盾构法过江交通隧道废水排水系统调研与总结

唐 健， 周金忠， 范太兴， 张忠品， 杜金海， 陈长江

(中铁隧道勘测设计院有限公司， 天津 300133)

0 引言

随着我国经济的快速发展，人们出行对水域通行的要求越来越高，水下隧道以其特有的方式成为过江的首选。盾构法施工的过江交通隧道(简称过江隧道)，其废水包括隧道结构渗漏水、日常运营清洗废水、消防废水及消防水管爆管产生废水(简称消防管爆管废水)等。由于过江隧道的废水无法通过自流方式排出隧道[1-3]，如果不及时排除就会影响隧道正常运营[4-5]。过江隧道废水排水系统的设计，主要体现在排水能力[6]、水泵选型[7]、提升方案[8]等方面，因此，废水排水系统设计的第一目标为： 合理设计废水泵站的排水能力，及时排除各种废水。

文献[2]介绍了青岛胶州湾海底隧道废水排水方案的设计情况； 文献[3]介绍了南京地铁3号线地铁过江隧道废水排水方案的设计情况； 文献[8]主要介绍了海河隧道的雨水排水设计系统； 文献[9-14]主要对城市隧道排水系统、消防给水系统和自动报警系统如何合理设计进行了分析和探讨。以上文章均针对单座隧道的设计方案进行探讨，对同类隧道的废水排水系统无横向比较。本次南京调研的4条水下交通隧道，根据功能分为2条地铁过江隧道和2条公路过江隧道，隧道所处的地质条件基本相同，外部影响因素相近，如过江段单次掘进线路长度均较长、地质条件均较复杂、沿线水头压力均较高、覆土厚度变化均较大等。但在隧道内的设备布置，尤其是废水排水系统设计方面有许多不同点，因此具有一定的可比性。

1 地铁过江隧道废水排水系统概述

1.1 工程概况

南京地铁3号线下穿长江段为浦珠路站—滨江路站区间(简称南京3号线过江隧道)，该隧道线路全长3 353.945 m，过江段约2 159 m，最大纵坡为28‰，埋深为8～40 m，300年一遇冲刷条件下，隧道顶部覆土厚度约为5 m，深槽段穿越地层主要为粉细砂和含砾中粗砂层，土层渗透系数较大，透水性好。南京3号线过江隧道平面和纵剖面如图1(a)和图1(c)所示。

南京地铁10号线下穿长江段区间(简称南京10号线过江隧道)起点位于长江北岸的中间风井，线路出中间风井后，在纬七路过江隧道南侧向东依次穿越长江北岸大堤、城南河、潜洲、长江主航道、梅子洲江防大堤，到达南岸的江心洲站，隧道线路全长3 600 m，过江段约2 627 m，最大纵坡度为28‰，埋深为9.4～37 m，在300年一遇洪水冲刷下，隧道顶部覆土厚度约为5.3 m，地质与3号线穿越土层相似，透水性好，压缩性低。南京10号线过江隧道平面和纵剖面如图1(b)和图1(d)所示。

(a) 南京3号线过江隧道平面图 (b) 南京10号线过江隧道平面图

(d) 南京10号线过江隧道纵剖面图

1.2 废水的来源与组成

地铁过江隧道结构渗漏水量比较少，现场考察南京地铁3、10号线过江隧道时，发现隧道侧沟很干燥；隧道内的冲洗废水，一般仅在冲洗隧道时才产生，而地铁过江隧道冲洗频率很低且冲洗水量也很小；消防废水量相对比较大，但仅在发生隧道火灾时才产生。因此，地铁过江隧道废水量主要是消防废水量。

由于地铁过江隧道火灾当量值较小，故目前国内地铁过江隧道仅设置消火栓给水系统，消防水由车站消防水源提供。当发生严重火灾，而室内消防用水量不满足灭火要求时，室外消防用水通过“消防车+水泵接合器”供应到隧道内，用于消防灭火。因此，消防废水量应为室内、外消火栓系统的消防水量之和，即废水流量为72 m3/h，废水泵站的排水能力应按消防废水量确定，即72 m3/h。但考虑到地铁隧道内一旦发生火灾，一般就不再往着火区间发车，并且适量的消防废水积水也不影响列车运行。所以，在困难情况下，废水泵站的排水能力也可以按室内消火栓系统的消防废水量确定，不考虑室外，即也可按36 m3/h考虑。

