下穿隧道雨污分流排水系统探讨

李国威

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广州 510507）

1 引言

下穿隧道路面通常比隧道外路面低，隧道内汇集有结构渗漏水、道路冲洗水、火灾时的消防排水以及降雨时的地面径流水等，由于下穿隧道最低点往往位于附近河湖等水体或城市排水管网之下，不具备重力自流条件，无法直接排除隧道内积水，故需布置排水泵站进行排除。

目前，下穿隧道排水系统的类型主要分为以下两种：

1）采用雨污合流方式，如图1所示。通常仅在隧道最低点设置1座排水泵站，主要适用于封闭段长度较短的隧道。隧道所有排水均通过边沟收集，汇入最低点的排水泵站统一排放。该系统较为简单，建设成本和运营维护成本均较低，但雨污水采用同一套排水设施，泵房未进行雨污分流排放，初期径流雨水等污染程度较大的排水直接排入附近河湖等水体或城市雨水管网将造成一定的污染。

图1 常见下穿隧道雨污合流排水系统

2）采用雨污分流方式，如图2所示。通常在隧道封闭段和敞开段分界处设置雨水泵站，在隧道最低点设置污水泵站，主要适用于封闭段长度较长的隧道。敞开段的雨水被洞口的横截沟拦截后汇入雨水泵站加压排放，污废水通过隧道封闭段内的边沟收集汇入最低点的污水泵站进行加压排放。该系统根据排水的污染程度进行分类收集，设置多座排水泵站，末端排出管根据水质分类排放，有效减少了对受纳排水系统的污染，但相应增加了初期建设成本以及后期的运营维护成本。此外，污染程度较大的初期径流雨水通过雨水泵房加压排入附近河湖等水体或城市雨水管网也将造成一定的污染。再者，据以往设计经验，当隧道引路纵坡达到3%左右时，横截沟往往不能完全拦截敞口段的全部地面径流，会出现部分雨水汇入污水泵站的情况，为此，需加大污水泵站的排水规模以及污水潜污泵的流量配置，相应增加了运营成本。且目前横截沟的整体稳定性欠佳，在使用一定时间后结构容易出现变形或破损情况，严重影响行车安全，也增加了横截沟的维修保养工作量。

图2 常见下穿隧道雨污分流排水系统

2 新型下穿隧道排水系统设计的探讨

结合上述两种常见下穿隧道排水系统的优缺点，提出一种可以实现雨污分流、减少初期雨水径流污染、降低初期建设成本和后期运营管理成本、确保行车安全、节能环保的新型下穿隧道排水系统[1-3]。

该排水系统无须在隧道两端洞口处设置横截沟，保留常规的排水边沟，仅需在隧道最低点设置1座雨污分流的排水泵站，末端排出管根据水质分类排放。适用范围广，尤其适用于因建设成本有限或建设空间有限，无条件布置多座泵站等原因的下穿隧道，其主要组成部分包括：

1）隧道排水边沟，沿隧道路面两侧布置排水沟，收集隧道范围的结构渗漏水、道路冲洗水、火灾时的消防排水以及降雨时的地面径流水等，边沟宜采用矩形断面，排水坡度宜与隧道纵坡保持一致。根据上述排水总量以及路面纵坡坡度计算确定边沟的尺寸大小。边沟采用牢固的排水盖板，并间隔25～30 m设置沉砂池等沉沙设施。

2）排水泵站，该泵站设有格栅井、集水池、泵房操作间和配电房等。格栅井布置在集水井进水管处，主要阻拦隧道排水中粗大的固体杂质，以防止杂物阻塞和损坏水泵。集水池分为两部分，一部分储存污、废水，主要为隧道结构渗漏水、道路冲洗水、消防排水以及降雨初期径流量，有效容积根据上述排水量以及潜污泵配置情况进行合理取值；另一部分储存雨水，有效容积根据隧道汇水区域的地面径流水量以及潜污泵配置情况进行合理取值，雨水排水规模应满足相关技术规范要求，并根据相应排涝标准进行校核。潜水泵布置宜采用单行排列。泵房操作间内设置水泵出水管及阀件、起重设备、通风换气装置等，主要机组的布置和通道宽度，应满足机电设备安装、运行和操作的要求。配电房内设置潜污泵的配电柜及控制箱，配电房可布置在泵房操作间旁，也可布置在隧道上方地面，如地面条件允许，建议优先选择布置在地面上，以免发生隧道内淹水时潜污泵瘫痪无法使用的情况[4，5]。

