蘇州某下穿隧道排水系統設計研究

摘要 城市隧道是城市立體交通的重要組成部分，而隧道排水系統是隧道總體設計必不可少的組成部分，設計是否合理對隧道安全及正常運營產生重大影響。為提高下穿隧道排水系統的設計水平，文章以蘇州某下穿隧道工程為例展開探索，基于相應設計原則與標準，歸納了邊溝、橫向截水溝、雨水系統、廢水系統的設計思路，分析探討了設計過程中的要點。結果表明，該工程排水設計在滿足各規范標準的基礎上，結合隧道排水的安全性、地區氣候特點，提高了部分設計標準，能夠有效避免隧道內部發生內澇現象。

關鍵詞 城市下穿隧道；排水系統；設計

中圖分類號 U453 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0129-03

0 引言

隨著城市交通不斷發展，城市下穿隧道的建設日益增多。然而極端天氣時有發生，城市嚴重出現內澇現象，給城市居民帶來嚴峻威脅，造成人民生命財產的巨大損失。城市隧道是城市道路中最低處、最容易發生內澇的地方，如何確保正常排水、避免被淹，備受關注[1]。

1 工程概況

蘇州陽澄西湖隧道工程主線隧道北接濟學路南延，下穿陽澄西湖，南接陽澄湖大道；支線匝道西接陽澄湖東路與徐陽路交叉口，以盾構方式下穿中興高爾夫球場后在湖域轉為圍堰明挖法，后并入主線隧道。主線隧道全長1 776 m，其中湖域段約1 267 m；支線隧道南側匝道長1 284.765 m，湖域段長598 m；北側匝道隧道長1 561.535 m，湖域段長829 m。

結合隧道縱斷面設計，在隧道主線和匝道洞口分別設置雨水泵房，共計四座。在隧道主線最低點、匝道盾構始發井及匝道最低點設置廢水泵房，共計四座。隧道泵房分布示意圖如圖1所示。

2 隧道排水系統設計原則及標準

2.1 設計原則

（1）針對隧道沖洗廢水、結構滲入水、消防廢水排入污水管網及合流管網的設置，可以結合地方環保部門意見接至排雨水管網或就近排河，但須對出水水質進行處理，達標后方可排放。

（2）為確保排水系統安全、水量穩定，敞口段的雨水應設置獨立的雨水管道，單獨排入附近河道，即“高水高排、低水低排”，且互不連通。一旦獨立排放條件受限時，所接入的下游雨水管網應能滿足地塊和隧道的排水流量要求，如下游雨水管網未能滿足要求時，應適當增加調蓄空間。

（3）納入城市水體或城市排水管網的各類廢水水質，應符合現行國家標準《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）和《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T31962—2015）的相關規定。

（4）隧道內各類廢水及設備用房的生產廢水，采用分類集中的原則。設備用房的生產廢水由泵提升就近排入市政污水管道，而隧道洞口及各類風井處的雨水則由泵提升就近排入市政雨水管道。

（5）給排水設備的選型，應采用環保節能、技術先進、安全可靠、經濟合理并經過實踐運營檢驗的產品，在滿足功能的前提下立足于設備國產化。為便于安裝和維修，規格盡可能統一。

2.2 設計標準

（1）生產設備排水量按所選的設備及生產工藝確定。

（2）消防排水量按消防用水量的100%計算[2]。

（3）隧道工程中漏水的平均滲漏量不應大于0.05 L/m2·d，任意100 m2防水面積的滲漏量不應大于0.15 L/m2·d。

（4）隧道洞口的雨水泵站、排水溝及排水管渠的排水能力，應按蘇州50年一遇的暴雨強度計算，集流時間按計算結果進行確定。

3 隧道排水系統設計要點

城市下穿隧道的排水系統主要由雨水系統和廢水系統組成。其中，廢水系統包括隧道消防廢水、結構滲漏水等；雨水主要來自隧道洞口雨水。工程所采用的排水方式如下：結構滲漏水、生產廢水、沖洗廢水及消防廢水等就近排入城市污水管網；雨水排入城市雨水系統管網[3]。

隧道排水系統主要由邊溝、橫截溝、雨水泵房、廢水泵房及管路系統等組成。

3.1 邊溝

隧道敞口段道路縱坡一般坡度較大，常規在2%～5%，為攔截部分路面雨水，應在隧道敞口段路面兩側設置縱向排水邊溝，排水邊溝坡度應與道路縱坡一致。敞口段路面雨水隨道路橫坡漫流至兩側的縱向排水邊溝，最后進入洞口雨水泵房進行提升排放。

