲涌新建橋梁防洪評(píng)價(jià)報(bào)告》（報(bào)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(shè)計(jì)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(shí)測(cè)洪水位為26.39 m；

b. 2020 年5 月22 日實(shí)測(cè)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(shù)報(bào)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(bào)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(shù)報(bào)告中南崗河水面線

1.3 原方案設(shè)計(jì)情況

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

圖6 原設(shè)計(jì)隧道結(jié)構(gòu)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(gè)排水分區(qū)分別設(shè)置一處排水設(shè)施將水排至南崗河，見圖7。

圖7 原設(shè)計(jì)的排水分區(qū)圖

（4）泵房設(shè)計(jì)重現(xiàn)期20 a，通過消能井排出。

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

2 方案優(yōu)化調(diào)整

“5.22” 洪澇災(zāi)害是暴雨導(dǎo)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(shí)車輛誤進(jìn)入隧道，發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)，采取措施盡量減少雨水排入泵房，將泵房供配電設(shè)備設(shè)置在高處防止水淹失效，同時(shí)增設(shè)隧道防汛安全告警裝置等優(yōu)化方案，以保護(hù)人民生命安全。

根據(jù)有軌電車的防洪報(bào)告，本項(xiàng)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(zhì)河堤，有軌電車1 號(hào)線施工時(shí)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(hào)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(zhǎng)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(biāo)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(shè)計(jì)側(cè)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(cè)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(cè)墻抬高至梁底20 cm 處，即橋底側(cè)墻頂最低28.58 m，其余外側(cè)側(cè)墻標(biāo)高定為29.70 m，內(nèi)側(cè)側(cè)墻標(biāo)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(yīng)加長(zhǎng)加高。

圖13 北二環(huán)高速位置處橫斷面

現(xiàn)場(chǎng)第10 和11 節(jié)段主體結(jié)構(gòu)已施工澆筑，鑿除側(cè)墻頂部40 cm，鋼筋接長(zhǎng)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(cè)墻鋼筋接長(zhǎng)加高，見圖14。

圖14 隧道結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工照片

（2）隨著設(shè)防水位提升，排水體積隨之增大，原設(shè)計(jì)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(shí)解決抗浮問題。未施工節(jié)段整體抬升，基本維持原設(shè)計(jì)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(zhǎng)。

（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(shí)拍照片

現(xiàn)場(chǎng)踏勘，北二環(huán)高速高架橋排水孔設(shè)置于兩幅橋各自東側(cè)，即橋梁兩幅中部和東幅橋東側(cè)設(shè)有排水孔(管)，見圖16。考慮將北二環(huán)橋面雨水接走，設(shè)置鋼筋混凝土槽收水，并通過縱坡引流至南側(cè)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?dāng)嗝婷娣e滿足北二環(huán)橋面排水需要。

2.3 排水工程

（1）排水設(shè)計(jì)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(dú)立排至河涌。本工程結(jié)合100 a 一遇洪水位，地面標(biāo)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(diào)整后的排水分區(qū)圖

1 號(hào)區(qū)域：加密道路雨水口布置，在進(jìn)入隧道前設(shè)置截水溝，雨水通過管道收集后在地面標(biāo)高大于28.60 m 位置排至河涌。

2 號(hào)區(qū)域：新建明渠收集山體和地塊雨水，使地面標(biāo)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(dú)立排至河涌。

3 號(hào)區(qū)域：加密路口位置雨水口布置，在進(jìn)入隧道前設(shè)置截水溝，雨水通過管渠收集后排至河涌。

4 號(hào)區(qū)域：雨水通過設(shè)計(jì)箱涵收集排至河涌。

（2）隧道泵房調(diào)整

本工程泵房按照100 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，地面標(biāo)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(tái)水泵工作，其中1 臺(tái)350WQ1500-15-90 水泵和2 臺(tái)500QW2600-15-160，泵房設(shè)計(jì)流量為6 700 m3/h。泵房出水管道由DN800 調(diào)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(duì)比表

為避免因周邊管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)影響到泵房排澇標(biāo)準(zhǔn)，與泵房相關(guān)的排水管道按照100 a 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4 電氣工程及交通設(shè)施

（1）將雨水泵房水泵相關(guān)配電控制設(shè)備移至北側(cè)邊坡頂上設(shè)置，新設(shè)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(cè)防墜落支架橫跨外環(huán)路，下地后埋地通過預(yù)留線纜進(jìn)線口進(jìn)入雨水泵房，見圖19。

圖19 電氣主接線圖及泵房配電控制設(shè)備布置示意圖

（2）增設(shè)防汛安全告警系統(tǒng)

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

圖20 防汛系統(tǒng)設(shè)備布置平面圖

b. 東入口建設(shè)一套交通邊緣服務(wù)器，作為前端系統(tǒng)的信息采集、處理、計(jì)算、控制等。

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

d. 隧道涉水區(qū)內(nèi)部署電子水尺2 個(gè)，超聲波液位傳感器2 個(gè)，隧道內(nèi)視頻監(jiān)控2 個(gè)。

e. 接入黃埔區(qū)隧道防汛應(yīng)急系統(tǒng)及市政應(yīng)急指揮平臺(tái)。物理載體及運(yùn)作原理見圖21。

圖21 防汛安全告警系統(tǒng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

城市隧道防汛安全告警系統(tǒng)可通過 “AI 視頻圖像識(shí)別”與“液體傳感器”自動(dòng)感應(yīng)隧道水位情況，并實(shí)現(xiàn)傳達(dá)、警示、以及過路車輛的道閘攔截。

目前，該系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)分級(jí)處理功能。當(dāng)隧道水位到達(dá)10 cm，啟動(dòng)一級(jí)預(yù)案，隧道入口處警示指示燈亮起，廣播語音及LED 信息情報(bào)板提示車輛繞行，預(yù)警信息推送給相關(guān)人員及平臺(tái)。當(dāng)隧道水位淹沒涉水線，則啟動(dòng)二級(jí)預(yù)案，隧道入口禁行指示燈亮起，LED 信息情報(bào)板提示車輛禁行，聲光報(bào)警器拉響，雙向車輛攔截系統(tǒng)啟動(dòng)，道閘關(guān)閉，報(bào)警信息推送給相關(guān)人員及平臺(tái)，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(yù)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(yùn)行（見圖22）。當(dāng)積水達(dá)到預(yù)警水位，將亮起信號(hào)燈，隧道自動(dòng)放下道閘禁止車輛通行[3]。

圖22 防汛安全告警系統(tǒng)實(shí)例

3 結(jié)語

本文以實(shí)際工程為例，結(jié)合廣州“5.22”超百年一遇洪水位情況，重新梳理了提高設(shè)計(jì)洪水位后對(duì)本項(xiàng)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(duì)臨河側(cè)隧道側(cè)墻加高，根據(jù)河堤現(xiàn)狀河堤類型及標(biāo)高情況進(jìn)行河堤整治；同時(shí)依據(jù)新的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，重新對(duì)匯水區(qū)域進(jìn)行校核，完善雨水管網(wǎng)加強(qiáng)排水，優(yōu)化隧道泵房配置；將隧道排水泵房控制設(shè)備調(diào)整至高處免受水淹失效，在該隧道增設(shè)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(zāi)，推動(dòng)防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)工作智慧化，最大限度保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)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(duì)比表