水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

呂青松, 賀維國(guó), 方祖磊, 程士好

(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

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水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題探討

呂青松, 賀維國(guó), 方祖磊, 程士好

(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司， 天津 300133)

為了使水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理可靠，以目前國(guó)內(nèi)已建成且最為典型的水下長(zhǎng)大隧道青島膠州灣隧道和廈門(mén)翔安隧道為例，采用理論分析和數(shù)值計(jì)算等方法對(duì)水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理，并對(duì)隧道防水、水泵選型、管道系統(tǒng)設(shè)置、水錘防護(hù)、集水池容積確定等關(guān)鍵排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出以下建議： 水下長(zhǎng)大隧道應(yīng)嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)滲漏水量，充分考慮盾構(gòu)法全包防水在后期運(yùn)營(yíng)排水上的優(yōu)勢(shì)； 廢水泵宜選擇便于檢修、更換的耐腐蝕下進(jìn)水式多級(jí)潛水泵； 排水系統(tǒng)泵管匹配宜按一拖二模式設(shè)置，至多不宜超過(guò)一拖三； 除設(shè)置水錘消除器外，還應(yīng)采取廢水泵緩起緩?fù)５人N防護(hù)措施； 廢水泵房集水池的有效容積應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分析確定。

水下長(zhǎng)大隧道; 排水系統(tǒng); 高揚(yáng)程潛水泵; 水錘防護(hù); 集水池容積; 全包防水

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)交通的需求不斷增加，水下隧道因具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約土地、能夠全天候通行以及施工、運(yùn)營(yíng)對(duì)航道干擾少等優(yōu)點(diǎn)[1]，正逐漸成為穿江過(guò)海交通工程的趨勢(shì)。水下隧道防排水問(wèn)題作為影響隧道安全的關(guān)鍵因素之一，一直是隧道領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2-4]研究了隧道結(jié)構(gòu)防排水的施工技術(shù)；文獻(xiàn)[5]研究了山嶺隧道施工過(guò)程中的注漿止水技術(shù)；文獻(xiàn)[6-8]研究了隧道結(jié)構(gòu)防排水體系的系統(tǒng)及其耐久性設(shè)計(jì)，這些文獻(xiàn)主要針對(duì)的是隧道結(jié)構(gòu)自身防排水技術(shù)的研究。在隧道運(yùn)營(yíng)排水方面的相關(guān)研究較少，但根據(jù)已建成的青島膠州灣隧道及廈門(mén)翔安隧道的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，目前水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)還有待完善。為了使水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加合理可靠，本文在青島膠州灣隧道設(shè)計(jì)工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，結(jié)合青島膠州灣隧道及廈門(mén)翔安隧道的實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目前國(guó)內(nèi)水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題進(jìn)行梳理分析，并提出相關(guān)建議，以期為今后水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 概述

目前國(guó)內(nèi)已建成的水下長(zhǎng)大隧道以青島膠州灣隧道與廈門(mén)翔安隧道最為典型。青島膠州灣隧道采用“分級(jí)收集、多級(jí)提升”排水系統(tǒng)，系統(tǒng)共設(shè)3座廢水泵房，分別收集上游廢水，實(shí)行分級(jí)收集，最低點(diǎn)廢水泵房將廢水排至兩端的廢水泵房，由兩端廢水泵房接力排出隧道，實(shí)現(xiàn)多級(jí)提升[9]； 廈門(mén)翔安隧道采用“單級(jí)收集、一次提升”排水系統(tǒng)，隧道最低點(diǎn)設(shè)置廢水泵房，收集整條隧道的廢水，一次提升排出隧道。運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明，以上隧道排水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足隧道日常排水的需求，但在隧道防水、水泵選型、管道系統(tǒng)設(shè)置、水錘防護(hù)以及集水池容積確定等方面存在一定的問(wèn)題。

