張媛

（湖北省城建設(shè)計院股份有限公司，武漢430050）

1 引言

城市下穿通道的出現(xiàn)，極大地緩解了人們的交通出行壓力。但由于下穿通道的位置特殊性以及降水量的逐年增加，設(shè)計人員需要充分考慮其排水性能的設(shè)計。一旦排水設(shè)計品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，就會導(dǎo)致下穿通道出現(xiàn)積水，進(jìn)而影響人們的出行。

2 城市下穿通道排水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及原則

2019 年，相關(guān)部門推出的室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：（1）排水系統(tǒng)規(guī)劃要以近期為主，結(jié)合遠(yuǎn)期。近期設(shè)計年限標(biāo)準(zhǔn)為5～10 年，遠(yuǎn)期年限標(biāo)準(zhǔn)為10～20 年。（2）地表儲水時間低于10min。（3）徑流參數(shù)約為0.9。（4）下穿通道排水設(shè)計，具有自流能力的，可采取自流排水，不具有自流能力的，應(yīng)當(dāng)安裝排水泵進(jìn)行排水。（5）儲水面積要科學(xué)設(shè)定，可采用大水量高速排水，小水量低速排水互不連接的方式。另外，還要建設(shè)預(yù)防高排水影響低排水的設(shè)施。（6）立體且互相交叉的下穿道要分別設(shè)計排水系統(tǒng)，不可共用一套系統(tǒng)。（7）當(dāng)立體且互相交叉的下穿道最低位置低于地下水位置時，設(shè)計方案應(yīng)保證排水系統(tǒng)不干擾地下水[1]。

城市下穿通道的排水系統(tǒng)主要包含雨水采集設(shè)備和泵房，在對其設(shè)計時應(yīng)在進(jìn)入下穿通道前的路段兩側(cè)安置排水溝，并且在下穿通道洞口安置截流溝，利用截流溝將雨水疏通至儲水池之中。

通常，進(jìn)入下穿通道前的道路具有一定坡度，因此，其積水速度快，并且流速大，一旦截流溝設(shè)計不合理，雨水就會沖過截流溝而進(jìn)入下穿通道，導(dǎo)致通道內(nèi)存有大量雨水。因此，設(shè)計人員應(yīng)該對下穿通道坡度以及水流速度等進(jìn)行綜合考慮，從而確定截流溝的長度及個數(shù)。除此之外，下穿通道水泵站的設(shè)計應(yīng)該遵循以下原則：（1）排水泵可以高效地排除雨水、滲水以及污水等，其通常要設(shè)計在下穿通道的最低位置，并且要充分思考周圍環(huán)境以及現(xiàn)場安裝可操作性；（2）對儲水池最大存水量的設(shè)計不但要能夠應(yīng)對普通情況，還要滿足特殊情況，例如，暴雨的儲水量，同時要防止反復(fù)啟動水泵；（3）要設(shè)計連鎖報警裝置，一旦排水設(shè)施發(fā)生故障，要能夠馬上做出警報，防止出現(xiàn)安全隱患；（4）設(shè)計時應(yīng)該考慮供電最大負(fù)載，并且要設(shè)計備用的排水泵[2]。

3 下穿通道水流量的運算

因下穿通道屬于低洼道路，進(jìn)而導(dǎo)致V 形積水出現(xiàn)，周圍的雨水會向通道中聚集，這時就會流入道路兩側(cè)排水溝之中，繼而進(jìn)入截流溝，然后排入儲水池中。

設(shè)計人員除了要考慮雨水之外，還應(yīng)該考慮地下水外滲的情況。通過對下穿通道地理狀況進(jìn)行分析研究，得到下穿通道的最大滲水量，然后再對其水流量進(jìn)行計算。需要注意的是，除了地下水外滲，消防水泄露也是潛在的積水隱患。

針對下穿通道的排水設(shè)計，水流量運算結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響排水系統(tǒng)設(shè)計的最終品質(zhì)。因此，設(shè)計人員要高度重視這一項工作。

4 排水泵的選取

設(shè)計人員在選取排水泵之前，應(yīng)該對所在城市全年降水量進(jìn)行細(xì)致分析，同時還應(yīng)該思考下穿通道施工現(xiàn)場的實際情況。如果現(xiàn)場中預(yù)留的排水泵站面積比較小，那么就要選取大功率排水泵，如果預(yù)留的排水泵站面積比較大，可以提升泵的個數(shù)，同時選取小功率的排水泵，并確保其可以共同工作。設(shè)計人員在進(jìn)行排水泵選取時，要遵循排水泵總功率大于雨水總流量的原則。以某下穿通道為例，其所在城市30 年所遇最多降水量為0.4m3/s（合計1 440m3/h），那么就需要設(shè)計安裝3 臺排水泵，并且確保每臺排水量能達(dá)到500m3/h，這樣才能夠保證下穿通道不被淹沒。設(shè)計排水泵的揚(yáng)程，要根據(jù)儲水池流量以及收取與排除的水位差來確定。另外，設(shè)計人員在對排水泵進(jìn)行設(shè)計時，要設(shè)置備用泵，這樣才能做到防患于未然。