设计南京地铁3、10号线过江隧道时，执行的规范为GB 50157—2003《地铁设计规范》(简称旧版《地铁规范》)。旧版《地铁规范》第13.3.5条第1款规定：“区间排水泵站、辅助排水泵站及车站排水泵房应设2台排水泵，平时1台工作；当排除消防废水时，2台泵同时工作；排水泵的总排水能力，按消防时的排水量和结构渗水量之和确定。位于水域下的区间及车站排水泵站，应增设1台排水泵，每台排水泵的排水能力应大于最大小时排水量的1/2。”根据上述要求，考虑其他不可预见的情况，废水泵站的排水能力按36～72 m3/h考虑，单台废水泵设计流量取值应为18～36 m3/h。

1.3 废水泵流量的确定

现将南京3、10号线过江隧道的废水排水系统设计情况罗列如下，见表1。

表1南京3、10号线过江隧道废水排水系统比较

Table 1 Comparison of wastewater drainage system between river-crossing tunnels on Line No. 3 and No. 10 of Nanjing Metro

废水排水系统废水泵房座数废水泵台数每台废水泵流量/(m3/h)3号线隧道1共3台3510号线隧道3每座3台,共9台25

由表1可知，南京3号线过江隧道消防废水排水能力按室内外消防用水量之和考虑，而南京10号线过江隧道消防废水排水能力只按室内消防用水量考虑。所以，南京3号线过江隧道对废水泵房的排水能力考虑得相对合理。

新版GB 50157—2013《地铁设计规范》(简称新版《地铁规范》)第14.3.5条第1款中取消了“位于水域下的区间及车站排水泵站，应增设1台排水泵”的要求。上述修改对盾构过江隧道特别有意义，一是盾构过江隧道结构渗漏水量很小，水泵运营时间很短，维修时间很多，不必增设备用排水泵；二是盾构过江隧道内部布置紧凑，布置水泵空间紧张。从修改中也可以看出： 在盾构过江隧道中，废水泵房的排水能力只要满足排除消防废水即可，不必备用排水泵。

2 地铁过江隧道废水排水系统设计

2.1 废水提升方案

南京3、10号线过江隧道均于2009年开始初步设计，2010年开始施工图设计，当时执行的规范为旧版《地铁规范》。旧版《地铁规范》第12.3.4条第1款规定：“区间隧道主排水泵站应设置在线路实际坡度最低点，每座泵站所担负的区间长度，单线不应大于3 km，双线不应大于1.5 km”。

南京3号线过江隧道总长度约为3 353 m，南京10号线过江隧道总长度约为3 600 m。根据上述规范中双线隧道排水泵房服务长度不应大于1.5 km的要求，其排水系统提升方案均应设计为2级提升方案，这就说明除了在江底设废水泵房外，还需另外设置2座辅助废水泵房，即一共设计3座废水泵房，每座废水泵房内需要设置3台废水泵，以满足规范要求及隧道实际排水需要。

南京10号线过江隧道设计人员按旧版《地铁规范》要求，将废水排水系统提升方案定为2级提升方案(针对盾构隧道段)，即分别在里程为DK12+090.000、DK13+056.500、DK14+090.000处各设置1座废水泵房，每座泵房均设置3台废水泵，平时互为备用，消防时两用一备，事故时同时使用。废水2级提升方案见图2。

图2 南京10号线过江隧道废水2级提升方案 (单位： m)

Fig. 2 Relay lifting scheme for wastewater in river-crossing tunnel on Line No. 10 of Nanjing Metro (unit: m)

1#废水泵房出水管通过区间接至江心洲站废水泵房废水池，经车站废水泵房接力后排至室外压力窨井，再就近接入市政污水管道； 2#废水泵房出水管通过区间接至3#废水泵房的废水池； 3#废水泵房出水管通过区间接至中间风井废水泵房废水池，经中间风井废水泵房接力后排至室外压力窨井，再就近接入市政污水管道。泵房布置情况见表2。