2 隧道防水

根據(jù)已建成工程經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)法隧道滲漏水量較小，防水效果較好。礦山法隧道結(jié)構(gòu)滲漏水量受地質(zhì)條件、施工質(zhì)量等因素影響較大，滲漏水量沿隧道縱向分布不均，大部分滲漏水來(lái)自于不良地質(zhì)條件區(qū)域[10]。不良地質(zhì)條件處的隧道防水效果對(duì)隧道排水量大小具有決定性的作用，若該區(qū)域堵水措施不力，將導(dǎo)致隧道運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生巨大的排水費(fèi)用，應(yīng)引起足夠的重視。 國(guó)內(nèi)典型水下隧道(礦山法)結(jié)構(gòu)滲漏水量見(jiàn)表1，由表1可知： 礦山法隧道受隧道規(guī)模、地質(zhì)條件及施工質(zhì)量等影響，結(jié)構(gòu)滲漏水量差異較大，且總體規(guī)模較大，大大增加了后期運(yùn)營(yíng)成本。因此，隧道在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)滲漏水量設(shè)置明確要求，在通過(guò)不良地質(zhì)條件區(qū)域時(shí)，復(fù)核堵水效果，并預(yù)留注漿孔等為后期補(bǔ)救留取措施。

表1 國(guó)內(nèi)典型水下隧道(礦山法)結(jié)構(gòu)滲漏水量

Table 1 Water leakage of structure of typical underwater tunnels constructed by mining method in China

隧道全包防水在結(jié)構(gòu)滲漏水控制上具有較大優(yōu)勢(shì)，但目前國(guó)內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)表明，采用礦山法全包防水的工程，往往無(wú)法達(dá)到預(yù)期的防水效果，隧道在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，由于沒(méi)有有組織的排水系統(tǒng)，水壓上升，較易出現(xiàn)與結(jié)構(gòu)滲漏水有關(guān)的病害。國(guó)內(nèi)已建成的盾構(gòu)法隧道工程，全包防水效果較好，但其效果是否會(huì)隨運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移而發(fā)生變化，有待實(shí)際工程論證。

隧道多為百年工程，在結(jié)構(gòu)滲漏水上應(yīng)嚴(yán)格控制，滲漏水量越小，后期運(yùn)營(yíng)排水產(chǎn)生的費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)越小。就排水而言，具有全包防水效果的盾構(gòu)工法可大大降低后期運(yùn)營(yíng)排水產(chǎn)生的費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)，但是否采用該工法，還需充分進(jìn)行理論計(jì)算及風(fēng)險(xiǎn)分析，且為避免盾構(gòu)管片銜接處的止水條老化失效，對(duì)于規(guī)模較大的水下長(zhǎng)大隧道，宜在盾構(gòu)管片內(nèi)部預(yù)留施作二次襯砌的空間，一方面可發(fā)揮盾構(gòu)隧道全包防水的優(yōu)勢(shì)，有效控制結(jié)構(gòu)滲漏水量，降低后期運(yùn)營(yíng)的排水費(fèi)用及風(fēng)險(xiǎn)；另一方面還可為盾構(gòu)全包防水效果失效提供補(bǔ)救的技術(shù)措施。

3 水泵選型

水下長(zhǎng)大隧道由于長(zhǎng)度和埋深大，所以其排水泵揚(yáng)程較高，多數(shù)超出普通潛污泵的揚(yáng)程范圍，致使水泵選型困難。目前青島膠州灣隧道采用的是德國(guó)進(jìn)口雙相不銹鋼海水泵，揚(yáng)程約為70 m，運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，該水泵防腐性能優(yōu)良，運(yùn)行穩(wěn)定，但已接近其單級(jí)潛污泵揚(yáng)程極限。另外，該水泵為進(jìn)口定制泵，定制周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，不利于排水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

多級(jí)潛水泵揚(yáng)程能夠滿足排水要求，但其進(jìn)水口設(shè)置在水泵中部，安裝應(yīng)用不便。目前已有過(guò)海隧道排水系統(tǒng)采用多級(jí)潛水泵的案例。國(guó)內(nèi)某過(guò)海隧道廢水泵房布置見(jiàn)圖1，該工程廢水泵房在集水池底部設(shè)置圓形泵坑，將多級(jí)潛水泵沉入泵坑，使吸水口低于池底，這種設(shè)計(jì)能夠滿足多級(jí)潛水泵的進(jìn)水要求。但該種泵房設(shè)計(jì)也存在一定的問(wèn)題： 由于多級(jí)潛水泵電機(jī)下置，如按圖中形式安裝，電機(jī)將沉入泵坑，根據(jù)翔安隧道的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，排水系統(tǒng)在運(yùn)行期間，集水池內(nèi)會(huì)沉積大量淤泥，如電機(jī)被淤泥浸沒(méi)，將不利于電機(jī)散熱，影響水泵壽命，且泵坑較深，清淤不便。

