城市下穿通道排水系统设计分析

2020-03-08张媛

工程建设与设计 2020年10期

关键词：排水泵水流量水池

张媛

（湖北省城建设计院股份有限公司，武汉430050）

1 引言

城市下穿通道的出现，极大地缓解了人们的交通出行压力。但由于下穿通道的位置特殊性以及降水量的逐年增加，设计人员需要充分考虑其排水性能的设计。一旦排水设计品质不达标，就会导致下穿通道出现积水，进而影响人们的出行。

2 城市下穿通道排水系统设计标准以及原则

2019 年，相关部门推出的室外排水设计标准中明确规定：（1）排水系统规划要以近期为主，结合远期。近期设计年限标准为5～10 年，远期年限标准为10～20 年。（2）地表储水时间低于10min。（3）径流参数约为0.9。（4）下穿通道排水设计，具有自流能力的，可采取自流排水，不具有自流能力的，应当安装排水泵进行排水。（5）储水面积要科学设定，可采用大水量高速排水，小水量低速排水互不连接的方式。另外，还要建设预防高排水影响低排水的设施。（6）立体且互相交叉的下穿道要分别设计排水系统，不可共用一套系统。（7）当立体且互相交叉的下穿道最低位置低于地下水位置时，设计方案应保证排水系统不干扰地下水[1]。

城市下穿通道的排水系统主要包含雨水采集设备和泵房，在对其设计时应在进入下穿通道前的路段两侧安置排水沟，并且在下穿通道洞口安置截流沟，利用截流沟将雨水疏通至储水池之中。

通常，进入下穿通道前的道路具有一定坡度，因此，其积水速度快，并且流速大，一旦截流沟设计不合理，雨水就会冲过截流沟而进入下穿通道，导致通道内存有大量雨水。因此，设计人员应该对下穿通道坡度以及水流速度等进行综合考虑，从而确定截流沟的长度及个数。除此之外，下穿通道水泵站的设计应该遵循以下原则：（1）排水泵可以高效地排除雨水、渗水以及污水等，其通常要设计在下穿通道的最低位置，并且要充分思考周围环境以及现场安装可操作性；（2）对储水池最大存水量的设计不但要能够应对普通情况，还要满足特殊情况，例如，暴雨的储水量，同时要防止反复启动水泵；（3）要设计连锁报警装置，一旦排水设施发生故障，要能够马上做出警报，防止出现安全隐患；（4）设计时应该考虑供电最大负载，并且要设计备用的排水泵[2]。

3 下穿通道水流量的运算

因下穿通道属于低洼道路，进而导致V 形积水出现，周围的雨水会向通道中聚集，这时就会流入道路两侧排水沟之中，继而进入截流沟，然后排入储水池中。

设计人员除了要考虑雨水之外，还应该考虑地下水外渗的情况。通过对下穿通道地理状况进行分析研究，得到下穿通道的最大渗水量，然后再对其水流量进行计算。需要注意的是，除了地下水外渗，消防水泄露也是潜在的积水隐患。

针对下穿通道的排水设计，水流量运算结果的准确性直接影响排水系统设计的最终品质。因此，设计人员要高度重视这一项工作。

4 排水泵的选取

设计人员在选取排水泵之前，应该对所在城市全年降水量进行细致分析，同时还应该思考下穿通道施工现场的实际情况。如果现场中预留的排水泵站面积比较小，那么就要选取大功率排水泵，如果预留的排水泵站面积比较大，可以提升泵的个数，同时选取小功率的排水泵，并确保其可以共同工作。设计人员在进行排水泵选取时，要遵循排水泵总功率大于雨水总流量的原则。以某下穿通道为例，其所在城市30 年所遇最多降水量为0.4m3/s（合计1 440m3/h），那么就需要设计安装3 台排水泵，并且确保每台排水量能达到500m3/h，这样才能够保证下穿通道不被淹没。设计排水泵的扬程，要根据储水池流量以及收取与排除的水位差来确定。另外，设计人员在对排水泵进行设计时，要设置备用泵，这样才能做到防患于未然。

5 雨水泵站设计标准

雨水泵站设计应使用自灌式泵站，泵站的变电部分应设计为三级负载，如果降水量比较大的地区，应设计成二级负载，同时还应该设计备用电力设施。针对地下雨水泵站而言，要设计出独立的通风系统。设计人员应注意雨水应从正向进入，同时考虑泵站吸水能力，尽量控制涡流的出现。雨水泵站的设计流量，要按照泵站进水总流量来决定，如下穿通道存在盲沟时，其渗出水量应该独立计算[3]。

6 储水池容积运算

通常降水量变换范围比较大，导致下穿通道需排水数量也多少不定，人工操纵排水泵就变得比较麻烦，因此，在设计的过程中可以将排水泵设置成自动控制。另外，在相关标准规范中规定，储水池容积设计，要结合降水量、排水泵功率以及水泵实际工作状况来设定。通常要遵守以下标准：储水池总容积应高于排水泵30s 排水总量。伴随排水泵性能的持续提升，其电机性能也得到了大幅度的提高，但是一旦排水泵启停时间间隔过短，仍旧会对其造成损害，因此，在对其设计过程中，要在合理范围内尽量扩大储水池容积，保证能储存排水泵5min 之内的排水量。除此之外，还要使用延时启动设施来对排水泵进行控制，防止其反复启停。

7 具体设计案例

7.1 设计计算

以某城市下穿通道为例，在对其进行设计过程中，暴雨重现期使用40 年，V 形积水面积为1.5ha，经过运算，雨水排水泵设计流量应为q=3 800m3/h。依据泵房构造分析，同时结合建设单位需求，设计人员最终选取6 台排水泵，按照四用二备的模式工作。

7.2 工艺参数设计

因设计规范持续变高，规定雨水重现期为40 年，通常而言，排水泵实际流量相比设计流量会较小，所以要采取不同水位启动模式来操纵水泵，分别设计报警水位以及停泵水位。

泵站位置为地下，泵站面积为15 000mm×6 700mm，正常工作时储水池深度为2m，容积为83.9m3，其能够满足4.53min的排水量。设计安装6 台排水泵，水泵参数为：（1）数量：6 台（四用二备）；（2）功率：q=1 350m3/h；（3）扬程：H=16m；（4）功率：P=80kW；（5）转速：R=865r/min；（7）水泵重：M=1 878kg。安装方法采用耦合式安装；设计要求排水泵水道宽阔，保证固体能够通过。

工作方式：6 台排水泵互相备用，按照设定顺序进行工作，即首次启动1 号泵、2 号泵、3 号泵、4 号泵，下次启动5 号泵、6 号泵、1 号泵、2 号泵，以此循环工作。