城市下穿隧道排水系统设计综述

刘启龙，李志远，季红玲

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

随着我国城市交通的快速发展，城市下穿隧道越来越多。但在建设方面，与之配套的排水系统设计没有规范、标准、细则及其他相关要求。目前江苏省隧道排水设计主要参考现有标准，及其他省市隧道排水设计规范，如：上海市《道路隧道设计标准》DG/TJ 08—2033—2017[1]，和相关项目经验。本文以江苏省某市2 条隧道排水系统设计为研究案例进行探讨。

1 工程概况

X 隧道、Y 隧道为城市快速路，双向6 车道，设计速度80 km/h；其中X 隧道主线长580 m，敞开段330 m，暗埋段250 m，为仅限通行载有非危险化学品等机动车的四类隧道；Y 隧道主线长1 190 m，敞开段340 m，暗埋段850 m，有3 处匝道，其中，A 匝道、B 匝道对称布置，敞开段125 m，暗埋段45 m，C匝道敞开段95 m，暗埋段35 m，为仅限通行载有非危险化学品等机动车的三类隧道。

2 排水系统设计概述

2.1 设计原则

1）排水应分类集中，采取高水高排、低水低排互不连通的系统就近排放。

2）隧道冲洗废水、结构渗漏水、消防废水及引道段的雨水应分类集中，雨水就近排入市政雨水管网或合流管网，废水应排入污水管网或合流管网[1]。

3）根据隧道规模等级及消防规范，X 隧道不设消防给水系统，Y 隧道设消防给水系统；结合以上要求，X 隧道仅设雨水系统，Y 隧道设雨水及废水系统。

2.2 主要设计规范和相关标准

目前江苏省隧道排水设计主要参考《室外排水设计规范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，《地铁设计规范》GB 50157—2013[3]，《公路隧道设计规范第一册土建工程》JTG 3370.1—2018，《公路排水设计规范》JTG/TD 33—2012[4]，《建筑给水排水设计标准》GB 50015—2019[5]，《道路隧道设计标准》DG/TJ 08—2033—2017。

2.3 雨水系统设计

2.3.1 雨水泵房设置位置与数量

本工程X 隧道、Y 隧道道路纵坡呈V 字形，故仅在隧道最低点设1 座雨水泵房，泵房编号为X1；Y 隧道主线两侧洞口及C 匝道洞口各设置1 座雨水泵房，泵房编号分别为Y1，Y2，Y3，由于A 匝道、B 匝道对称布置，故仅在B 匝道设置1 座雨水泵房，泵房编号为Y4，A 匝道雨水通过管道引至Y4雨水泵房内。

2.3.2 雨水设计流量计算

根据《室外排水设计规范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]，雨水设计流量Qs 的计算公式为：

式（2）中：q 为暴雨强度，L/（s·hm2）；P 为雨水管渠设计重现期，a；t 为雨水管渠的降雨历时，min；t=t1+t2，t1为地面集水时间，取2 min~10 min，t2为管渠内雨水流行时间，min；ψ 为径流系数，取0.8~1.0；F 为汇水面积，ha。

2.3.3 设计参数确定

1）设计重现期

设计重现期P 的取值每个规范均不统一。其中《室外排水设计规范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]规定立体交叉道路排水系统雨水管渠水设计重现期≥10 a、中心城区地下通道和下沉式广场等超大城市和特大城市30 a ~50 a、大城市20 a ~30 a、中等城市和小城市10 a ~20 a；《地铁设计规范》GB 50157—2013[3]规定应按当地50 a 一遇的暴雨强度计算。近年来，我国各大城市频繁遭遇强暴雨袭击，引发严重内涝，为保证隧道的安全运营，本工程设计重现期取规范上限值50 a。

2）坡面集水时间

《室外排水设计规范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]规定地面集水时间应根据道路坡长、坡度和路面粗糙度等计算确定，但未明确具体计算公式，宜为2 min~10 min。另外，《公路排水设计规范》JTG/TD 33—2012[4]及《道路隧道设计标准》DG/TJ 08—2033—2017[1]均对坡面集水时间进行规定，见公式（3）。

式（3）中：t1为坡面集水时间，min；Lp为坡面流的长度，m；s 为地表粗糙系数，取0.013；ip为引道段坡度，用小数计。

本工程Y 隧道Y1 雨水泵房小桩号接地点至洞口处坡面长度为130 m，地面坡度为4.5%，根据式（3）计算，t1为3.81 min。

3）汇水面积

结合《建筑给水排水设计标准》GB 50015—2019 规定[5]，隧道敞开段出入口坡道应附加其高出部分侧墙面积的1/2，即隧道洞口部分汇水面积包含两部分：一部分为隧道接地点至洞口处路面汇水面积S1，另一部分为侧墙汇水面积S2，见图1。

本工程Y1 雨水泵房S1=3 640 m2；Y1 雨水泵房S2取单侧侧墙面积的1/2，即S2=244 m2；故Y1 雨水泵房汇水面积为3 884 m2。

合理确定隧道排水系统的汇水面积，高水高排、低水低排，并采取有效防止高水进入低水系统的拦截措施，是排除隧道积水的关键问题。考虑到暴雨时水流湍急，急速水流会越过道路驼峰流向下游，本工程2 条隧道主线及匝道接地点均在道路驼峰后，再增设1 道横截沟。