表2南京10号线过江隧道废水泵房布置

Table 2 Arrangement of wastewater pump rooms for river-crossing tunnel on Line No. 10 of Nanjing Metro

废水泵房废水泵台数废水泵参数泵房中心里程1#3Q=25m3/h、H=58m、P=22kWDK12+090.0002#3Q=25m3/h、H=40m、P=15kWDK13+056.5003#3Q=25m3/h、H=48m、P=22kWDK14+090.000

注：Q为流量；H为扬程；P为功率。

设计南京3号线过江隧道时，认为旧版《地铁规范》第13.3.4条的要求有一定的合理性，但在特殊情况下应该可以做适当的突破。例如，在青岛海下道路隧道废水排水设计中，废水泵站的服务长度达到4 km，远大于1.5 km，并且运行很成功。为此，也咨询了国内隧道界的一些相关专家，专家也认同这种设计思路。因此，将南京3号线过江隧道的系统提升方案设计为1级提升方案(针对盾构隧道段)，即将隧道最低点的废水先提升至车站废水泵房，再由车站废水泵提升至室外排水管网，废水1级提升方案见图3。在隧道最低点设置1座废水泵房，泵房设置3台废水泵，平时互为备用，消防时两用一备，事故时同时使用，废水泵参数为Q=35 m3/h、H=50 m、P=11 kW。

图3 南京3号线过江隧道废水一级提升方案 (单位： m)

Fig. 3 Once lifting scheme for wastewater in river-crossing tunnel on Line No. 3 of Nanjing Metro (unit: m)

新版《地铁规范》对于此条予以修正(第14.3.4条第1款)，提出“区间隧道主排水泵站应设置在线路实际坡度最低点”，仅对区间主排水泵站的设置位置作出要求，对主排水泵站的服务长度不再有相关距离限制。这也从另一方面证实，南京地铁3号线过江隧道的废水排水系统提升方案是完全合理的。

2.2 提升方案比较

从泵房投资、运营费用、管理难度等角度对南京3、10号线过江隧道系统提升方案进行比较，具体内容见表3。前期投资主要包括泵房的土建费用、设备费用及相关的配套费用，其中因废水泵房而增加的土建费用基本可以忽略；设备投资主要包括水泵、管材、电缆等。后期费用主要为设备管理运营费用，如电费、检修维护费等，因为平时废水量很小，废水泵运营时间很少，使得后期费用较低。由表3可知，不管是前期投资还是后期管理运行，1级提升方案均优于2级提升方案；由于不设置中间废水泵，有利于利用隧道下部空间，如铺设过江电缆。

表3 南京3、10号线过江隧道排水系统提升方案比较

2.3 隧道断面布置

南京3、10号线过江隧道段均采用内径10.2 m的单洞双线越江方案。根据功能需要，将隧道断面分为3个部分： 上部为纵向排烟道，用于消防或紧急情况下的排烟；中间部分为上下行地铁车行道；下部为廊道(主要满足废水排水系统功能)。中隔墙两侧设置纵向疏散平台，供隧道维修和防灾疏散使用。隧道横断面布局如图4所示。

2.4 废水泵房布置

南京3号线过江隧道设计废水泵房时，因为受隧道断面影响，只能布置在道床与疏散平台下方的位置。由于无法预埋废水泵吊钩，也无法设置起吊装置，因此只能在列车停止运营后，采用人工手段将水泵提升至道床面进行检修，容易造成废水泵检修与列车运行之间的冲突。为此，提出了局部动态干式废水泵房的设计理念(已申请发明与实用新型专利，专利号： ZL 2016 2 0375444.8)，具体做法是将废水池设置成3格，底部设置连通管与闸阀；每格内设置1台废水泵，当某一台废水泵需要检修时，关闭对应连通管上的闸板，使需要检修的废水泵所在的格完全独立，并用临时小泵将水抽至其余格内，由于其余2格水池及废水泵可正常工作，因此某台废水泵检修不影响整个废水泵房的正常运行。由于废水泵在废水池的某一格内检修，不必将水泵提升至道床面进行检修，所以废水泵检修与列车运行之间不会相互影响。局部动态干式废水泵房布置平面图及剖面图见图5和图6[5]。

