城市湖底隧道排水设计要点分析——以合肥市天鹅湖隧道为例

毛 雷

(合肥城建投资控股有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

近年来，随着城市进程的加快，城市建设飞速发展，城市湖底隧道因其对景观影响小、生态性好，在全国各大城市的道路网建设中应用得越来越普遍，以合肥为例，近几年先后建成了滨湖新区方兴湖隧道、政务区天鹅湖隧道以及新站区少荃湖隧道。湖底隧道建设的关键点，不仅在于主体结构、防水、消防等方面，隧道的排水设计也至关重要。其设计是否合理，不仅关系到道路交通和环境卫生，甚至关系到人民生命财产的安全。

下面以合肥市天鹅湖隧道为例，对城市湖底隧道的排水设计要点进行分析。

1 工程背景

天鹅湖公园位于合肥市政务区中心位置，如图1所示，北邻合肥市政府、南接政务区绿轴公园及合肥市奥体中心。公园环境优美、景色怡人，是合肥市民重要的游览休憩场所，同时也是合肥市的城市名片之一。

图1 项目位置图

天鹅湖周边主干道路网已基本建成，但受湖体阻隔，南北走向的怀宁路一直未能贯通，与之平行的潜山路、翡翠路交通压力日益加重。

为保护现状湖体景观的完整性，确定采用隧道穿越方案。天鹅湖为景观调蓄水体，湖面面积约950亩(1亩≈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 排水设计要点分析

2.1 设计参数和标准

(1)雨水量：按下公式计算[1]，

Q=qψF

式中：Q为雨水设计流量，L/s；q为设计暴雨强度，L/(s·ham2)；ψ为径流系数，取值为1；F为汇水面积，hm2。

合肥市暴雨强度公式为：

式中：P为重现期，a。《合肥市排水设计导则》(DBHJ/T012-2014)规定：下穿立交汇水范围的暴雨重现期采用20～30 a。考虑到本项目的重要性，本次取值50 a。t为降雨历时,min，t=t1+t2，取值为3 min。

(2)结构渗漏水量：取1 L/(m2·d)。

(3)冲洗排水量：同冲洗用水量，冲洗水按以市政洒水车进行地面冲洗，冲洗用水为2.0～3.0 L/(m2·d)，每天1次计算(消防时不考虑冲洗水量)。

(4)初期雨水：根据《十五里河流域治理一期工程调蓄池专题论证方案》(2018年7月)成果，政务区段祁门路上初雨截留取3.4 mm。本次考虑到天鹅湖排放要求更高，设计取5 mm左右。

2.2 汇水面积和泵站规模

隧道两侧地面辅道以及隧道两端道路纵坡相对高点以外范围的雨水可以自流入雨水干管，再自流排入天鹅湖，故应单独成一系统，不纳入隧道排水汇水范围内[2]；隧道两端道路纵坡相对高点以内范围，不能自流排入天鹅湖，必须通过泵站提升后才能排入天鹅湖，该部分的汇水面积方为隧道雨水量计算中采用的汇水面积，如图2所示，天鹅湖隧道汇水面积南北两岸合计为15 000 m2。考虑到本项目重要性，雨水泵站规模适当富余，取1.32 m3/s；废水(初雨)泵站规模取0.078 m3/s。

图2 汇水面积示意图

2.3 泵站方案

常规湖底隧道泵站设计一般采用在隧道最低点附近设计外挂式泵站，利用隧道结构外墙作为拟建泵站的墙体，泵站位于湖底，泵站的检修通道位于隧道内。对于较长的湖底隧道，如合肥市方兴湖隧道，湖底暗埋段全长820 m，则设计了3座提升泵站，如图3所示，2座分别位于隧道进出口的东西两端，用于收集隧道敞口段的雨水，1座位于隧道的最低点，用于收集冲洗废水、结构渗水等，隧道内未设检修通道，检修时临时封闭1个车道作为检修通道[3，4]。天鹅湖隧道暗埋段长度447 m，隧道最低点距北岸150 m，距南岸254 m。设计采用了2个方案进行比选，比选内容见表1。

图3 方兴湖隧道排水泵房示意图

表1 泵站方案比选表

经技术经济比较，最终选用方案一，即采用在北岸设置一座分离式泵站，泵站结构和隧道结构分离，泵站独立建设。

2.4 泵站型式

对于泵站，设计时也采用了两种型式进行比选。

型式一：采用半地下形式矩池体，上部为泵房，下部为集水池，格栅间与集水池合建；同时，为方便运行管理及设备维护，在泵站内设值班室、监控室、机修间、变配电间。

型式二：全地下形式矩形池体，泵房、集水池、格栅间等全部位于地下，上部设置设备吊装孔及通风孔，同时在格栅间上部两侧设计进入泵站的楼梯间。泵站采用无人值守，不设值班室、监控室等管理用房，仅设置变配电间。

经技术经济比选，最终采用形式二全地下结构，占地面积小，结构形式紧凑，如图4所示，并能与周围环境有效融合且投资也较型式一略低。

图4 泵站地面层实景图

考虑到天鹅湖公园景观要求，创新性地采用了全下沉式配电房设计，如图5所示，将泵站配电房整体下沉至地面以下，并将其附近的地铁3号线天鹅湖站冷却塔同步纳入下沉广场内，配电房屋顶和广场内地面除检修通道外，全绿植覆盖，广场周边用玻璃栏杆和绿植隔离，以全面提升天鹅湖公园景观效果。

图5 下沉式配电房俯视效果图

2.5 泵站工艺

城市湖底隧道雨水泵站出水常规设计是就近排入周边水系。本项目周边水系只有天鹅湖，天鹅湖水来自响洪甸水库、佛子岭水库、磨子潭水库，达到一类水质。初期雨水、隧道冲洗和消防废水含有的污染物较多，会对天鹅湖水体造成一定污染，故设计采用初雨、废水和洁净雨水分质排放。初雨、废水排入污水泵池，经提升后排入市政污水管道，最终进入污水处理厂，经处理后再排放水体；洁净雨水排入雨水泵池，经提升后直排天鹅湖，从而将对天鹅湖水质的影响降到最低。泵站位于天鹅湖公园内，天鹅湖公园是合肥市民休闲、娱乐的重要场所。为减少占用公园绿地和乔木迁移，设计采用一体化泵站设计，即共用一个进水管路和集水池，并最大限度缩小泵站建设规模，如图6所示，将对天鹅湖公园景观的影响降到最低。

初雨、废水进入集水池后，因水量较小，水位较低，通过水位自动控制，自流排入污水泵池，经污水泵提升后排入周边市政污水管道；当持续降雨，雨量增大，集水池水位上升，则自动关闭污水泵池进水闸门，污水泵停止运行。雨水自流进入雨水泵池，达到启排水位后，雨水泵逐次开启，将洁净雨水抽排至天鹅湖[5，6]。降雨停止后，泵池水位下降，雨水泵渐次停泵，污水泵池进水闸则再次开启。泵房内所有水位、水泵的启停均可远程监控、自动控制，泵房内也可手动控制[6]。泵房的工艺流程如图7所示。

3 结束语

随着我国城市经济的快速发展，城市穿湖隧道等工程在我国已有了不少成功案例，但不同隧道的长度、断面型式、位置等各不相同，且湖体的水质要求也不同。本文通过对合肥市天鹅湖隧道排水设计要点进行详细论述以及对排水设计创新点的充分展示，希望可为城市湖底隧道排水设计起到一定的启发和指导作用。