城市湖底隧道排水設計要點分析
——以合肥市天鵝湖隧道為例

毛 雷

(合肥城建投資控股有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

近年來，隨著城市進程的加快，城市建設飛速發(fā)展，城市湖底隧道因其對景觀影響小、生態(tài)性好，在全國各大城市的道路網(wǎng)建設中應用得越來越普遍，以合肥為例，近幾年先后建成了濱湖新區(qū)方興湖隧道、政務區(qū)天鵝湖隧道以及新站區(qū)少荃湖隧道。湖底隧道建設的關鍵點，不僅在于主體結構、防水、消防等方面，隧道的排水設計也至關重要。其設計是否合理，不僅關系到道路交通和環(huán)境衛(wèi)生，甚至關系到人民生命財產(chǎn)的安全。

下面以合肥市天鵝湖隧道為例，對城市湖底隧道的排水設計要點進行分析。

1 工程背景

天鵝湖公園位于合肥市政務區(qū)中心位置，如圖1所示，北鄰合肥市政府、南接政務區(qū)綠軸公園及合肥市奧體中心。公園環(huán)境優(yōu)美、景色怡人，是合肥市民重要的游覽休憩場所，同時也是合肥市的城市名片之一。

圖1 項目位置圖

天鵝湖周邊主干道路網(wǎng)已基本建成，但受湖體阻隔，南北走向的懷寧路一直未能貫通，與之平行的潛山路、翡翠路交通壓力日益加重。

為保護現(xiàn)狀湖體景觀的完整性，確定采用隧道穿越方案。天鵝湖為景觀調(diào)蓄水體，湖面面積約950畝(1畝≈667 m2)，湖底高程27.0 m，常水位30.5 m，百年一遇防洪水位31.12 m。

2 排水設計要點分析

2.1 設計參數(shù)和標準

(1)雨水量：按下公式計算[1]，

Q=qψF

式中：Q為雨水設計流量，L/s；q為設計暴雨強度，L/(s·ham2)；ψ為徑流系數(shù)，取值為1；F為匯水面積，hm2。

合肥市暴雨強度公式為：

式中：P為重現(xiàn)期，a。《合肥市排水設計導則》(DBHJ/T012-2014)規(guī)定：下穿立交匯水范圍的暴雨重現(xiàn)期采用20～30 a。考慮到本項目的重要性，本次取值50 a。t為降雨歷時,min，t=t1+t2，取值為3 min。

(2)結構滲漏水量：取1 L/(m2·d)。

(3)沖洗排水量：同沖洗用水量，沖洗水按以市政灑水車進行地面沖洗，沖洗用水為2.0～3.0 L/(m2·d)，每天1次計算(消防時不考慮沖洗水量)。

(4)初期雨水：根據(jù)《十五里河流域治理一期工程調(diào)蓄池專題論證方案》(2018年7月)成果，政務區(qū)段祁門路上初雨截留取3.4 mm。本次考慮到天鵝湖排放要求更高，設計取5 mm左右。

2.2 匯水面積和泵站規(guī)模

隧道兩側地面輔道以及隧道兩端道路縱坡相對高點以外范圍的雨水可以自流入雨水干管，再自流排入天鵝湖，故應單獨成一系統(tǒng)，不納入隧道排水匯水范圍內(nèi)[2]；隧道兩端道路縱坡相對高點以內(nèi)范圍，不能自流排入天鵝湖，必須通過泵站提升后才能排入天鵝湖，該部分的匯水面積方為隧道雨水量計算中采用的匯水面積，如圖2所示，天鵝湖隧道匯水面積南北兩岸合計為15 000 m2?？紤]到本項目重要性，雨水泵站規(guī)模適當富余，取1.32 m3/s；廢水(初雨)泵站規(guī)模取0.078 m3/s。

圖2 匯水面積示意圖

2.3 泵站方案

常規(guī)湖底隧道泵站設計一般采用在隧道最低點附近設計外掛式泵站，利用隧道結構外墻作為擬建泵站的墻體，泵站位于湖底，泵站的檢修通道位于隧道內(nèi)。對于較長的湖底隧道，如合肥市方興湖隧道，湖底暗埋段全長820 m，則設計了3座提升泵站，如圖3所示，2座分別位于隧道進出口的東西兩端，用于收集隧道敞口段的雨水，1座位于隧道的最低點，用于收集沖洗廢水、結構滲水等，隧道內(nèi)未設檢修通道，檢修時臨時封閉1個車道作為檢修通道[3，4]。天鵝湖隧道暗埋段長度447 m，隧道最低點距北岸150 m，距南岸254 m。設計采用了2個方案進行比選，比選內(nèi)容見表1。