图4 单洞双线盾构隧道横断面图(单位： mm)

Fig. 4 Cross-section of single-tube double-track shield tunnel (unit: mm)

图5 局部动态干式废水泵房布置平面图

图6 局部动态干式废水泵房纵剖面图

设计思路如下，将废水泵房设计为3格，底部用管道和进水廊道相连，并在连接管设置闸板，每格水池分别设置水泵吊装孔及检修人孔。水泵的维修流程为：当1#废水池内的水泵出现故障时，首先启动2#、3#废水泵，将整个水池的水抽至最低水位，然后关闭闸板a，用备用的小型移动泵将1#废水池的余水抽至2#废水池，当水位降至小型移动泵的停泵水位时，检修人员通过检修人孔进入池内对水泵进行检修； 同理，当2#(或3#)废水泵出现故障时，打开其余2台水泵，将水抽至最低水位，然后关闭闸板b(或c)，并用移动检修水泵将余水抽至其余2格废水池，工作人员通过检修人孔进入池内对设备进行检测或维修。也就是说，废水泵初次安装时，通过吊装孔吊入安装；废水泵日常维修时，工作人员通过检修人孔进入废水池检修废水泵，检修不影响地铁运营；废水泵损耗严重需要更换时，等到晚间地铁停运后，通过吊装孔吊出运走。这种废水泵房形式的优点为： 废水泵房占用空间小，废水泵维修方便，维修不影响地铁正常运营；单台设备检修不影响整座泵房的正常进水、排水。

南京10号线过江隧道的废水泵房按常规设计，即废水池为单格水池，如果废水泵在废水池内检修，需要将整个废水池的水全部抽干，隧道的排水系统会暂时无法工作；如果将废水泵人工提升到轨面上维修，废水泵维修会影响列车运营。其方便性、安全性远不如采用局部动态干式废水泵房，特别是3#废水泵房除自身排水外，还要排除2#废水泵房转输来的废水，一旦3#废水泵房内废水泵需要检修时，将会影响2#废水泵房的正常运营。因此，南京10号过江隧道线采用的传统废水池做法存在一定的安全隐患，相比之下，南京3号线过江隧道采用的创新性废水泵房布置形式，其方便性、安全性均得到较大提高。

3 道路过江隧道废水排水系统概述

3.1 工程概况

南京纬七路过江隧道工程位于南京长江大桥与三桥之间，为连接南京市主城区与江北浦口区的城市道路交通越江通道，通道总长约6 165 m，道路等级为城市快速路，按6车道规模建设，设计车速为80 km/h，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案。左汊隧道是采用盾构法修建的越江隧道，从江北浦口区黄家村下地，穿过长江主航道到江心洲；右汊桥梁全长近640 m，采用独柱塔自锚式悬索桥，主桥一跨过江与河西相接。主体工程包括江北接线道路、江北收费广场、过江隧道、江心洲地面道路、江心洲至江南跨夹江大桥等，其中过江隧道由左右线盾构隧道组成，建筑长度约3 790 m，其中盾构段长度为3 020 m，该过江隧道采用盾构法施工，盾构直径为14.89 m。隧道平面布置图见图7(a)。

南京纬三路过江隧道工程位于南京长江大桥与南京纬七路过江隧道之间，是快速联系南京江北新区、河西新城及南京主城的过江通道。纬三路过江通道北起浦口区顶山街道顶山转盘西侧，跨越沙子河路、江北滨江大道，以隧道形式穿越长江、江南的滨江大道后，南管隧道与定淮门大街顺接，北管隧道与扬子江大道顺接，共分南北(N/S)2条线，跨越长江后，止于江南的滨江大道及定淮门大街。道路标准为城市快速路，设计时速80 km，采用双管双层双向8车道的布置形式，每条隧道分上下2层，每层2车道，同层同向行驶，上下层对向行车，即上层为江北至江南方向，下层为江南至江北方向。其中，N线全长7 014 m，隧道盾构段长3 557 m； S线南线全长7 363 m，隧道盾构段长4 135 m。隧道平面图如图7(b)所示。

