谈城市下穿隧道排水系统设计

2019-01-19卓瑞忠

山西建筑 2019年3期

卓瑞忠

(中铁工程设计咨询集团有限公司，福建厦门 361000)

随着城市交通的发展，城市下穿隧道也越来越多，为保证下穿隧道的安全运营，其排水的重要性也日益提高，目前，隧道排水系统设计主要参照GB 50157—2013地铁设计规范、上海地方标准DG/T J08—2033—2008道路隧道设计规范，但是由于地铁和隧道运营条件的不同，两者设计中存在着一定差异，本次隧道排水系统设计结合工程自身特点对隧道排水系统设计进行分析。

1 工程概况

厦门市环岛路(鳌山路—高殿二号路段)工程位于厦门岛北部，东起鳌山路，接在建环岛路(集美大桥—鳌山路段)，向西以桥梁形式上跨鳌山路，在高崎北路至杏林大桥引桥段做下穿隧道，下穿高崎北路、嘉禾路、福厦铁路。设杏林大桥南互通与周边道路相接，终点接高殿二号路，路线长2.73 km。其中，下穿隧道右线长1 005 m，U型槽工程右线长234+171=405 m，如图1所示。

本工程隧道排水系统根据排水水质分为雨水排水系统和废水排水系统。

2 雨水排水系统

为防止隧道引道段雨水进入下穿隧道,在隧道东西端左右线及A匝道的U型槽位置分别设置1号、2号、5号、6号、7号五个雨水泵房，见图2。

2.1 雨水泵房设置位置

本工程主线下穿隧道道路坡呈V字形，其雨水纵断面图如图3所示。

2.2 雨水量计算

雨水量按厦门地区暴雨强度公式计算，见式(1)，式(2)。

Qs=qψF

(1)

(2)

其中，Qs为雨水设计流量，L/s；q为设计暴雨强度,L/(s·hm2)；t为降雨历时,min；T为设计重现期,年；ψ为径流系数；F为汇水面积，hm2。

2.3 设计参数确定

设计重现期P影响雨量大小,由于下穿隧道工程的雨水设计重现期P的取值各个规范不统一。其中,GB 50014—2006,室外排水设计规范(2014年版)规定：大城市中心城区地下通道设计重现期取20年～30年；《地铁设计规范》规定：隧道洞口的雨水泵站、排水沟及排水管渠的排水能力应按当地50年一遇的暴雨强度计算。本工程以1号雨水泵房为例,分别选用设计重现期为50年,30年和20年,集水时间为min的设计暴雨强度见表1。

表1 暴雨强度比较

从表1可知，在相同集水时间下,50年重现期雨水量比30年与20年重现期雨水量仅高7%与13%，为保证隧道排水的安全运营，本工程设计重现期取50年。

2.3.1坡面集水时间

根据《室外排水设计规范》规定：地面集水时间按照坡面汇流参照式(3)确定计算。

(3)

其中，t为坡面集水时间；n为地表粗度系数，沥青路面取0.013；L为坡面流的长度；i为引道段坡度，用小数计。

本工程1号雨水泵房U型槽坡面长度为230 m，地面坡度为3%，根据式(3)计算，t为5.47 min。

2.3.2汇水面积

隧道洞口为整体式U型槽，汇水面积取整体式U型槽的一半，包含两部分：一部分为U型槽路面汇水面积，另一个部分为型槽侧墙汇水面积，见图4。

U型槽路面汇水面积应为U型槽终点至U型槽起点道路最高点间路面面积,在U型槽起点处设置横截沟截留U型槽外路面雨水。本工程1号雨水泵房U型槽路面面积包括路面汇水面积F1和侧墙汇水面积F2。

F1=230×(9.5+3)=2 875 m2。

U型槽侧墙汇水面积取U型槽侧墙面积的1/2。

2.4 雨水泵房设计规模

1号雨水泵房设计雨水量为165 L/s，雨水泵房规模取设计雨水量1.2倍为197 L/s，取200 L/s(720 m3/s)。

因降雨以设计重现期为2年～10年的降雨较多,在设计重现期为2年、3年、5年、10年时,1号雨水泵房设计雨水量如表2所示。

表2 1号雨水泵房设计雨水量

从表2可知，在设计重现期为50年时选用3台水泵并联工作，同时考虑水泵并联时对单泵流量的影响，取单泵流量为250 m3/h。在降雨重现期为2年～10年情况下，两台泵同时启动就能够满足排水要求。若泵房内水泵选用2用1备，则单泵设计流量增大，集水池容积也需加大，在降雨强度较小时，雨水在集水池内停留时间较长而不能及时排除，对隧道环境造成影响。因此本工程雨水泵房内不设备用泵，采用最大水量时3台泵同时工作。

本工程1号雨水泵房内设置3台防堵塞型潜水泵单泵，设计参数为Q=250 m3/h，H=15 m，N=18.5 kW，最大水量时3台泵同时工作，雨水经泵提升经消能井后通过雨水管道独立排入道路市政雨水管道。

3 废水排水系统

隧道废水排水系统包括隧道内渗水、冲洗水和消防水。

3.1 废水泵房设置位置与数量

废水泵房设置在隧道道路纵坡最低点。左右泵房编号分别为3号、4号，见图2。

3.2 废水泵房设计规模

隧道渗水量参照厦门市海底隧道翔安隧道实际排水量，按每天1 m3/m计,排水量为42 m3/h。泵房设计水量以消防时不考虑冲洗水量计,室内消防水量为21 L/s(77 m3/h)。为保障隧道排水安全运营起见，废水泵房内加设备用泵，在每座废水泵房内设3台潜污泵，平时1用2备，消防时2用1备，单泵设计参数为Q=87 m3/h，H=28 m，N=15 kW，废水由泵提升经消能井后排入市政管道。