快速通道下穿段雨水工程設計

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摘要：在鄭州市渠南路快速通道下穿段雨水工程設計中，結合工程自身特點，將該段道路雨水系統分為地面道路排水系統和地道排水系統，通過橫向攔截溝和路邊溝排出地道雨水，同時，提高隧道泵站設計重現期，增設泵站集水池調蓄設施，以保證隧道路面和地道排水通暢，可以為類似工程提供參考。

關鍵詞：下穿隧道；雨水泵站；調蓄設施；壓力水井

地下隧道的發展有利于我國國土資源的充分開發與利用，具有節能環保的優勢，但近年來地下通道的洪水災害也時有發生，除了影響交通運輸外，還有可能造成設備損失、人員傷亡等難以估量的損失。下穿隧道匯水面積雖然不大，但是，其路面徑流系數較大、急流時間段、洪峰流量大，導致徑流量和洪峰流量均加大，且近年來由于全球氣候變化導致地球表面降雨分布越來越不均勻，極端降水時有發生，因此，下穿隧道的排水設計至關重要。下穿隧道泵站的設計規模多采用公式推理法進行計算，利用短歷時暴雨強度公式計算出排水量，分析確定泵站工藝的主要設設計參數，從而確定泵站規模。現結合鄭州市渠南路快速通道下穿段雨水工程實例，對城市下穿隧道的雨水工程設計進行討論。

1工程概況

鄭州市渠南路快速通道工程（繞城高速輔道至西四環）位于鄭州市西南部，南水北調干渠南側，西起繞城高速輔道西側，沿南水北調干渠向東或東南至西四環西側，道路全長7551.464m，道路紅線寬度為60m，規劃為城市快速路。渠南路快速路采用地面快速路+地道主線相結合的形式，地面快速路和地道主線均采用雙向6車道規模，地面輔道采用單向2車道規模（南側），全線共布置5處下穿地道，分別為渠南路主線下穿繞城高速輔道、白松路、紅松路、鄭上路、元通大道-中原西路段地道工程。本文主要介紹元通大道～西四環段地面排水和地道排水設計，地道長度1418m。根據圖1工程位置總平面布局，隧道北部起點和南部終點分別設置敞開段，中間為暗埋段，暗埋段為鏤空設置，隧道內設置三處泵房分別收集隧道內的雨水和廢水，其中，泵房A收集北側敞開段雨水，泵房B收集南側敞開段雨水，廢水泵房收集暗埋段由鏤空段進入隧道的雨水、消防廢水、沖洗廢水及結構滲漏水。為了保證收水效果和雨水順利排放，泵房A和泵房B分別設置在敞開段下游，廢水泵房設置在隧道最低點。該段道路地面排水與隧道內排水泵房設計的合理與否直接影響該段道路的通行安全。根據圖示可以看出，該段隧道排水系統主要分為地面排水系統和地道排水兩個部分，其中，地面排水系統主要為地面道路雨水，沿道路兩側每隔一定距離布置雨水口收集道路雨水，經雨水主管道收集后排入須水河；地道排水系統是在地道內車行道外側設置邊溝，通過橫截溝收集邊溝內的雨水送至雨水泵房，再由雨水泵抽吸至室外壓力雨水井，然后，通過重力管接入同期設計渠南路市政雨水井。廢水泵房收集地道鏤空段雨水、消防廢水、沖洗廢水及結構滲漏水。

2排水系統設計

2.1計算公式

暴雨強度計算公式采用鄭州市2002年修訂公式計算，并利用2015年新編的公式進行校核：鄭州市2002年修訂公式：q=2387(1+0.257lgP)/(t+10.605)0.792鄭州市2015年新編的公式：q=2631.92(1+0.751lgP)/(t+14.2)0.779式中：t=t1+t2q為設計暴雨強度（L/s/ha）；P為重現期，地面道路取P=5年，下穿立交段取P=50年；T為降雨歷時，集水時間取5分鐘（min）。雨水量計算公式：⋅⋅=FqQψ(L/s)式中，Q為雨水設計流量（L／s）；q為設計暴雨強度（L／s•ha）；⋅⋅=FqQψ綜合徑流系數。F為為匯水面積（ha）。