5 雨水泵站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

雨水泵站設(shè)計應(yīng)使用自灌式泵站，泵站的變電部分應(yīng)設(shè)計為三級負(fù)載，如果降水量比較大的地區(qū)，應(yīng)設(shè)計成二級負(fù)載，同時還應(yīng)該設(shè)計備用電力設(shè)施。針對地下雨水泵站而言，要設(shè)計出獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。設(shè)計人員應(yīng)注意雨水應(yīng)從正向進(jìn)入，同時考慮泵站吸水能力，盡量控制渦流的出現(xiàn)。雨水泵站的設(shè)計流量，要按照泵站進(jìn)水總流量來決定，如下穿通道存在盲溝時，其滲出水量應(yīng)該獨立計算[3]。

6 儲水池容積運算

通常降水量變換范圍比較大，導(dǎo)致下穿通道需排水?dāng)?shù)量也多少不定，人工操縱排水泵就變得比較麻煩，因此，在設(shè)計的過程中可以將排水泵設(shè)置成自動控制。另外，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定，儲水池容積設(shè)計，要結(jié)合降水量、排水泵功率以及水泵實際工作狀況來設(shè)定。通常要遵守以下標(biāo)準(zhǔn)：儲水池總?cè)莘e應(yīng)高于排水泵30s 排水總量。伴隨排水泵性能的持續(xù)提升，其電機(jī)性能也得到了大幅度的提高，但是一旦排水泵啟停時間間隔過短，仍舊會對其造成損害，因此，在對其設(shè)計過程中，要在合理范圍內(nèi)盡量擴(kuò)大儲水池容積，保證能儲存排水泵5min 之內(nèi)的排水量。除此之外，還要使用延時啟動設(shè)施來對排水泵進(jìn)行控制，防止其反復(fù)啟停。

7 具體設(shè)計案例

7.1 設(shè)計計算

以某城市下穿通道為例，在對其進(jìn)行設(shè)計過程中，暴雨重現(xiàn)期使用40 年，V 形積水面積為1.5ha，經(jīng)過運算，雨水排水泵設(shè)計流量應(yīng)為q=3 800m3/h。依據(jù)泵房構(gòu)造分析，同時結(jié)合建設(shè)單位需求，設(shè)計人員最終選取6 臺排水泵，按照四用二備的模式工作。

7.2 工藝參數(shù)設(shè)計

因設(shè)計規(guī)范持續(xù)變高，規(guī)定雨水重現(xiàn)期為40 年，通常而言，排水泵實際流量相比設(shè)計流量會較小，所以要采取不同水位啟動模式來操縱水泵，分別設(shè)計報警水位以及停泵水位。

泵站位置為地下，泵站面積為15 000mm×6 700mm，正常工作時儲水池深度為2m，容積為83.9m3，其能夠滿足4.53min的排水量。設(shè)計安裝6 臺排水泵，水泵參數(shù)為：（1）數(shù)量：6 臺（四用二備）；（2）功率：q=1 350m3/h；（3）揚(yáng)程：H=16m；（4）功率：P=80kW；（5）轉(zhuǎn)速：R=865r/min；（7）水泵重：M=1 878kg。安裝方法采用耦合式安裝；設(shè)計要求排水泵水道寬闊，保證固體能夠通過。

工作方式：6 臺排水泵互相備用，按照設(shè)定順序進(jìn)行工作，即首次啟動1 號泵、2 號泵、3 號泵、4 號泵，下次啟動5 號泵、6 號泵、1 號泵、2 號泵，以此循環(huán)工作。

8 結(jié)語

總而言之，排水系統(tǒng)是城市下穿通道設(shè)計過程中的關(guān)鍵一環(huán)，相關(guān)人員要對其足夠重視，唯有如此才能夠保證下穿通道正常投入使用?；诖?，本文從設(shè)計規(guī)范、相關(guān)原則以及水流量運算等方面對下穿通道排水系統(tǒng)設(shè)計做了簡要的分析，期望能夠為日后城市排水建設(shè)提供些許參考。