快速通道下穿段雨水工程设计

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摘要：在郑州市渠南路快速通道下穿段雨水工程设计中，结合工程自身特点，将该段道路雨水系统分为地面道路排水系统和地道排水系统，通过横向拦截沟和路边沟排出地道雨水，同时，提高隧道泵站设计重现期，增设泵站集水池调蓄设施，以保证隧道路面和地道排水通畅，可以为类似工程提供参考。

关键词：下穿隧道；雨水泵站；调蓄设施；压力水井

地下隧道的发展有利于我国国土资源的充分开发与利用，具有节能环保的优势，但近年来地下通道的洪水灾害也时有发生，除了影响交通运输外，还有可能造成设备损失、人员伤亡等难以估量的损失。下穿隧道汇水面积虽然不大，但是，其路面径流系数较大、急流时间段、洪峰流量大，导致径流量和洪峰流量均加大，且近年来由于全球气候变化导致地球表面降雨分布越来越不均匀，极端降水时有发生，因此，下穿隧道的排水设计至关重要。下穿隧道泵站的设计规模多采用公式推理法进行计算，利用短历时暴雨强度公式计算出排水量，分析确定泵站工艺的主要设设计参数，从而确定泵站规模。现结合郑州市渠南路快速通道下穿段雨水工程实例，对城市下穿隧道的雨水工程设计进行讨论。

1工程概况

郑州市渠南路快速通道工程（绕城高速辅道至西四环）位于郑州市西南部，南水北调干渠南侧，西起绕城高速辅道西侧，沿南水北调干渠向东或东南至西四环西侧，道路全长7551.464m，道路红线宽度为60m，规划为城市快速路。渠南路快速路采用地面快速路+地道主线相结合的形式，地面快速路和地道主线均采用双向6车道规模，地面辅道采用单向2车道规模（南侧），全线共布置5处下穿地道，分别为渠南路主线下穿绕城高速辅道、白松路、红松路、郑上路、元通大道-中原西路段地道工程。本文主要介绍元通大道～西四环段地面排水和地道排水设计，地道长度1418m。根据图1工程位置总平面布局，隧道北部起点和南部终点分别设置敞开段，中间为暗埋段，暗埋段为镂空设置，隧道内设置三处泵房分别收集隧道内的雨水和废水，其中，泵房A收集北侧敞开段雨水，泵房B收集南侧敞开段雨水，废水泵房收集暗埋段由镂空段进入隧道的雨水、消防废水、冲洗废水及结构渗漏水。为了保证收水效果和雨水顺利排放，泵房A和泵房B分别设置在敞开段下游，废水泵房设置在隧道最低点。该段道路地面排水与隧道内排水泵房设计的合理与否直接影响该段道路的通行安全。根据图示可以看出，该段隧道排水系统主要分为地面排水系统和地道排水两个部分，其中，地面排水系统主要为地面道路雨水，沿道路两侧每隔一定距离布置雨水口收集道路雨水，经雨水主管道收集后排入须水河；地道排水系统是在地道内车行道外侧设置边沟，通过横截沟收集边沟内的雨水送至雨水泵房，再由雨水泵抽吸至室外压力雨水井，然后，通过重力管接入同期设计渠南路市政雨水井。废水泵房收集地道镂空段雨水、消防废水、冲洗废水及结构渗漏水。

2排水系统设计

2.1计算公式

暴雨强度计算公式采用郑州市2002年修订公式计算，并利用2015年新编的公式进行校核：郑州市2002年修订公式：q=2387(1+0.257lgP)/(t+10.605)0.792郑州市2015年新编的公式：q=2631.92(1+0.751lgP)/(t+14.2)0.779式中：t=t1+t2q为设计暴雨强度（L/s/ha）；P为重现期，地面道路取P=5年，下穿立交段取P=50年；T为降雨历时，集水时间取5分钟（min）。雨水量计算公式：⋅⋅=FqQψ(L/s)式中，Q为雨水设计流量（L／s）；q为设计暴雨强度（L／s•ha）；⋅⋅=FqQψ综合径流系数。F为为汇水面积（ha）。