(a) 南京纬七路过江隧道

(b) 南京纬三路过江隧道

Fig. 7 Plan of river-crossing tunnels on municipal road in Nanjing

3.2 废水的来源与组成

确定道路过江隧道消防废水量时，不但要考虑室内消火栓系统的消防水量，还要考虑室外消火栓系统的消防水量，因为发生大火时，室外消防用水也通过水泵接合器供应到隧道内，用于消防灭火；同时，还要考虑自动灭火系统的消防废水量。不同的道路过江隧道设计(或预留)的自动灭火系统往往有所不同，而不同的自动灭火系统产生的消防废水量也不同，消防废水量应根据具体情况确定。

道路过江隧道废水主要是消防废水，所以废水泵站的排水能力主要考虑消防废水量。但当预留自动灭火系统时，还应该考虑该部分的消防废水量，因为废水排水系统一旦设计安装完毕，再要增加其排水能力困难比较大，有时还很难实现；其次，废水泵站的排水能力只要满足排除消防废水即可，不必备用排水泵，因为盾构过江隧道内常流水少，同时布置水泵的空间紧张。

3.3 废水泵流量的确定

南京纬七路过江隧道设计消火栓系统、水喷雾系统时，其排水能力为消火栓系统废水量与水喷雾系统废水量之和。其中，消火栓系统用水量为20 L/s，水喷雾系统用水量为90 L/s，即消火栓系统和水喷雾系统同时使用时，最大废水量为110 L/s。废水泵房内均设3台排水泵，平时1台工作，火灾时3台泵同时工作，即排水泵的总排水能力按消防时的废水量确定。因此，排水泵站的排水能力至少为396 m3/h，单台水泵设计流量至少为132 m3/h。

南京纬三路过江隧道设计时考虑预留泡沫/水喷雾系统，故江中废水排水系统排水量按预留泡沫/水喷雾消防废水流量考虑，其排水能力为消火栓系统废水量与水喷雾系统废水量之和。其中，消火栓系统用水量为20 L/s，泡沫/水喷雾喷头近程喷头的流量为120 L/min，远程喷头的流量为273 L/min，发生火灾时相邻2组喷头同时发生作用，共10组喷头喷水，故总流量为72 L/s，即消火栓系统和泡沫/水喷雾系统同时使用时，最大废水量为92 L/s。废水泵房内均设4台排水泵，平时1台工作，火灾时三用一备，即3台排水泵的排水能力按消防时的废水量确定。因此，排水泵站的排水能力至少为330 m3/h，单台水泵设计流量至少为110 m3/h。现将废水排水系统的设计情况罗列如下，见表4。

南京纬三、七路过江隧道消防废水量均只按室内消防用水量考虑，没有考虑室外消防用水量，这是不合理的。当火灾情况严重时，室外消防用水也通过水泵接合器供应到隧道内，用于消防灭火，如果不将这部分废水及时排掉，会影响车辆安全疏散。消防废水排水能力之所以要考虑得如此保守，主要和盾构隧道特点有关，一旦隧道内发生火灾，由于没有中间连通道以供车辆掉头，很多车辆只能继续往隧道最低点方向前进；同时也和道路隧道交通工具有关，如果隧道最低处的消防废水积水到一定高度，会导致行驶至此的汽车熄火，影响后续车辆疏散。所以，废水排水能力必须考虑所有消防废水，包括室内、外消防废水，自动灭火系统消防废水，预留消防系统的消防废水。

如果考虑室外消防废水量，南京纬七、三路过江隧道排水能力至少为504 m3/h 和440 m3/h，单台水泵设计流量至少为168 m3/h和146 m3/h，所以实际排水能力严重不足。同时，考虑到盾构过江隧道结构渗漏水量很小、盾构过江隧道内布置水泵的空间紧张，南京纬三路无需设置备用排水泵。

