談城市下穿隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

卓 瑞 忠

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000)

隨著城市交通的發(fā)展，城市下穿隧道也越來(lái)越多，為保證下穿隧道的安全運(yùn)營(yíng)，其排水的重要性也日益提高，目前，隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參照GB 50157—2013地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范、上海地方標(biāo)準(zhǔn)DG/T J08—2033—2008道路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，但是由于地鐵和隧道運(yùn)營(yíng)條件的不同，兩者設(shè)計(jì)中存在著一定差異，本次隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合工程自身特點(diǎn)對(duì)隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 工程概況

廈門市環(huán)島路(鰲山路—高殿二號(hào)路段)工程位于廈門島北部，東起鰲山路，接在建環(huán)島路(集美大橋—鰲山路段)，向西以橋梁形式上跨鰲山路，在高崎北路至杏林大橋引橋段做下穿隧道，下穿高崎北路、嘉禾路、福廈鐵路。設(shè)杏林大橋南互通與周邊道路相接，終點(diǎn)接高殿二號(hào)路，路線長(zhǎng)2.73 km。其中，下穿隧道右線長(zhǎng)1 005 m，U型槽工程右線長(zhǎng)234+171=405 m，如圖1所示。

本工程隧道排水系統(tǒng)根據(jù)排水水質(zhì)分為雨水排水系統(tǒng)和廢水排水系統(tǒng)。

2 雨水排水系統(tǒng)

為防止隧道引道段雨水進(jìn)入下穿隧道,在隧道東西端左右線及A匝道的U型槽位置分別設(shè)置1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)五個(gè)雨水泵房，見圖2。

2.1 雨水泵房設(shè)置位置

本工程主線下穿隧道道路坡呈V字形，其雨水縱斷面圖如圖3所示。

2.2 雨水量計(jì)算

雨水量按廈門地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算，見式(1)，式(2)。

Qs=qψF

(1)

(2)

其中，Qs為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度,L/(s·hm2)；t為降雨歷時(shí),min；T為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期,年；ψ為徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)確定

設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P影響雨量大小,由于下穿隧道工程的雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P的取值各個(gè)規(guī)范不統(tǒng)一。其中,GB 50014—2006,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2014年版)規(guī)定：大城市中心城區(qū)地下通道設(shè)計(jì)重現(xiàn)期取20年～30年；《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：隧道洞口的雨水泵站、排水溝及排水管渠的排水能力應(yīng)按當(dāng)?shù)?0年一遇的暴雨強(qiáng)度計(jì)算。本工程以1號(hào)雨水泵房為例,分別選用設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50年,30年和20年,集水時(shí)間為min的設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度見表1。

表1 暴雨強(qiáng)度比較

從表1可知，在相同集水時(shí)間下,50年重現(xiàn)期雨水量比30年與20年重現(xiàn)期雨水量?jī)H高7%與13%，為保證隧道排水的安全運(yùn)營(yíng)，本工程設(shè)計(jì)重現(xiàn)期取50年。

2.3.1坡面集水時(shí)間

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：地面集水時(shí)間按照坡面匯流參照式(3)確定計(jì)算。

(3)

其中，t為坡面集水時(shí)間；n為地表粗度系數(shù)，瀝青路面取0.013；L為坡面流的長(zhǎng)度；i為引道段坡度，用小數(shù)計(jì)。

本工程1號(hào)雨水泵房U型槽坡面長(zhǎng)度為230 m，地面坡度為3%，根據(jù)式(3)計(jì)算，t為5.47 min。

2.3.2匯水面積

隧道洞口為整體式U型槽，匯水面積取整體式U型槽的一半，包含兩部分：一部分為U型槽路面匯水面積，另一個(gè)部分為型槽側(cè)墻匯水面積，見圖4。

U型槽路面匯水面積應(yīng)為U型槽終點(diǎn)至U型槽起點(diǎn)道路最高點(diǎn)間路面面積,在U型槽起點(diǎn)處設(shè)置橫截溝截留U型槽外路面雨水。本工程1號(hào)雨水泵房U型槽路面面積包括路面匯水面積F1和側(cè)墻匯水面積F2。

F1=230×(9.5+3)=2 875 m2。

U型槽側(cè)墻匯水面積取U型槽側(cè)墻面積的1/2。

2.4 雨水泵房設(shè)計(jì)規(guī)模

1號(hào)雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量為165 L/s，雨水泵房規(guī)模取設(shè)計(jì)雨水量1.2倍為197 L/s，取200 L/s(720 m3/s)。

因降雨以設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2年～10年的降雨較多,在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為2年、3年、5年、10年時(shí),1號(hào)雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量如表2所示。

表2 1號(hào)雨水泵房設(shè)計(jì)雨水量

從表2可知，在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50年時(shí)選用3臺(tái)水泵并聯(lián)工作，同時(shí)考慮水泵并聯(lián)時(shí)對(duì)單泵流量的影響，取單泵流量為250 m3/h。在降雨重現(xiàn)期為2年～10年情況下，兩臺(tái)泵同時(shí)啟動(dòng)就能夠滿足排水要求。若泵房?jī)?nèi)水泵選用2用1備，則單泵設(shè)計(jì)流量增大，集水池容積也需加大，在降雨強(qiáng)度較小時(shí)，雨水在集水池內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)而不能及時(shí)排除，對(duì)隧道環(huán)境造成影響。因此本工程雨水泵房?jī)?nèi)不設(shè)備用泵，采用最大水量時(shí)3臺(tái)泵同時(shí)工作。

本工程1號(hào)雨水泵房?jī)?nèi)設(shè)置3臺(tái)防堵塞型潛水泵單泵，設(shè)計(jì)參數(shù)為Q=250 m3/h，H=15 m，N=18.5 kW，最大水量時(shí)3臺(tái)泵同時(shí)工作，雨水經(jīng)泵提升經(jīng)消能井后通過(guò)雨水管道獨(dú)立排入道路市政雨水管道。

3 廢水排水系統(tǒng)

隧道廢水排水系統(tǒng)包括隧道內(nèi)滲水、沖洗水和消防水。

3.1 廢水泵房設(shè)置位置與數(shù)量

廢水泵房設(shè)置在隧道道路縱坡最低點(diǎn)。左右泵房編號(hào)分別為3號(hào)、4號(hào)，見圖2。

3.2 廢水泵房設(shè)計(jì)規(guī)模

隧道滲水量參照廈門市海底隧道翔安隧道實(shí)際排水量，按每天1 m3/m計(jì),排水量為42 m3/h。泵房設(shè)計(jì)水量以消防時(shí)不考慮沖洗水量計(jì),室內(nèi)消防水量為21 L/s(77 m3/h)。為保障隧道排水安全運(yùn)營(yíng)起見，廢水泵房?jī)?nèi)加設(shè)備用泵，在每座廢水泵房?jī)?nèi)設(shè)3臺(tái)潛污泵，平時(shí)1用2備，消防時(shí)2用1備，單泵設(shè)計(jì)參數(shù)為Q=87 m3/h，H=28 m，N=15 kW，廢水由泵提升經(jīng)消能井后排入市政管道。

3.3 廢水泵房壓力出水管敷設(shè)

為保障隧道排水安全運(yùn)營(yíng)起見，隧道低點(diǎn)廢水泵房壓力出水管采用雙向雙路敷設(shè)，并進(jìn)行獨(dú)立排放，在另一條管道檢修時(shí)也能不間斷排水。