圖1 國(guó)內(nèi)某過(guò)海隧道廢水泵房示意圖

Fig. 1 Sketch diagram of waste water pump room of a subsea tunnel in China

廈門(mén)翔安隧道后期采用了國(guó)產(chǎn)316L不銹鋼下進(jìn)水式多級(jí)海水泵，該海水泵一方面具有較高的揚(yáng)程范圍； 另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)下進(jìn)水，吊裝方便，能在不增加泵房規(guī)模的前提下較好地滿足排水要求。此外，國(guó)產(chǎn)水泵還具有制造周期短、便于檢修和更換等優(yōu)勢(shì)。

4 管道系統(tǒng)設(shè)置

由于水下隧道廢水泵房位于隧道最低點(diǎn)，整個(gè)水域段無(wú)排水出口，排水系統(tǒng)管路需伸至兩端陸域段，通過(guò)風(fēng)井或出入口排出隧道，因此導(dǎo)致排水系統(tǒng)高差大、管路長(zhǎng)，管路甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)千米。目前國(guó)內(nèi)水下隧道多采用一拖二、一拖三甚至是一拖多的泵管模式，即1條排水管道承擔(dān)兩三臺(tái)甚至數(shù)臺(tái)廢水泵的排水。一拖多的泵管模式存在很大的弊端： 如按照水泵同起，計(jì)算水泵揚(yáng)程，將導(dǎo)致單泵啟動(dòng)時(shí)，管道流速較低，沿程損失較小，實(shí)際揚(yáng)程遠(yuǎn)低于水泵揚(yáng)程，流量增大，水泵參數(shù)偏離高效區(qū)，水泵長(zhǎng)期運(yùn)行在非高效區(qū)間內(nèi)，水泵實(shí)際功率超出額定功率，如電控柜容量不足，將造成電控柜發(fā)生超負(fù)荷保護(hù)性斷路現(xiàn)象； 如按照單泵啟動(dòng)，計(jì)算水泵揚(yáng)程，將導(dǎo)致多泵啟動(dòng)時(shí)管道流速變大，沿程損失變大，實(shí)際揚(yáng)程遠(yuǎn)高于水泵揚(yáng)程，每臺(tái)水泵的流量遠(yuǎn)低于額定流量，存在憋泵現(xiàn)象。

水泵揚(yáng)程主要由排水高差與管道沿程損失2部分組成。沿程損失可按海曾-威廉公式計(jì)算，即

h=10.67q1.852l/(C1.852·D4.87)。

式中： l為管段長(zhǎng)度，m； D為管徑，m； q為流量，m3/s； C為海曾-威廉公式系數(shù)，其值見(jiàn)表2。

表2 海曾-威廉公式系數(shù)C[11]

以青島膠州灣隧道排水系統(tǒng)為例，該隧道水下最低點(diǎn)海水泵房實(shí)測(cè)承擔(dān)排水量為190 m3/h，選用3臺(tái)進(jìn)口雙相不銹鋼單級(jí)海水泵，排出口與集水池底高差為49 m，排水管長(zhǎng)2 000 m，選用DN350襯塑鋼管作為排水管材，按一拖三模式設(shè)置，水泵額定參數(shù)： 流量 Q=280 m3/h，揚(yáng)程H=65 m，功率N=95 kW。