2.2地面道路排水系统

根据郑州市暴雨强度公式计算出各路段雨水量，设计雨水系统如下：元通大道—须水河段道路北侧设计DN600～BxH=2x4200x3400雨水管（涵）向东排入须水河，排水能力94.2m3/s；南侧设计B•H=2×3400×2800～B•H=2×4200×3400雨水管（涵）向东排入须水河，排水能力94.2m3/s；须水河—百泉路段道路南侧设计DN600～DN1000雨水管道向西排入须水河，排水能力1.0m3/s；百泉路—玉轩路段道路南侧设计B•H=2×3200×2200～B•H=2×3400×2200雨水涵，排水能力37.3m3/s，向西最终沿百泉路排入须水河；须水河至玉轩路段道路北侧设计DN1100～DN1200雨水管道向西排入须水河，排水能力2.5m3/s。

2.3地道排水系统

对于本项目地道而言，形成水灾的原因主要有以下两种：一是设计方案未能考虑足够的排水能力，不能将由于地道进出口敞开段进入的内涝水或雨水有效地排除，从而使地道内发生水灾。二是地道收水范围外的地面大量积水进入地道，从而使地道内发生水灾。水灾发生的直接后果是导致地道交通中断，严重时会导致地道内各种设备损坏，致使地道丧失正常的交通功能。本项目考虑地道各峒口附近设置雨水泵房，排水能力按50年暴雨重现期标准设计，可以排出从地道敞开段进入的雨水。地道引坡接地点均设有驼峰，可以有效阻止地面积水进入地道。另外，在地道每个出入口附近设置沙袋存储点，如发现地面积水进入地道，地道管理养护人员可以就近用沙袋封堵地道口，确保地道人员、设备安全。

2.3.1隧道排水计算隧道雨水泵房设计雨水流量按照1.2倍雨水量计，废水流量均以最大消防水量、冲洗废水及结构渗漏水合计。经计算，各段雨水量如表1所示。隧道排水泵房的设计主要体现在“集”与“排”，就是将无法重力流排出的雨（废）水集中到集水池，通过水泵抽排到隧道外的排水系统，其位置的选择及数量的确定直接关系到排水工程的投资大小和运行成本高低，是排水方案的关键。排水泵房位置与隧道的平、纵断面有关，一般雨水泵房设在隧道的进口及出口处，但也可能仅在隧道的进口或出口设置；废水泵站的位置应尽量靠近隧道内道路路面高程的最低点，以减少最低点至泵房集水池管道的水头损失。本工程消防水量80L/s、冲洗水量4m3/d、结构渗漏水量15.9m3/d，即泵房A设在元通大道与渠南路交叉口附近，主要解决地道北端敞开段的雨水流量及镂空段雨水流量，设计规模为2306.8m3/h；泵房B设在中原西路与渠南路交叉口附近，主要解决地道南段敞开段的雨水流量。设计规模为1991.2m3/h；废水泵房设在谨行街与渠南路交叉口附近，主要解决地道的废水流量设计规模为870.6m3/h。

2.3.2隧道雨水收集隧道出入口与地面道路连接处分别设置反坡“驼峰”，防止周边地面客水进入隧道。由于反坡太小，设横向截流沟截流地面雨水，横截流沟直接接入市政雨水管涵内。横截流沟宽度为0.38米，深度0.47米。隧道两端敞开部分的雨水，则通过隧道两侧的边沟和路面排至隧道内引道与隧道的最低点，通过横向双孔截流沟排入雨水泵站集水池。横向截流沟宽0.38米，深度0.47米，经潜水排污泵提升后，排入市政雨水管网。在地道暗埋段部分段，利用地面道路中央绿化带设置镂空段，通过顶板开孔形成竖向通风井，发挥通风排烟功能。地道镂空段的设置可以使全地道范围内连续暗埋段最大长度不超出500m，满足采用自然通风的条件，从而不需设置机械排烟系统。隧道内镂空段每隔一定距离分别增设宽度为0.38米，深度0.47米的横向截流沟，分别汇入地道两侧边沟内。

