受限空間下上海中心城區排水系統設計對策

周吉君，邵 欽，查文桂，徐文征，朱嘉祺

[1.上海市城市排水有限公司，上海市 200233；2.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

近年來，在氣候變暖的大背景下，全國多個城市發生嚴重的城市內澇事件，國家對城市內澇安全日益重視，出臺了一系列新的政策和規定，包括《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》（國辦發〔2013〕23號）、《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發〔2013〕36號）等。為貫徹新一輪城市總體規劃的要求，構建與現代化國際大都市發展定位相適應的城鎮雨水排水體系，上海市在《上海市城鎮雨水排水規劃（2020—2035 年）》中提出中心城區雨水排水系統將從現狀1 a 一遇為主提高到5 a 一遇，并實現分流制初期雨水5 mm、合流制初期雨水11 mm 的控污標準，以持續提升防汛安全保障能力和改善水環境質量。

由于發展早期規劃不足，城市中心城區排水設施建設普遍存在用地空間受限的問題[1]。以上海中央商務區排水系統為例，該系統服務面積為1.86 km2，根據規劃，按照5 a 一遇的標準需新建一座排水能力為26 m3/s 的泵站，而控制性規劃預留泵站建設的用地面積僅為2922 m2，約為《上海市控制性詳細規劃技術準則》中建議值的60%不到，同時，為實現11 mm 初期雨水的截留目標，該泵站還需同步設置一座規模1.32 萬m3的初雨調蓄池，進一步加劇了用地緊張情況；此外，該排水系統中規劃用于建設系統總管的道路為繁華鬧市區，區域交通繁忙，高峰時段車流飽和度接近滿負荷，因而如何盡可能降低管道敷設過程中對交通影響也至關重要[2]。

基于此，如何結合地區區域排水規劃，在受限空間下完善城市中心城區排水系統，提高系統防洪控污標準，同時降低施工過程中對地面交通的影響，是目前城區排水系統改造需要面臨的關鍵問題之一[3-4]。本文依托于上海市中心城區中央商務區排水系統改造工程，系統性地討論了在受限空間下，泵站及調蓄池的合建方案以及管網的布置及施工方案，以期為我國其他城市中心城區排水系統改造提供參考。

1 工程概況

1.1 項目基本情況

中央商務區排水系統位于上海市黃浦區，系統服務范圍東起中山東二路，西至溫州路，南起廣東路、福州路，包括部分南京東路街道及外灘街道，是上海市繁華鬧市區，總服務面積為1.86 km2。中央商務區現狀排水系統為已建合流制系統，規劃平均日污水排放量約為2.09 萬m3/d，現狀排水重現期為P=1 a，共建有3 座排水泵站，總規模為13.71 m3/s。

根據《中央商務區排水系統專業規劃（2020—2035》及其批復，本系統規劃標準由1 a 一遇提標志5 a 一遇，近期擬通過新建系統泵站、系統總管、翻建部分支管等將系統標準提升至3 a 一遇（5 a 一遇地面不積水校核），遠期通過蘇州河深隧工程進一步將系統標準提高至5 a 一遇。主要工程內容包括新建系統合流泵站、初期雨水調蓄池、系統總管、截污管等配套設施。

1.2 合流泵站用地受限情況

根據規劃，新建合流泵站雨水泵配泵規模為26 m3/s，污水泵配泵規模為1.18 m3/s。根據控制性詳細規劃局部調整的批復，中央商務區泵站選址位于浙江中路以東、廈門路以北、蘇州河南岸135 街坊內135-03 地塊（見圖1），總用地面積為2922 m2，遠低于《上海市控制性詳細規劃技術準則》（2016 年修訂版）中同規模合流泵站建議用地面積5104 m2。同時，基于初期雨水控制需求考慮，本工程中泵站需與初雨調蓄池進行合建，初期雨水調蓄池有效容積為13200 m3。因此，受限于用地面積，本工程中對合流泵站集約化設計提出了較高要求。

圖1 合流泵站用地示意圖

1.2 管道施工受限情況

根據規劃，擬建系統總管沿北京東路（西藏中路—浙江中路）/（四川中路—浙江中路）—浙江中路（北京東路—廈門路）—廈門路（浙江中路—泵站）敷設，管道管徑為φ4000，系統總管與系統現狀南北向干管相連通。

根據表1 中現狀道路交通情況可知，北京東路、浙江中路交通繁忙，車流飽和度較高，道路接近滿負荷運行，因而在施工過程中應合理優化施工工藝，盡量減少對道路的占用[2]。