根據(jù)海曾-威廉公式及雙相不銹鋼海水泵性能曲線(見(jiàn)圖2)，估算不同工況下水泵運(yùn)行參數(shù)，估算結(jié)果見(jiàn)表3。水泵在3種工況下均處于高效區(qū)，能夠滿足不同工況的排水要求，但三泵啟動(dòng)僅比雙泵啟動(dòng)每小時(shí)多排水約40 m3，且表中參數(shù)為理論估算，與實(shí)際存在偏差，其中單泵啟動(dòng)時(shí)估算電機(jī)運(yùn)行功率已達(dá)到91 kW，接近95 kW限值，易出現(xiàn)過(guò)流跳閘現(xiàn)象。因此,水下長(zhǎng)大隧道廢水泵房宜按一拖二模式設(shè)置，最多不宜超過(guò)一拖三模式。

(a) 揚(yáng)程

(b) 軸功率

(c) 汽蝕余量

(d) 效率

Fig. 2 Performance curves of duplex stainless steel sea water pump

表3 水泵參數(shù)估算表

水下長(zhǎng)大隧道排水管道管徑不應(yīng)單純考慮經(jīng)濟(jì)流速，應(yīng)根據(jù)水泵性能曲線，兼顧單泵啟動(dòng)、多泵啟動(dòng)等不同工況計(jì)算決定，使各種工況下水泵參數(shù)均能落入高效區(qū)。其排水管道管徑選擇時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)原則上要控制沿程損失在合理的區(qū)間范圍內(nèi)，使不同工況下的水泵運(yùn)行參數(shù)均能處于水泵高效區(qū)間內(nèi)； 2)小流速大管徑有利于減小管道沿程損失，降低不同工況下水泵實(shí)際揚(yáng)程差異，但會(huì)增加工程造價(jià)，流速過(guò)小容易造成泥沙淤積，滋生微生物，尤其是海水介質(zhì)微生物附著管壁容易對(duì)排水管材造成點(diǎn)狀腐蝕; 3)大流速小管徑容易對(duì)管材造成沖蝕，沿程損失差異巨大，泵管難以有效匹配。

5 水錘防護(hù)

由于排水系統(tǒng)揚(yáng)程大、管路長(zhǎng)，其水錘現(xiàn)象嚴(yán)重，會(huì)對(duì)排水管道造成較大的影響。目前既有隧道工程排水系統(tǒng)多采取在水泵出水管上加裝緩閉止回閥、水錘消除器等措施來(lái)消除或降低水錘對(duì)系統(tǒng)的影響。但個(gè)別工程實(shí)例效果并不理想，尤其是水泵停泵時(shí)，排水管道在水錘作用下，發(fā)出巨大聲響，不利于排水系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。另外，對(duì)于采用襯塑或涂塑鋼管作為排水管材的系統(tǒng)，頻繁發(fā)生彌合水錘，水錘形成過(guò)程中的真空作用加上水錘的撞擊作用，容易造成襯塑或涂塑層發(fā)生剝離，影響管材的防腐效果。

水錘按形成原因主要分為啟泵水錘、停泵水錘及關(guān)閥水錘等。其中，停泵過(guò)程中發(fā)生的彌合水錘對(duì)排水系統(tǒng)的危害最大，彌合水錘的最大壓力值為幾何揚(yáng)程的3～5倍[12]。解決彌合水錘問(wèn)題應(yīng)從2方面入手： 1)持續(xù)供水，避免產(chǎn)生水氣分離的現(xiàn)象，從水錘形成因素上消除或降低水錘作用； 2)水錘形成后，采取措施降低水錘的作用力，減小對(duì)管道的危害[13]。

目前可采取的措施主要有： 1)適當(dāng)增大管徑，降低管道流速； 2)加裝變頻控制裝置，實(shí)現(xiàn)排水泵緩啟緩?fù)＃?3)在水泵出水管上加裝水泵多功能控制閥、水錘消除器等； 4)實(shí)行分級(jí)排水，減小水泵揚(yáng)程； 5)加裝調(diào)壓塔。