2.2地面道路排水系統

根據鄭州市暴雨強度公式計算出各路段雨水量，設計雨水系統如下：元通大道—須水河段道路北側設計DN600～BxH=2x4200x3400雨水管（涵）向東排入須水河，排水能力94.2m3/s；南側設計B•H=2×3400×2800～B•H=2×4200×3400雨水管（涵）向東排入須水河，排水能力94.2m3/s；須水河—百泉路段道路南側設計DN600～DN1000雨水管道向西排入須水河，排水能力1.0m3/s；百泉路—玉軒路段道路南側設計B•H=2×3200×2200～B•H=2×3400×2200雨水涵，排水能力37.3m3/s，向西最終沿百泉路排入須水河；須水河至玉軒路段道路北側設計DN1100～DN1200雨水管道向西排入須水河，排水能力2.5m3/s。

2.3地道排水系統

對于本項目地道而言，形成水災的原因主要有以下兩種：一是設計方案未能考慮足夠的排水能力，不能將由于地道進出口敞開段進入的內澇水或雨水有效地排除，從而使地道內發生水災。二是地道收水范圍外的地面大量積水進入地道，從而使地道內發生水災。水災發生的直接后果是導致地道交通中斷，嚴重時會導致地道內各種設備損壞，致使地道喪失正常的交通功能。本項目考慮地道各峒口附近設置雨水泵房，排水能力按50年暴雨重現期標準設計，可以排出從地道敞開段進入的雨水。地道引坡接地點均設有駝峰，可以有效阻止地面積水進入地道。另外，在地道每個出入口附近設置沙袋存儲點，如發現地面積水進入地道，地道管理養護人員可以就近用沙袋封堵地道口，確保地道人員、設備安全。

2.3.1隧道排水計算隧道雨水泵房設計雨水流量按照1.2倍雨水量計，廢水流量均以最大消防水量、沖洗廢水及結構滲漏水合計。經計算，各段雨水量如表1所示。隧道排水泵房的設計主要體現在“集”與“排”，就是將無法重力流排出的雨（廢）水集中到集水池，通過水泵抽排到隧道外的排水系統，其位置的選擇及數量的確定直接關系到排水工程的投資大小和運行成本高低，是排水方案的關鍵。排水泵房位置與隧道的平、縱斷面有關，一般雨水泵房設在隧道的進口及出口處，但也可能僅在隧道的進口或出口設置；廢水泵站的位置應盡量靠近隧道內道路路面高程的最低點，以減少最低點至泵房集水池管道的水頭損失。本工程消防水量80L/s、沖洗水量4m3/d、結構滲漏水量15.9m3/d，即泵房A設在元通大道與渠南路交叉口附近，主要解決地道北端敞開段的雨水流量及鏤空段雨水流量，設計規模為2306.8m3/h；泵房B設在中原西路與渠南路交叉口附近，主要解決地道南段敞開段的雨水流量。設計規模為1991.2m3/h；廢水泵房設在謹行街與渠南路交叉口附近，主要解決地道的廢水流量設計規模為870.6m3/h。

2.3.2隧道雨水收集隧道出入口與地面道路連接處分別設置反坡“駝峰”，防止周邊地面客水進入隧道。由于反坡太小，設橫向截流溝截流地面雨水，橫截流溝直接接入市政雨水管涵內。橫截流溝寬度為0.38米，深度0.47米。隧道兩端敞開部分的雨水，則通過隧道兩側的邊溝和路面排至隧道內引道與隧道的最低點，通過橫向雙孔截流溝排入雨水泵站集水池。橫向截流溝寬0.38米，深度0.47米，經潛水排污泵提升后，排入市政雨水管網。在地道暗埋段部分段，利用地面道路中央綠化帶設置鏤空段，通過頂板開孔形成豎向通風井，發揮通風排煙功能。地道鏤空段的設置可以使全地道范圍內連續暗埋段最大長度不超出500m，滿足采用自然通風的條件，從而不需設置機械排煙系統。隧道內鏤空段每隔一定距離分別增設寬度為0.38米，深度0.47米的橫向截流溝，分別匯入地道兩側邊溝內。