洞口縱向排水邊溝尺寸應根據隧道排水流量計算確定，一般不小于30 cm×30 cm，邊溝的設置及構造應便于維護，同時須鋪設蓋板。隨著新材料、新技術的發展與應用，隧道敞口段邊溝采用一體化排水邊溝，材質如樹脂，一體化排水邊溝的優點如下：

（1）傳統鋼筋混凝土邊溝粗糙系數大，流速小，排水能力受限；一體化排水邊溝粗糙系數小，流速快，排水能力較大。

（2）一體化排水邊溝能縮短施工周期，節約成本。

（3）一體化排水邊溝在同等排水流量的條件下，尺寸較傳統鋼筋混凝土邊溝較小，便于施工，更有利于隧道結構。

3.2 橫向截水溝

橫向截水溝（簡稱橫截溝）主要用于攔截隧道外客水和隧道敞開段雨水進入隧道內部，接地點外設置的橫截溝用于攔截客水，攔截的雨水則接入市政雨水管網；接地點內（即暗埋段與敞開段交界處附近）設置的橫截溝用于攔截隧道敞開段雨水，敞開段雨水經橫截溝攔截后隨橫截溝坡向排入雨水泵站中進行提升，在橫截溝末端應設置沉砂槽及格柵，以防止攔截溝內雜質、垃圾進入泵房，沉砂槽應定期清掏、養護。

為攔截隧道外雨水進入隧道敞口段，一般在隧道接地點外10 m范圍內設置橫截溝，數量不宜少于兩道。在隧道敞開段與暗埋段交界處附近設置橫截溝，用于攔截敞開段雨水進入隧道內，一般數量也不宜少于兩道。橫截溝的尺寸應根據匯水區雨水流量進行水力計算確定，寬度一般不小于50 cm，采用鋼筋混凝土結構。橫截溝的蓋板設計需考慮跳車影響，同時需考慮養護需求，位于居住區時應結合降噪功能綜合選擇，荷載等級須達到D400級及以上。橫截溝蓋板目前采用的多為一體化蓋板+兩端分體式蓋板（如圖2所示），即行車位置處采用一體化蓋板，這種整體上的蓋板可避免跳車影響，安全性較高，而在行車道靠外側兩端設置分體式蓋板，便于養護、檢修。

3.3 雨水系統設計

隧道雨水工程的收集、排除工藝流程一般如下：敞口段縱、橫排水溝收集和攔截雨水—沉泥井—雨水泵房—潛水泵抽排至消能井—接入就近的市政雨水管網或河道。

現行《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）[4]中對于中心城區地下通道的雨水設計重現期要求在30～50年。根據地鐵設計規范要求，隧道洞口雨水泵站應按當地50年一遇的暴雨強度計算，設計的降雨歷時應按計算確定。該項目隧道敞口段的暴雨重現期按50年計。

按照相關室外排水設計標準，地面集水時間通常選用的數值為5～15 min，數值的規定是以粗糙系數0.015為前提，只適合用于橫坡為3%、縱坡為0.1%的道路。城市下穿隧道的排水邊溝水泥砂漿抹面暗渠的粗糙系數為0.013～0.014，縱坡為2%～5%，則地面集水時間選用最小數值5 min也不合適。為此，敞開段地面集水時間需結合實際工程情況進行計算，這樣會更加合理。如圖3所示：

集水時間t主要是指雨水從集水面積最遠處的點流進第一個雨水口的時間。在城市下穿隧道建設中，隧道集水時間一般是指雨水從集水面積最遠處流入雨水泵房集水池的時間。為此，隧道雨水集水時間主要包含兩點：其一，隧道道路橫坡最高最遠處沿路面流至縱向排水溝的時間；其二，沿縱向排水溝或橫截溝流進入集水池的時間，所以隧道的縱坡越大，道路側溝中的雨水也就流速越快，地面集水時間往往小于5 min。

地面集水時間可按照坡面流公式計算：

式中：L——徑流長度（m）；n——地表粗糙系數；

i——徑流坡度；此公式適用于徑流長度L≤370 m。經過計算，該項目集流時間為3 min。

隧道內雨水量按如下公式計算：

式中：Q——雨水設計流量（L/s）；q——暴雨強度[L/（s·hm2）]；ψ——徑流系數，路面的徑流系數取0.9；F——匯水面積（hm2）。隧道雨水匯水面積主要為隧道敞開段路面面積，同時應考慮風大時U形槽側墻的匯水面積。