2.3.4 雨水泵房设计规模

Y1 雨水泵房设计雨水量为238 L/s，雨水泵房规模取设计雨水量的1.2 倍，为286 L/s。

《室外排水设计规范（2016 年版）》GB 50014—2006[2]规定雨水泵房可不设备用泵。立交道路的雨水泵房可视泵房重要性设置备用泵。另外《地铁设计规范》GB 50157—2013[3]规定洞口雨水泵站宜设3台排水泵，最大水量时3 台水泵应同时工作，每台水泵的排水能力应大于最大小时排水量的1/3。《道路隧道设计标准》DG/TJ 08—2033—2017[1]规定雨水泵房内应设置备用水泵，且水泵总数不宜少于3台。若泵房内设置3 台水泵，每台水泵的排水能力应大于最大小时排水量的1/2。

因以设计重现期为2 a~10 a 的降雨较多，在设计重现期为2 a，5 a，10 a 时，Y1 雨水泵房设计雨水量见表1。

表1 Y1 雨水泵房设计雨水量

从表1 可知，在设计重现期为50 a 时，选用3台水泵并联工作，同时考虑水泵并联时对单台水泵流量折损的影响，取单泵流量为110 L/s。在降雨重现期为2 a~10 a 情况下，2 台泵同时启动就能满足排水要求。

图2B和表2示，不同分化程度肿瘤组织中CEACAM1表达方式差异有统计学意义，分化程度低的腺癌组织CEACAM1细胞质表达较多，χ2=8.649，P=0.013。中晚期食管腺癌组织样本中CEACAM1细胞膜表达较少，细胞质表达较多，与早期食管腺癌组织相比(以细胞膜表达为主)，差异有统计学意义，χ2=25.410，P<0.001。

2.3.5 废水系统设计

隧道废水排水系统包括隧道管养时冲洗废水（q1）、结构渗漏水（q2）及消防废水（q3）。

2.3.6 废水泵房设置位置及数量

由于X 隧道不设置消防给水系统，为减少泵房数量，X 隧道不单独增设废水泵房，隧道废水收集后排入X1 雨水泵房，提升后就近排入河道或市政雨水系统内；Y 隧道设消防给水系统，存在消防废水，结合隧道V 字形纵断面，故仅在隧道最低点增设1座废水泵房F1，收集隧道废水提升后就近排入市政污水系统。

2.3.7 废水泵房设计规模

隧道最低点通常比隧道外路面低2 m~8 m[6]，道路纵坡较大（0.5%~5.5%）[7]，水流速度较快，容易形成较强的地面径流，洞口处横截沟不能完全拦截敞开段雨水，以及车辆行驶过程中夹带的雨水，笔者认为尚需考虑20%~25%敞开段的雨水量。本工程取20%敞开段雨水量（q4），为160 L/s。另外，隧道管养时冲洗废水q1按7 L/s 考虑，结构渗漏水q2按10 L/s 考虑，消防废水q3按消防用水量确定，即30 L/s。

F1 废水泵房设计规模为Max {q1+q2q2+q3q2+q4}，即170 L/s。

3 排水系统问题探讨

1）设计重现期

为减少隧道积水问题，应适当提高城市下穿隧道的设计重现期，一般宜取上限值。另外，隧道为百年工程，考虑到远期城市的发展及暴雨强度的增大，建议在泵房内预留1 台水泵安装位置，待需要时投入使用。

2）水泵配置

考虑并联流量折损，其排水量应比设计值大10%~20%。为使多台并联水泵均在高效区运行，增大并联水泵流量，应尽量不要选用性能曲线平坦的水泵[8]。

3）隧道养护管理

隧道排水系统的正常、高效运行与日常的养护管理密不可分，以“预防为主、防治结合”为原则，重视预防性养护。对提高隧道使用寿命和耐久度来说，预防性养护意义重大，可以增加隧道的安全性[9]。

设计阶段应考虑为保证隧道排水系统正常、高效运行须增设养护措施。建议在泵房内增设1 台小流量泵，用于日常及检修时排空集水池内积水；水泵出水管增设反冲洗管道，主泵启动后，反冲洗阀自动打开，利用水泵扬水压力对集水池底淤泥进行冲洗搅拌，减少水池内沉淀物的沉积，有利于泵房的维修保养。

此外，结合隧道养护管理经验，还应着重注意以下几点内容。

1）考虑隧道养护，隧道内未设置消防给水系统的，须从市政给水管接取1 根给水管，供隧道及泵房冲洗用水，可在隧道装饰板后及泵房内增设冲洗水龙头。

2）水泵出水总管一端建议增加盲板及盲板法兰，用于清通管道内积泥。

3）建议隧道最低点增设水位尺及摄像头，与监控中心联网，以便监控隧道积水或养护人员可及时发现险情，利用情报板提醒过往车辆或关闭隧道。

4 结论

本文对江苏省某市2 条隧道排水系统设计进行阐述，并结合隧道养护管理经验，主要形成以下结论。

1）为有效拦截高水排入道路雨水系统，本工程2 条隧道主线及匝道接地点均在道路驼峰后，再增设1 道横截沟。

2）隧道设计重现期，取规范上限值，并在泵房内预留1 台水泵安装位置，待需要时投入使用。

3）排水量应比设计值大10%～20%。隧道及雨、废水泵房增设养护管理措施、隧道最低点增设水位尺及摄像头，与监控中心联网。