3）排水泵站排出管分为两路，根据水质污染程度分别接入不同的排水系统，污、废水接入附近城市污水管网，雨水接入附近河湖等水体或城市雨水管网，如图3所示。

图3 新型下穿隧道雨污分流排水系统

上述下穿隧道排水系统各组成部分均应满足现行GB 50014—2021《室外排水设计标准》及GB 50265—2010《泵站设计规范》等规范的相关条文要求。

3 雨污分流泵站的设计与工作原理

3.1 雨污分流泵站的设计

与常规排水泵站相同的是，泵站构造分为操作间和集水池两部分，一般采用潜污泵进行加压排水。不同的是，雨污分流泵站的集水池分为污水集水池和雨水集水池两部分，两个集水池分别配置相应的潜污泵。其中，污水集水池的有效容积不应小于最大一台水泵5 min的出水量，且每小时开动水泵不宜超过6次，根据结构渗漏水、道路冲洗水、消防排水以及降雨初期径流量合理设置，配置不少于2台工作泵和不少于1台备用泵，以满足非降雨工况的排水需求。雨水集水池的有效容积不应小于最大一台水泵30 s的出水量，根据下沉隧道所处位置和重要性等具体情况，确定设计暴雨强度，根据路面铺装情况选取合适的综合径流系数，计算出隧道汇水面积在设计重现期内的雨水设计流量，配置不少于2台工作泵和根据泵房重要性设置备用泵，当水量变化很大时，可配置不同规格的水泵，但不宜超过两种，也可采用变频调速装置或采用叶片可调式水泵，以满足降雨工况的排水需求。

3.2 雨污分流泵站的工作原理

3.2.1 非降雨工况

主要排水对象为隧道内的结构渗漏水、道路冲洗水以及火灾灭火时的消防排水，上述排水沿边沟汇集至泵站污水集水池内，经污水潜污泵加压提升排至市政污水管网。工作流程为：（1）当污水集水池水位上升至Hw1时，开启1台污水潜水泵；（2）当水位上升至Hw2时，开启第二台污水潜水泵；（3）当水位降至Hw1时，关闭其中一台污水潜水泵；（4）当水位降至Hw0时，关闭所有污水潜水泵。此时污水集水池内水位降至最低有效水位，完成整个非降雨工况的排水。

上述工况以3台污水潜污泵（两用一备，轮换使用）为例，如配置3台以上污水潜水泵时，水泵启停水位设置以此类推。

3.2.2 降雨工况

主要排水对象为隧道汇水面积内的地面径流水、结构渗漏水、道路冲洗水以及火灾灭火时的消防排水。（1）降雨初期，初期径流雨水以及其余排水汇集至泵站污水集水池，水泵启停水位同非降雨工况；（2）当降雨持续，污水集水池的水位超过集水池最高点时，关闭所有污水潜水泵，水位继续上升，污水集水池内的水溢流至雨水集水池内；（3）当雨水集水池水位上升至Hy1时，开启1台雨水潜水泵；（4）当水位上升至Hy2时，开启两台雨水潜水泵；（5）当水位上升至Hy3时，开启3台雨水潜水泵；（6）当水位上升至Hy4时，发出报警信号，并开启4台雨水潜水泵；（7）当水位降至Hy3时，关闭其中1台雨水潜水泵；（8）当水位降至Hy2时，关闭两台雨水潜水泵；（9）当水位降至Hy1时，关闭3台雨水潜水泵；（10）当水位降至Hy0时，关闭所有雨水潜水泵，并开启污水集水池内的两台污水潜水泵；（11）当污水集水井水位降至Hw1时，关闭其中一台污水潜水泵；（12）当水位降至Hw0时，关闭所有污水潜水泵。此时污水集水池和雨水集水池内水位均降至最低有效水位，完成整个降雨工况的排水。

上述工况以4台雨水潜污泵（三用一备，轮换使用）及3台污水潜污泵（两用一备，轮换使用）为例，如配置不同数量的潜水泵时，水泵启停水位设置以此类推。

降雨工况排水泵站排出管的设置：污水潜水泵出水管汇合后排入附近市政污水管网，雨水潜水泵出水管汇合后排入附近河湖等水体或城市雨水管网，如图4所示。

图4 雨污分流排水泵站剖面示意图

4 结论

相较于现有下穿隧道排水系统，新型排水系统主要具有以下特点：（1）采用的边沟可以收集隧道内的所有雨水、污废水，无须在隧道封闭段和敞开段交界处设置横截沟，在满足排水需求的情况下保证行车安全和提高行车的舒适度，也减免了后期横截沟维修保养的工作。（2）仅需在隧道最低点建设一座排水泵站，采用的排水泵站能够分类储存和排放雨、污水，减少泵站数量，大大减少了泵站的占地面积，降低了初期建设成本和日常运营维护成本。（3）末端排出管分两路，根据排水水质进行分类排放，降雨工况和非降雨工况根据排水量情况自动启停相应的潜水泵进行排放，高效节能、绿色环保。（4）将污染程度较大的初期径流雨水存储至污水集水池，并排入城市污水管网，有效防止对附近河湖等水体或城市雨水管网造成污染。

该新型下穿隧道排水系统结合了常规排水系统的优缺点，具有较为广泛的适用性，尤其适用于因建设成本有限或建设空间有限，无条件布置多座泵站等原因的下穿隧道。

该新型下穿隧道排水系统已成功申请实用新型专利。