暴雨強度采用蘇州市暴雨強度公式，按如下公式計算：

式中：t——地面集水時間（min）；P——暴雨設計重現期，取50年。

雨水泵房設計流量按雨水設計流量的1.2倍計算。隧道主線湖北敞開段雨水匯水面積為0.76 ha，雨水泵房設計流量為745 L/s，主泵性能參數：Q=250 L/s，H=15 m，P=50 kW。隧道主線湖南敞開段雨水匯水面積為0.9 ha，雨水泵房設計流量為878 L/s，主泵性能參數：Q=294 L/s，H=15 m，P=68 kW。南、北支線洞口敞開段雨水匯水面積均為0.3 ha，雨水泵房設計流量均為293 L/s，主泵性能參數均為：Q=98 L/s，H=15 m，P=30 kW。在這些雨水泵房內各設置四臺潛污泵，三用一備，并輪換使用，必要時同時使用。雨水泵房集水池設沖洗管，池底設10%的坡度坡向集水坑。洞口雨水泵房的集水池有效容積不小于最大一臺水泵5 min的出水量。

3.4 廢水系統

廢水系統主要用于排除隧道內的消防廢水、結構滲漏水及沖洗廢水等[5]。在隧道內兩側設置縱向排水明溝，引排營運清洗水、消防水和其他廢水。隧道內消防廢水、沖洗廢水、結構滲漏水沿側墻下明溝及分段設置的橫截溝匯至隧道的最低點，進入廢水泵房。

廢水流量參數：消防廢水流量為118 L/s，其中泡沫/水噴霧滅火系統廢水流量為98 L/s，消火栓系統廢水流量為20 L/s；結構滲漏水量為0.42 m3/h；沖洗水量為4 m3/d，消防時不考慮沖洗水量。

在主線線路最低點設置一座廢水泵房，其內設置四臺潛污泵，水泵性能參數：Q=42 L/s，H=28 m，P=18.5 kW。北支線廢水泵房出水管接入主線廢水泵房，同時在北支線最低點設置一座廢水泵房，同樣布置四臺潛污泵，水泵性能參數：Q=42 L/s，H=22 m，P=15 kW。

廢水泵房的潛污泵平時以“一用三備”輪換使用進行設計，消防以“三用一備”設定，必要時四臺泵同時使用。北支線廢水壓力管先提升至主線廢水泵房，然后通過主線廢水泵房接力提升至地面污水管網。

在1#盾構工作井內，以及位于南支線最低點的2#盾構工作井內，分別設置一座廢水泵房，其水泵性能參數分別如下：Q=42 L/s，H=30 m，P=18.5 kW；Q=42 L/s，H=22 m，P=15 kW。工作井廢水泵房位于工作井第三層及底板下沉層。泵房設置在第三層，底板下層為集水池。工作井廢水的主要來源為工作井結構滲漏水、隧道道路沖洗水和火災時的消防廢水。工作井廢水泵房出水管采用DN400無縫鋼管，接入南支線匝道最低點廢水泵房（即2#盾構工作井廢水泵房）后，納入市政污水管網。2#盾構工作井內的廢水泵出水管接入1#盾構工作井內的廢水泵房。廢水泵房的潛污泵平時同樣以“一用三備”輪換使用進行設計，消防以“三用一備”設定，必要時四臺泵同時使用。

廢水池有效容積按不小于最大一臺水泵15 min的出水量進行設計，集水池內設沖洗管，池底設10%坡度的集水坑。

4 結語

綜上所述，由于不可抗力的自然因素出現的大量降水，造成城市中出現大量的雨水和廢水無法及時排出，給城市交通帶來一定的影響。實踐證明，城市下穿隧道排水系統能夠有效緩解雨水較多情況下的交通堵塞情況。由于城市下穿隧道排水系統設計是一項系統且復雜的工作，應科學合理地設計城市下穿隧道排水系統，順利及時排放雨水和廢水，為人們的正常出行提供保障。

參考文獻

[1]卓瑞忠.談城市下穿隧道排水系統設計[J].山西建筑， 2019（3）：168-169.

[2]劉啟龍，李志遠，季紅玲.城市下穿隧道排水系統設計綜述[J].北方建筑， 2020（6）：27-30.

[3]徐展宏.城市交通隧道排水系統設計探討[J].低碳世界， 2018（3）：285-287.

[4]室外排水設計標準：GB 50014—2021[S].北京：中國計劃出版社， 2021.

[5]范莉.城市下穿隧道排水系統的設計與養護[J].廣東建材， 2021（2）：54-56.