表4 南京纬七、三路过江隧道废水排水系统比较

4 道路过江隧道废水排水系统设计

4.1 废水提升方案

纬七路过江隧道纵断面呈“V”字型，最大坡度为4.5%，其中浦口引道段长219.5 m，浦口暗埋段及工作井长198 m，盾构段长3 020 m；江心洲暗埋段及工作井长250 m，引道段长217.5 m；隧道全长3 468 m，含敞开段建筑全长3 905 m。废水排水系统工作原理为： 在隧道最低点处和工作井底部均设有废水泵房，分段收集隧道内废水，再分级提升排出隧道。排水泵房布置及排水去向如图8所示。

图8 南京纬七路过江隧道排水示意图

Fig. 8 Sketch of drainage diagram of river-crossing tunnel on Weiqilu municipal road

盾构隧道段设江中废水泵房，废水排水系统采用1级提升方案，将废水提升到盾构工作井内的废水泵房废水池内。根据盾构段隧道纵断面情况，在左、右线过江隧道设废水泵房，每个废水泵房集水池内均设3台废水排水泵。废水排水泵出水汇集到一根DN300的扬水总管内，沿隧道车道板下部地沟内纵向敷设，将废水送到江心洲工作井内的废水泵房集水池内。盾构隧道段废水泵房布置情况见表5。

表5南京纬七路过江隧道泵房布置

Table 5 Pump room arrangement of river-crossing tunnel on Weiqilu municipal road

废水泵房废水泵台数废水泵参数排水去向左线江中泵房3 Q=150m3/h、H=56m、P=55kW江心洲废水池右线江中泵房3 Q=150m3/h、H=56m、P=55kW江心洲废水池

南京纬三路过江隧道为双管双层盾构隧道，根据地理位置分为南北两线(南线简称S线，北线简称N线)，N、S线隧道盾构纵断面均呈“W”型。在盾构隧道段，即N、S线隧道线路最低点分别设置2座，共4座江中废水泵房，每个废水泵房集水池内均设4台潜水排污泵。废水排水系统采用2级提升方案，将废水提升到盾构工作井废水泵房的废水池内，即4处江中废水泵房分别出水至江北工作井、N线江南工作井和S线江南工作井，再由工作井废水泵房排至市政污水管网，隧道排水泵房布置及排水去向如图9所示，其中N线1#、2#泵房、S线1#、2#泵房均设置辅助排水泵。但对整个盾构段隧道而言，废水排水系统还是1级提升方案。废水泵房布置情况见表6。

图9 南京纬三路过江隧道排水示意图

Fig. 9 Sketch of drainage diagram of river-crossing tunnel on Weisanlu municipal road

表6南京纬三路过江隧道泵房布置

Table 6 Pump room arrangement of river-crossing tunnel on Weisanlu municipal road

废水泵房废水泵台数废水泵参数排水去向N线1#泵房4Q=120m3/h、H=90m、P=55kW江北工作井N线2#泵房4Q=120m3/h、H=60m、P=55kW N线江南工作井S线1#泵房4Q=120m3/h、H=90m、P=55kW江北工作井S线2#泵房4Q=120m3/h、H=45m、P=60kW S线江南工作井

4.2 提升方案比较

对南京纬七、三路过江隧道系统提升方案进行比较，具体内容见表7。

表7 南京纬七、三路过江隧道系统提升方案比较

由表7可知，两个过江隧道系统提升方案思路基本一样，只是在不同隧道纵断面情况下有所变通，其共同点如下： 1)盾构段过江隧道部分采用1级提升方案，其优点为避免在盾构段隧道内设置中间接力泵房，以方便排水设备布置、安全疏散设计等，同时降低投资造价，方便设备管理； 2)整条隧道采用2级提升方案，其优点为可以利用工作井空间设置中间接力废水泵房，从而大大减小废水泵扬程，有利于废水泵选型和废水泵布局。