2.3.3隧道废水收集隧道废水通过隧道最低点处设置的横向双孔截流沟排入废水泵站集水池。在泵房进水管入口处安装不锈钢隔网，防止大颗粒杂质进入水池造成淤积。横向截流沟宽0.38米，深度0.47米，经潜水排污泵提升后，排入市政雨水管网。隧道内镂空段每隔一定距离分别增设宽度为0.38米，深度0.47米的横向截流沟，分别汇入两侧边沟内，最终排入废水泵站集水池，经潜水排污泵提升后，排入市政雨水管网。

2.3.4泵站规模根据暴雨强度公式计算出的P=50a时的雨水量为泵站设计规模，泵站A设在元通大道与渠南路交叉口附近，主要解决隧道北端敞开段的雨水流量。泵站B设在中原西路与渠南路交叉口附近，主要解决隧道南段敞开段的雨水流量。废水泵站设在谨行街与渠南路交叉口附近，主要解决隧道的废水流量及镂空段雨水流量。泵房平时主要排出小雨，单台水泵流量过大会造成不必要的经济损失，同时，水泵频繁开启也会造成寿命折损，因此，需要通过增加水泵数量的方式降低单泵流量。

3集水池及调蓄设施

泵站设置集水池收集横截沟排出的雨水、废水，集水池容积根据所选用污水泵的型号、台数、工作制度、泵站的操作性质和启动时间来确定。市政雨水泵站集水池要求不低于最大一台水泵30s的流量。隧道内采用两侧边沟排水，不具有调蓄功能，为了增加泵站的调蓄功能，减缓下游须水河暴雨天气的排水压力，保证极端降雨出现时隧道防洪排涝的安全性，集水池均通过溢流口与储水夹层连通，如图2所示，每个储水夹层尺寸为40m×30.3m，有效容积3030m3。储水夹层将雨水径流的高峰流量暂存其内，待最大流量下降后，再从调蓄池中将雨水慢慢排除。既能规避雨水洪峰，实现雨水的循环利用，又能避免初期雨水对承受水体的污染，有力地保证了极端降雨出现时的排水安全。

4泵站设计

4.1泵站工艺设计

本工程泵站采用附壁式泵站，泵站为全地下式钢筋混凝土结构，与地道连为一体，在地道侧墙上留出入洞口。泵站集水池低于地道路面，泵站内配置备用泵，雨水通过地道最低点的双横截沟流入集水池，雨水经泵站抽升后排入消力池，进入市政雨水管网内。泵站采用粉碎型格栅，能有效将污水管网中的杂物垃圾进行粉碎，从而保护泵站中其他设备正常运转，同时，有效减少了污水泵站对周边环境的破坏。泵房内设置电动葫芦、轴流风机、潜污泵、铸铁镶铜圆闸门、等辅助设施。为保证泵站正常运行，需定期清理进水口处格栅及集水池内淤积杂物。定期对泵房设备进行检修维护。汛期来临前应对泵房设备进行试车维护，保证汛期泵房正常运行。

4.2泵站出水管设计

隧道内雨水经泵站抽升后首先排入压力雨水井，压力水井主要为消除经泵提升的水流中挟带的能量，使排水构筑物不再发生空蚀、脉动、震动、磨损以及冲刷等破坏，减少水压对管道壁的冲击，增长管道的寿命，雨水经消能后排入渠南路同期设计雨水井。

5结语

在郑州市渠南路快速通道下穿段雨水工程设计中，根据工程自身特点，提高隧道泵站设计重现期，增设泵站集水池调蓄设施，以保证隧道防洪排涝的安全性，为此类工程提供了借鉴。

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作者：高艳云 张垚臻 刘杰 单位：河南省城乡规划设计研究总院股份有限公司