合肥市天鹅湖隧道排水方案分析

刘 猛 徐国庆

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

合肥市天鹅湖隧道全长约1 km，其中隧道全长685 m，封闭段447 m（水下段约280 m）、敞开段238 m，围堰明挖法施工。项目封闭段采用单箱两孔闭合框架结构，敞口段采用U槽结构，双向六车道城市主干道，设计速度60 km/h。

2018年10月下旬完成初步设计，2018年12月下旬完成施工图设计。2019年3月项目开工建设，2020年5月天鹅湖隧道正式通车。天鹅湖隧道的贯通可大幅度缓解翡翠路、潜山路的交通压力，充分发挥路网整体功能。天鹅湖隧道获得2022年度中国市政工程最高质量水平评价。

天鹅湖隧道是合肥市首个在城市环境敏感区域的水下隧道工程，项目位于政务中心核心区域，隧道景观需要实现“融入不抢镜、增色不乱景”。

天鹅湖隧道“V”形线路如图1所示。

图1 天鹅湖隧道“V”形线路

针对天鹅湖隧道排水方案涉及景观、造价、施工难易程度、后期维护等因素，隧道排水方案设计人员经历多次讨论、比选，可采用3种排水技术方案，方案分别为常规方案、湖中方案和湖岸方案。

2 排水规模

根据合肥市暴雨强度公式：

式中：P——设计重现期；t——设计降雨历时。

根据《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）位于中心城区的重要地方，立体交叉道路排水系统设计重现期20～30年[1]，综合考虑本项目所处地理位置、道路等级及设计时速等，本次设计重现期取值为50年。

根据《道路隧道设计标准》（DG/TJ 08-2033—2017）[2]计算：

式中：t1——坡面集水时间（min）；n——地面粗糙系数，取0.013；L——坡面流长度（m）；i——引道段坡度。

北侧引道段坡度为4.5%，坡长为420 m，北侧集水时间为6.6 min；南侧引道段坡度为4.95%，坡长为320 m，南侧集水时间为5.67 min；综合考虑，方案阶段设计降雨历时取值为5 min。

式中：Q——雨水设计流量（L/s）；ψ——径流系数，取0.9；F——汇水面积（hm2）。

汇水面积为1.5 hm2，经过计算，雨水设计流量为922 L/s；隧道雨水泵房设计规模按雨水设计流量1.2倍确定，故天鹅湖隧道排水泵站规模为1.11 m3/s。

3 排水方案介绍

3.1 常规方案

目前，常规湖底、河底隧道一般共设两座雨水泵站和一座废水泵站，两端洞门附近分别设雨水泵站，最低点设一座废水泵站。例如安徽省内方兴湖隧道、少荃湖隧道、涡河隧道、南纬六路隧道，根据高水高排、低水低排的原则，在隧道引道两端起点设置驼峰，拦截地面段雨水，排放到路面雨水系统，尽量减少流入隧道雨水泵站的水量，降低泵站造价。在隧道洞口内侧设置雨水泵站，收集隧道引道段雨水。在雨水泵站处的车道上设置两道横截沟，拦截雨水进入雨水泵站集水池，经潜污泵提升至隧道外消能井后，再排入天鹅湖。

最低点设一道横截沟，拦截隧道内冲洗废水、消防废水、结构渗漏水等，通过横截沟流入最低点废水泵站废水池，经过潜污泵提升后，沿着结构侧墙装饰层敷设压力管，在洞口附近就近接入市政污水管网。常规方案泵站布置如图2所示。

图2 常规方案泵站布置

3.2 湖中方案

湖中方案是指仅在天鹅湖隧道线路最低点附近设置一座排水泵站，取消了所有的横截沟。天鹅湖隧道是城市主干道，行车速度快，排水泵站规模偏小，且两侧引道纵坡分别为4.50%和4.95%，纵坡大，整体路线呈“V”形，横截沟截水效果差。隧道两侧排水边沟正常设置，在隧道最低点设置排水暗涵，最低点排水边沟沟底设置井筒连通排水暗涵，排水暗涵接入集水池。为了保障路面积水快速排除，应尽量加宽最低点附近排水边沟，排水暗涵需要砂浆二次找坡，且尺寸应满足施工及排水要求，湖中方案排水泵站与隧道结构共墙设置。

湖中方案路面积水经过排水边沟收集，经排水暗涵接入外挂排水泵站集水池，经集水池潜污泵压力提升后，从隧道侧墙预留压力管位敷设，敷设至洞门附近再出室外，最终接至天鹅湖。

3.3 湖岸方案

湖岸方案是指将天鹅湖隧道线路最低点湖底排水泵站设置在湖岸附近。隧道内设置维持湖中方案不变，外挂泵站改为外挂一个顶管接收井，湖岸排水泵站采用沉井施工，利用泵站主体结构兼做顶管工作井，从岸边向着湖中机械顶进，顶管管材采用加强型Ⅲ级F型钢承口管，管道施工前应向厂家提供管顶覆土厚度、水压等参数，以便厂家提供满足工程需要的管材，管材应符合《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T 640—2011）[3]的规定；在DN1 500 mm顶管施工完成以后，再在顶管内安装PE100级DN1 200 mm给水管，采用SDR41系列，公称压力0.4 MPa，管道采用电熔承插连接，施工做法参见《大口径聚乙烯（PE）给水管道工程技术规程》（DB13/T 2162—2014）[4]。在DN1 200 mm管道和DN1 500 mm管道之间采用中粗砂或注浆填实，管端头采用C20素混凝土封堵。隧道内排水暗涵雨废水接入外挂顶管接收井，再通过DN1 200 mm水管进入岸边泵站。湖岸方案顶管如图3所示。