6 集水池容積確定

目前國(guó)內(nèi)已建成的水下隧道，其廢水泵房集水池有效容積大小不一。廢水泵房有效容積主要與隧道結(jié)構(gòu)滲漏水量、水泵參數(shù)以及應(yīng)急儲(chǔ)備容積有關(guān)。挪威是世界上建造水下隧道較多的國(guó)家之一，規(guī)定水下隧道廢水泵房的容積需滿足24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量的要求[14]，目前國(guó)內(nèi)已有工程案例參照該規(guī)定執(zhí)行。國(guó)內(nèi)水下隧道運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)表明，合理擴(kuò)大廢水泵房集水池規(guī)模，為特殊情況預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積是十分必要的，但是否按24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量來(lái)預(yù)留集水池容積，仍存在較大的爭(zhēng)議。

對(duì)于采用盾構(gòu)法等施工的全包防水型水下隧道，因其結(jié)構(gòu)滲漏水量較小，按24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量，預(yù)留集水池容積，規(guī)模可以接受； 對(duì)于采用礦山法等施工的防排結(jié)合型水下隧道，24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量小則數(shù)千立方米，地質(zhì)條件較差的隧道甚至可達(dá)1萬(wàn)多立方米，如按24 h考慮廢水泵房有效容積，一方面將大大增加土建成本，另一方面如此規(guī)模的廢水泵房將對(duì)結(jié)構(gòu)施工造成較大風(fēng)險(xiǎn)，不利于隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。以廈門(mén)翔安隧道及青島膠州灣隧道為例，翔安隧道目前排水量約12 000 m3/d，膠州灣隧道設(shè)計(jì)之初，結(jié)構(gòu)滲漏水量按全隧約8 000 m3/d進(jìn)行防水控制，現(xiàn)實(shí)際排水量約4 000 m3/d。目前翔安隧道廢水泵房實(shí)際容積約3 500 m3，青島膠州灣隧道3座廢水泵房容積之和約1 600 m3，兩者集水池有效容積均未按24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量設(shè)計(jì)。廈門(mén)翔安隧道及青島膠州灣隧道均出現(xiàn)過(guò)水害險(xiǎn)情，但未造成嚴(yán)重影響。集水池預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積為上述險(xiǎn)情的有效處理爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間，提供了必要條件。但上述險(xiǎn)情均與隧道外部水源進(jìn)入隧道有關(guān)，與隧道自身結(jié)構(gòu)滲漏水量的大小無(wú)直接聯(lián)系。因此，研究隧道集水池預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積的大小，應(yīng)建立在外部水源不進(jìn)入隧道的前提之下，否則隧道集水池應(yīng)急儲(chǔ)備容積的大小將難以量化。

水下長(zhǎng)大隧道集水池有效容積的確定應(yīng)建立在隧道排水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析之上。廢水泵房應(yīng)為排水系統(tǒng)癱瘓等情況預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積，但不應(yīng)單純按24 h或48 h結(jié)構(gòu)滲漏水量來(lái)確定集水池規(guī)模。應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目具體情況對(duì)隧道排水系統(tǒng)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，得出導(dǎo)致排水系統(tǒng)癱瘓的最不利情況及其搶修恢復(fù)時(shí)間，以此為依據(jù)，結(jié)合隧道實(shí)際滲漏水量確定集水池的最終容積。

隧道排水系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)主要有以下方面： 1)水泵故障； 2)管道破裂； 3)電力故障； 4)隧道突涌水。其中，隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)極低，且為不可預(yù)估的災(zāi)難性事故，單靠預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積無(wú)法解決。

水下隧道排水系統(tǒng)水泵應(yīng)至少按一用兩備考慮，管道應(yīng)按100%備用，上述設(shè)置將有效降低水泵及管道檢修造成排水系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。因此，排水系統(tǒng)的癱瘓風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自電力故障。水下隧道主排水泵站均應(yīng)按2路獨(dú)立電源設(shè)置，自隧道兩端引入隧道，但該種配置仍存在失電的可能性，一旦失電，整個(gè)排水系統(tǒng)將面臨癱瘓，所有排水均靠集水池應(yīng)急儲(chǔ)備容積解決。因此，在保證外水不進(jìn)入隧道的前提下，集水池預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積的大小應(yīng)由隧道電力系統(tǒng)的復(fù)通時(shí)間或者備用電源的啟動(dòng)時(shí)間決定。