4.3 隧道断面及废水泵房布置

南京纬七路过江隧道盾构段为圆形结构，由车道板分为上下2大部分，上部为行车道层，下部为服务层。行车道层为单向三车道，服务层由结构划分为3部分，左侧空间作为疏散滑道设置空间，同时利用疏散滑道的间隔设置隧道变压器及江中泵房； 右侧空间作为隧道强、弱电缆通道； 中部空间分为疏散通道和检修救援专用通道。隧道建筑限界及设备布置断面如图10(a)所示。

左、右线隧道江中废水泵房集水池设于隧道车道板下安全通道左侧，平时收集隧道冲洗水、少量雨水和结构渗漏水，发生火灾时收集消防废水。废水泵房集水池安装了3台潜水排污泵(Q=150 m3/h、H=56 m、P=55 kW)。隧道底部集水沟只收集隧道下层的结构渗漏水和冲洗水，废水量很小，集水沟内安装了4台小型潜水泵(Q=10 m3/h、H=4.5 m、P=1 kW)。

南京纬三路过江隧道根据圆隧道断面的特点，采用双层车道方案，上下层分别布置2条，共4条行驶车道，采用上下层互为疏散救援通道的方式。隧道建筑限界及设备布置断面如图10(b)所示。

从隧道盾构断面的结构形式可以看出，盾构段的集水通道沿盾构段全程贯通，且集水通道位于行车道下方。其中左侧壁上层空间为逃生通道，下层空间为逃生通道楼梯间，右侧壁上层空间为排烟道，下层空间为管廊空间，逃生通道、逃生通道楼梯间、排烟道均为防灾救援需用的消防设施空间，给排水设施可布置的空间非常有限，唯一可以放置水泵的空间为排烟道下侧的管廊空间以及集水通道内。集水通道的最深处深度约为0.878 m，隧道地面的消防废水、冲洗水等通过地面排水沟汇至集水通道，集水通道的水通过漫流自流汇至最低点，形成集水池，其容量为50 m3。

(a) 南京纬七路过江隧道

(b) 南京纬三路过江隧道

江中废水泵房布置方案为： 选择无堵塞的自吸式排污泵，水泵泵体设置于排烟道下方的管廊空间内，吸水管沿隧道侧壁伸入集水池中。每座泵房内均设置4台废水泵并联运行，型号相同，平时一用三备，消防时三用一备，单台自吸泵选型参数见表6。由于其运营效果不佳，后改为在每座泵房的集水池中分别设置4台流量为20 m3/h，扬程为12 m的小型潜污泵，其出水管分别与4根自吸泵吸水管相接，通过设置自动控制方式，使潜污泵与自吸泵同时启动同时停泵，形成2组水泵接力运行的模式，运行效果良好。

4.4 废水泵房布置比较

南京纬七路过江隧道为单层隧道，行车道板下设有逃生通道，有足够的空间设置废水池及废水泵房，因此废水排水系统设计为常规的潜污泵，水泵湿式安装，操作阀门及排水管横向布置在隧道底部；纬三路过江隧道为双层隧道，底部集水槽空间不足1 m，不足以安装大型潜污泵，因此只能安装干式自吸水泵，但由于环境条件限制，自吸泵的启动跟设计初衷反差较大，因此设置辅助排水泵。

5 过江隧道消防管爆管的控制

无论是南京3、10号线过江隧道，还是南京纬七、三路过江隧道，均设有消火栓管，纬七路隧道还设有自动灭火系统管道。这类过江隧道均有发生消防管道爆裂的可能性，因此在设计废水排水系统时应考虑消防管爆管废水，而如何处理该废水目前没有统一的定论，本文提出消防管爆管控制理念和技术如下。