表1 現狀道路交通情況

2 排水系統提標改造方案

2.1 受限空間下合流泵站設計

本工程新建泵站為合流泵站，設置由雨水泵房和截污泵房，其中截污泵配泵規模為1.18 m3/s。截污泵房可以設置在雨水泵房一側，也可以設置設置在雨水泵房兩倉之間，見圖2。初雨調蓄池與泵房合建有兩種方式，一種是左右并排布置，一種是上下疊放布置，見圖3。

圖2 雨水泵房與截污泵房兩種布置形式示意圖

圖3 泵房與調蓄池兩種布置形式示意圖

建設形式取決于泵站的用地條件，相對而言規模較大的截污泵房建議設置在雨水泵房一側，而泵房與調蓄池左右并列布置的方案埋深較淺，運行檢修較為方便[6]。本工程泵站用地面積為2922 m2，呈不規則形狀，寬度方向約為43.9 m，而雨污水泵房部分結構約為30.5 m，考慮到兩側需預留4 m 車行道，因此截污泵房設置在雨水泵房的中間，同時初雨調蓄池與泵房無左右并列布置的條件，只能上下疊放布置，初雨調蓄池位于泵房下方。

合流泵站的設計見圖4。泵房平面內尺寸為37.4 m×28.9 m，雨水泵房分成東西兩倉，污水泵房位于兩座雨水泵房中間，雨污水泵房公用進水閘門井，通過閘門控制合流污水流向。初雨調蓄池位于泵房下方，總平面尺寸28.9 m×45.2 m，通過設置于泵房兩側的廊道進水，進水通過電動偏心半球閥進行控制。格柵間、變配電間、設備起吊間及除臭設備間位于泵房上方。相比較于泵房調蓄池左右平行布置方案極大的提高了土地利用率。

圖4 泵房平面及剖面圖

2.2 受限空間下管網施工方式研究

上海地區地下淺層屬于軟土層，含水量大，抗剪強度低，當溝槽深度深時，施工降水、溝槽壁支護等都需要相應的加強；并且施工降水對周圍地面的影響較大，會造成地面沉陷，可能會引起周圍建（構）筑物的損壞。綜合來看，當管道埋深大于6.0 m 時，開槽埋管的工程費用一般大于非開挖埋管，并對交通造成較大影響。

本項目中，合流總管管徑大且埋深較深（管徑為4 m，埋深為11.6～12.5 m），不適用于開挖埋管施工。常用于大管徑管道的非開挖埋管施工方式有頂管法、盾構法等。頂管法和盾構法均為采用機械切削進行掘進開挖的施工方式，其主要區別在于，頂管法是采用液壓方式將管節頂入掘進機形成的孔洞中形成管道結構，盾構法則是在掘進機成孔后拼裝預制混凝土管片形成管道結構。總體而言，頂管法施工費用較低，但轉彎半徑大、單個施工井掘進距離短；盾構法轉彎半徑小、掘進距離長，但施工費用相對較高[7]。本項目中對頂管法和盾構法兩種施工方式進行了比較，見圖5。

圖5 合流總管頂管法、盾構法施工比較

從圖5 中可知，采用頂管施工方案，共需設置8座頂管工作井，其中6 座位于北京東路；采用盾構施工方案，則僅需設置5 座盾構施工井，其中3 座位于北京東路。考慮北京東路為區域主干道路之一，高峰時期雙向車流流量接近2000 輛/h，且現狀道路已接近滿負荷運行，若因施工占用道路過多則會對交通產生嚴重影響。此外，若采用頂管法施工，則需進行大管徑管材的運輸，將進一步擠占道路空間，加劇交通擁堵情況。相較而言，盾構法施工方案對道路空間占用更少，且管材可采用管片運輸的方式，對交通影響更小。綜合考慮，在此受限空間條件下采用盾構施工可大大減小對區域交通的影響。

3 結論

（1）在泵站用地面積為2922 m2，僅《上海市控制性詳細規劃技術準則》建議值60%左右的情況下，通過合理布局優化建設空間，完成了雨水泵房（26 m3/s）、污水泵房（1.18 m3/s）的布置；并在此基礎通過采用上下疊放的半地下建設形式，進一步完成了容積13200 m3初雨調蓄池的合建，可實現中央商務區排水系統11 mm 的初期雨水截流及3 a 一遇雨水排放需求。

（2）在現狀道路交通擁擠、接近滿負荷運行的情況下，通過綜合對比分析，選擇盾構法作為擬建φ4000 合流干管的施工工藝，較傳統頂管法在主干道路北京東路減少了50%的施工井數量，減輕了對現狀交通的影響。