2.3.3隧道廢水收集隧道廢水通過隧道最低點處設置的橫向雙孔截流溝排入廢水泵站集水池。在泵房進水管入口處安裝不銹鋼隔網，防止大顆粒雜質進入水池造成淤積。橫向截流溝寬0.38米，深度0.47米，經潛水排污泵提升后，排入市政雨水管網。隧道內鏤空段每隔一定距離分別增設寬度為0.38米，深度0.47米的橫向截流溝，分別匯入兩側邊溝內，最終排入廢水泵站集水池，經潛水排污泵提升后，排入市政雨水管網。

2.3.4泵站規模根據暴雨強度公式計算出的P=50a時的雨水量為泵站設計規模，泵站A設在元通大道與渠南路交叉口附近，主要解決隧道北端敞開段的雨水流量。泵站B設在中原西路與渠南路交叉口附近，主要解決隧道南段敞開段的雨水流量。廢水泵站設在謹行街與渠南路交叉口附近，主要解決隧道的廢水流量及鏤空段雨水流量。泵房平時主要排出小雨，單臺水泵流量過大會造成不必要的經濟損失，同時，水泵頻繁開啟也會造成壽命折損，因此，需要通過增加水泵數量的方式降低單泵流量。

3集水池及調蓄設施

泵站設置集水池收集橫截溝排出的雨水、廢水，集水池容積根據所選用污水泵的型號、臺數、工作制度、泵站的操作性質和啟動時間來確定。市政雨水泵站集水池要求不低于最大一臺水泵30s的流量。隧道內采用兩側邊溝排水，不具有調蓄功能，為了增加泵站的調蓄功能，減緩下游須水河暴雨天氣的排水壓力，保證極端降雨出現時隧道防洪排澇的安全性，集水池均通過溢流口與儲水夾層連通，如圖2所示，每個儲水夾層尺寸為40m×30.3m，有效容積3030m3。儲水夾層將雨水徑流的高峰流量暫存其內，待最大流量下降后，再從調蓄池中將雨水慢慢排除。既能規避雨水洪峰，實現雨水的循環利用，又能避免初期雨水對承受水體的污染，有力地保證了極端降雨出現時的排水安全。

4泵站設計

4.1泵站工藝設計

本工程泵站采用附壁式泵站，泵站為全地下式鋼筋混凝土結構，與地道連為一體，在地道側墻上留出入洞口。泵站集水池低于地道路面，泵站內配置備用泵，雨水通過地道最低點的雙橫截溝流入集水池，雨水經泵站抽升后排入消力池，進入市政雨水管網內。泵站采用粉碎型格柵，能有效將污水管網中的雜物垃圾進行粉碎，從而保護泵站中其他設備正常運轉，同時，有效減少了污水泵站對周邊環境的破壞。泵房內設置電動葫蘆、軸流風機、潛污泵、鑄鐵鑲銅圓閘門、等輔助設施。為保證泵站正常運行，需定期清理進水口處格柵及集水池內淤積雜物。定期對泵房設備進行檢修維護。汛期來臨前應對泵房設備進行試車維護，保證汛期泵房正常運行。

4.2泵站出水管設計

隧道內雨水經泵站抽升后首先排入壓力雨水井，壓力水井主要為消除經泵提升的水流中挾帶的能量，使排水構筑物不再發生空蝕、脈動、震動、磨損以及沖刷等破壞，減少水壓對管道壁的沖擊，增長管道的壽命，雨水經消能后排入渠南路同期設計雨水井。

5結語

在鄭州市渠南路快速通道下穿段雨水工程設計中，根據工程自身特點，提高隧道泵站設計重現期，增設泵站集水池調蓄設施，以保證隧道防洪排澇的安全性，為此類工程提供了借鑒。

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作者：高艷云 張垚臻 劉杰 單位：河南省城鄉規劃設計研究總院股份有限公司