圖3 方興湖隧道排水泵房示意圖

表1 泵站方案比選表

經(jīng)技術經(jīng)濟比較，最終選用方案一，即采用在北岸設置一座分離式泵站，泵站結構和隧道結構分離，泵站獨立建設。

2.4 泵站型式

對于泵站，設計時也采用了兩種型式進行比選。

型式一：采用半地下形式矩池體，上部為泵房，下部為集水池，格柵間與集水池合建；同時，為方便運行管理及設備維護，在泵站內(nèi)設值班室、監(jiān)控室、機修間、變配電間。

型式二：全地下形式矩形池體，泵房、集水池、格柵間等全部位于地下，上部設置設備吊裝孔及通風孔，同時在格柵間上部兩側設計進入泵站的樓梯間。泵站采用無人值守，不設值班室、監(jiān)控室等管理用房，僅設置變配電間。

經(jīng)技術經(jīng)濟比選，最終采用形式二全地下結構，占地面積小，結構形式緊湊，如圖4所示，并能與周圍環(huán)境有效融合且投資也較型式一略低。

圖4 泵站地面層實景圖

考慮到天鵝湖公園景觀要求，創(chuàng)新性地采用了全下沉式配電房設計，如圖5所示，將泵站配電房整體下沉至地面以下，并將其附近的地鐵3號線天鵝湖站冷卻塔同步納入下沉廣場內(nèi)，配電房屋頂和廣場內(nèi)地面除檢修通道外，全綠植覆蓋，廣場周邊用玻璃欄桿和綠植隔離，以全面提升天鵝湖公園景觀效果。

圖5 下沉式配電房俯視效果圖

2.5 泵站工藝

城市湖底隧道雨水泵站出水常規(guī)設計是就近排入周邊水系。本項目周邊水系只有天鵝湖，天鵝湖水來自響洪甸水庫、佛子嶺水庫、磨子潭水庫，達到一類水質(zhì)。初期雨水、隧道沖洗和消防廢水含有的污染物較多，會對天鵝湖水體造成一定污染，故設計采用初雨、廢水和潔凈雨水分質(zhì)排放。初雨、廢水排入污水泵池，經(jīng)提升后排入市政污水管道，最終進入污水處理廠，經(jīng)處理后再排放水體；潔凈雨水排入雨水泵池，經(jīng)提升后直排天鵝湖，從而將對天鵝湖水質(zhì)的影響降到最低。泵站位于天鵝湖公園內(nèi)，天鵝湖公園是合肥市民休閑、娛樂的重要場所。為減少占用公園綠地和喬木遷移，設計采用一體化泵站設計，即共用一個進水管路和集水池，并最大限度縮小泵站建設規(guī)模，如圖6所示，將對天鵝湖公園景觀的影響降到最低。

初雨、廢水進入集水池后，因水量較小，水位較低，通過水位自動控制，自流排入污水泵池，經(jīng)污水泵提升后排入周邊市政污水管道；當持續(xù)降雨，雨量增大，集水池水位上升，則自動關閉污水泵池進水閘門，污水泵停止運行。雨水自流進入雨水泵池，達到啟排水位后，雨水泵逐次開啟，將潔凈雨水抽排至天鵝湖[5，6]。降雨停止后，泵池水位下降，雨水泵漸次停泵，污水泵池進水閘則再次開啟。泵房內(nèi)所有水位、水泵的啟停均可遠程監(jiān)控、自動控制，泵房內(nèi)也可手動控制[6]。泵房的工藝流程如圖7所示。

3 結束語

隨著我國城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市穿湖隧道等工程在我國已有了不少成功案例，但不同隧道的長度、斷面型式、位置等各不相同，且湖體的水質(zhì)要求也不同。本文通過對合肥市天鵝湖隧道排水設計要點進行詳細論述以及對排水設計創(chuàng)新點的充分展示，希望可為城市湖底隧道排水設計起到一定的啟發(fā)和指導作用。