图3 湖岸方案顶管

湖岸方案为了将泵站融入天鹅湖周围优美环境中，排水泵站采用全地下设置，泵站四周不设置围墙，采用绿植隔离[5]；泵站配电房与附近地铁3号线冷却塔结合，全部下沉设置，并用绿化遮蔽，达到藏于无形的目的，保护天鹅湖景观空间。

为了保护天鹅湖水质不被破坏，天鹅湖隧道初期雨水、隧道冲洗废水含有较多含油废水，不适合直接抽排至湖内，设计人员对方案三排水泵站进行改进，一个泵站分为两部分，一部分为雨水集水池，另外一部分为废水集水池，初期雨水或隧道冲洗废水等小流量进入泵站废水集水池，通过废水集水池潜污泵压力提升，进入市政污水管网；降雨持续，雨量增大，关闭废水集水池进水闸门，雨水进入雨水集水池，按预先设定的水位依次开启雨水集水池潜污泵，压力提升进入天鹅湖。

4 方案比选

4.1 运营安全分析

常规方案共设置五道横截沟，根据养护部门经验，类似隧道虽然升级改造横截沟，将原来的镀锌格栅改造为一体化插入式横截沟。一体化插入式横截沟盖板由移动式和固定式组成，在行车区域采用固定式，在行车区域之外和端部采用移动式，为后期养护冲洗创造条件，保障行车安全和舒适性[6]。但该路段为城市主干道，且为下坡路段，行车速度快，在行车冲击下，噪声问题频频发生。项目处于政务区核心位置，办公服务大厅、奥体中心、高档小区分布在项目周围，同时天鹅湖也是合肥市民重要的休闲、锻炼场所，故天鹅湖隧道应尽量不设横截沟。施工水平存在差异，造成插入式横截沟也存在各种质量问题，随着运营时间延长，跳车现象时有发生，威胁行车安全。两侧引道纵坡大，存在路面雨水越过横截沟进入隧道内的情况。

湖中方案和湖岸方案取消横截沟，从根本上解决了行车安全威胁和噪声隐患。

4.2 管理维护分析

常规方案泵站数量众多，布置分散，不利于管养单位统一管理和维护。常规方案和湖中方案检修养护困难，增加了管养部门的工作量，不便于后期养护。隧道未设置检修道，为了不影响交通，检修养护安排在夜间进行，需要临时占用一个车道作为检修通道。排水泵站尺寸较大，设备运输要依靠人力搬运，增加检修工人劳动量，不便于开展机械化养护。排水泵站电气设备都在湖底，电气设备安全高度得不到保障，内部通风换气都依靠隧道进行，内部潮湿且空气浑浊，不利于电气设置长期运行和工作人员身体健康。

湖岸方案可以采用汽车吊在地面检修，不需要人工体力搬运，检修人员工作环境得到改善，人身安全可以得到充分保障。

4.3 调蓄能力分析

常规方案和湖中方案调蓄容积仅依靠泵站集水池的有效容积，但由于土建投资限制，泵站集水池调蓄容积偏小。

湖岸方案调蓄容积分为两部分，一部分是泵站集水池有效容积，另一部分是DN1 200 mm重力流进水管，调蓄容积大幅度提高。

4.4 施工难易程度分析

常规方案仅在湖中设置一座废水泵站，平面尺寸为5 m×9 m，占地面积小，施工难度偏小。

根据《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）相关要求，湖中方案隧道排水泵站既要满足潜污泵安装要求，又要满足集水池有效容积要求，同时要设置格栅、闸门等附件，综合计算，排水泵站平面尺寸为11 m×14 m，平面占地尺寸大，在天鹅湖中间明挖筑堰法施工，增加了施工难度。

湖岸方案泵站采用沉井施工，施工速度快，难度小，周围施工工作面大，此工法在市政工程中普遍采用。

4.5 施工工期分析

常规方案和湖中方案泵站都是与隧道主体合建，需要与隧道主体同步建设，比正常隧道施工工期增加约20 d。湖岸方案泵站采用沉井施工，可以与隧道主体建设同步进行，可以缩短工期。

4.6 投资分析

常规方案中，泵站均与隧道合建，且最低点废水泵站尺寸小，整体造价偏低。

湖中隧道泵站位于湖中，泵站平面尺寸大，围护费用增大，且需要考虑压力出水管从隧道结构内侧敷设空间，局部路段需要加大隧道主体横断面尺寸，整体造价偏高。

湖岸方案泵站采用沉井施工，基坑围护工作量少，泵站费用较低，仅增加了顶管费用，经过综合各种费用，湖岸方案整体费用适中。

5 结语

根据隧道排水方案涉及的排水规模、线型、周围环境因素，从运营安全、管理维护、调蓄能力、施工难易程度、工期及投资角度进行分析。常规方案工期长，且横截沟存在安全隐患，泵站数量多，后期管养、协调工作难度大；湖中方案工期长，整体造价高，后期管养难度大，工作环境差，不能体现以人为本的设计理念；湖岸方案整体造价适中，可以缩短工期，利于后期管养。通过综合比选，本工程最终选定湖岸方案，为后期管养服务。