5.1 过江隧道消防管爆管控制理念

首先，盾构过江隧道(特别是道路过江隧道)一旦发生严重的消防管爆管，产生的积水会严重影响交通运行，后果比较严重，因此有必要解决爆管废水问题；其次，盾构过江隧道内不具备设计大废水池或大幅度提高废水泵排水能力的条件，必须通过给水排水以外的技术来解决爆管废水问题； 最后，从研究消防管爆管废水的特点出发来研究解决这个问题。消防管爆管废水有3个特点： 1)消防管爆管是小概率事件，消防管爆管废水出现的可能性很小； 2)不同材质的消防管爆管、不同水压的消防管爆管以及不同管理条件下的消防管爆管，其产生的消防管爆管废水量差别很大，消防管爆管废水量很难量化； 3)一旦发生消防管爆管，运营管理部门必须及时对爆管进行处理，所以爆管废水不应持续长流。针对以上特点，设计思路为：火灾和消防管爆管同属于小概率事件，几乎不可能同时发生，如果能从技术上将消防管爆管废水量控制到小于消防废水量，那么隧道废水排水能力就可以只考虑消防废水量，而不必考虑消防管爆管废水量。因此，设计理念为通过相应的控制措施，将消防管爆管废水量控制在某个范围，即小于消防废水量，从而解决供水管爆管废水问题。

5.2 过江隧道内消防管爆管控制技术

对过江隧道消防管道安装消防管爆管预警装置，该装置包含：预警控制中心、消防稳压泵启泵频率监测系统、废水排水信息监测系统。1)预警控制中心包含显示器、电脑主机、报警装置、打印机，其中显示器与电脑主机连接，电脑主机通过电缆分别与报警装置、打印机连接； 2)消防稳压泵启泵频率监测系统主要指稳压泵启泵频率计数器，它集成于稳压泵控制柜内，消防稳压泵通过电缆与控制柜连接，控制柜及稳压泵启泵频率计数器通过电缆与电脑主机连接； 3)废水排水信息监测系统包括废水泵启泵频率计数器、累计流量检测设备，其中累计流量检测设备设置在废水泵房出水总管上，废水泵启泵频率计数器的一端通过电缆与废水泵连接，另一端和累计流量检测设备均通过电缆与电脑主机连接。该装置工作原理为： 消防稳压泵启泵频率监测系统、废水排水信息监测系统均通过电缆与预警控制中心连接，通过对隧道内消防给水系统稳压泵启泵频率、废水泵启泵频率及单位排水周期内累计废水排水量的监测，再经过智能信息处理系统的分析，判断消防管道是否存在严重渗漏问题。如果消防管道存在严重渗漏，系统就会及时报警并打印检修工单，同时将事故信息以短信形式通知运行管理人员。其中，稳压泵启泵频率监测系统与废水排水信息监测系统，二者既可以单独工作，又可以实现互补，确保消防管爆管预警技术的安全性。该技术目前已申请国家专利(专利号： ZL201620900673.7)。

6 结论与建议

通过对南京4条盾构过江隧道废水量、排水能力、提升方案、泵房布置及爆管控制措施等多方面综合对比和分析后，形成如下结论。

1)应充分考虑隧道内可能产生的各种废水量。过江隧道消防废水量不但要考虑室内消火栓系统的消防废水量，而且还要考虑室外消火栓系统的消防废水量和自动灭火系统的消防水量。

2)应合理确定隧道废水泵房的排水能力。废水泵房的排水能力主要考虑排除消防废水，但预留自动灭火系统时，还应该考虑该部分的消防废水量；另外，不必考虑设置备用废水泵。特殊情况下，地铁过江隧道可以不考虑室外消火栓系统的消防废水量。

3)应结合隧道长度、埋深等因素，合理确定隧道的废水提升方案。地铁过江隧道系统提升方案尽量采用1级提升方案，不仅是为了节省投资和便于管理，还是为了方便隧道下部空间的利用。道路过江隧道提升方案：盾构段过江隧道部分采用1级提升方案，整条隧道建议采用2级提升方案。

受盾构断面尺寸影响，盾构法过江隧道存在废水集水池及泵房布置空间有限、设备检修不便等困难，对废水排水系统的设计建议如下。

1)建议结合隧道断面尺寸合理布置废水泵房。过江隧道断面布置紧凑，车道布置形式变化多端，布置泵房时应根据具体情况设计，如南京3号线过江隧道就创新地运用了“局部动态干式废水泵房”理念布置废水泵房，解决了列车运行与水泵检修直接冲突的问题，取得了良好的效果。

2)建议过江隧道内的消防水管等有压管道采取爆管预警技术，以合理控制爆管现象的发生，降低事故废水量，确保过江隧道废水排水系统安全可靠。

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