此外，為減少排水系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)，縮短系統(tǒng)恢復(fù)的時(shí)間，減小集水池容積，可從機(jī)電設(shè)備方面采取其他輔助措施，如設(shè)置集裝箱式移動(dòng)蓄能電站、柴油發(fā)電機(jī)等應(yīng)急備用電源。

7 結(jié)論與建議

本文根據(jù)目前已建工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了梳理和分析，主要問(wèn)題如下： 1)滲漏水量控制不佳，運(yùn)營(yíng)成本較高； 2)高揚(yáng)程水泵選型不合理，故障率高，可靠性低； 3)泵管匹配不合理，存在過(guò)流保護(hù)或憋泵現(xiàn)象； 4)水錘現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)管路的安全性造成較大隱患； 5)集水池有效容積的確定無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留應(yīng)急儲(chǔ)備容積大小不一。

針對(duì)上述問(wèn)題提出以下相關(guān)建議： 1)水下長(zhǎng)大隧道在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)滲漏水量，在隧道初期工法的選擇上，如地質(zhì)條件及計(jì)算分析允許的前提下，應(yīng)充分考慮盾構(gòu)法全包防水，盾構(gòu)法全包防水可大幅降低后期運(yùn)營(yíng)排水風(fēng)險(xiǎn)及成本； 2)廢水泵宜選擇便于檢修、更換的耐腐蝕下進(jìn)水式多級(jí)潛水泵，該種水泵相對(duì)于普通潛污泵揚(yáng)程更高，相對(duì)于多級(jí)離心泵進(jìn)水受液位限制更小； 3)排水系統(tǒng)泵管匹配宜按一拖二模式設(shè)置，至多不宜超過(guò)一拖三模式，泵管匹配超過(guò)一拖三模式，有可能造成水泵在特定工況下偏離高效區(qū)； 4)除設(shè)置水錘消除器外，還應(yīng)采取廢水泵緩起緩?fù)５人N防護(hù)措施，降低水錘對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)的危害； 5)集水池容積不應(yīng)單純按24 h或48 h結(jié)構(gòu)滲漏水量確定，而應(yīng)結(jié)合隧道風(fēng)險(xiǎn)分析來(lái)確定。

水下長(zhǎng)大隧道是公路、鐵路及地鐵工程穿江過(guò)海的一種重要手段，其V型坡設(shè)計(jì)決定了排水系統(tǒng)的重要性，因此，研究設(shè)計(jì)一套經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠的排水系統(tǒng)對(duì)水下長(zhǎng)大隧道安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)具有重要意義。此外，隨著新技術(shù)、新設(shè)備和新材料的應(yīng)用，自動(dòng)化、輕維護(hù)或免維護(hù)、少檢修、高穩(wěn)定性將是水下長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

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Discussion on Design of Drainage System of Long Underwater Tunnels

LYU Qingsong, HE Weiguo, FANG Zulei, CHENG Shihao

(China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co., Ltd., Tianjin 300133, China)

The problems of existing long underwater tunnels, i.e. Jiaozhou Bay Tunnel in Qingdao and Xiang’an Tunnel in Xiamen, are studied by theoretical analysis method and numerical calculation method. The designs of keys of drainage system, i.e. tunnel waterproofing, pump selection, pipe system arrangement, water hammer protection and sump volume, are analyzed. Suggestions are given as follows: 1) The water leakage of long underwater tunnel structure should be controlled strictly, and the full waterproofing method should be used. 2) The submersible pump with high corrosion resistance should be used as waste water pump. 3) The “one pipe two pumps” scheme for drainage system is the best; and there should not be more than 3 pumps in one pipe. 4) The water hammer eliminator should be used, and water hammer protection methods should be adopted as well. 5) The effective volume of sump should be decided according to risk analysis.

long underwater tunnel; drainage system; high-lift submersible pump;water hammer protection;sump volume; full waterproofing method

2016-04-19;

2016-07-28

呂青松(1985—)，男，山東青島人，2011年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，環(huán)境工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事地下工程給排水消防設(shè)計(jì)工作。E-mail： aodong0532@126.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.11.012

U 453.6

A

1672-741X(2016)11-1361-05