毛 雷

(合肥城建投資控股有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引 言

近年來，隨著城市進(jìn)程的加快，城市建設(shè)飛速發(fā)展，城市湖底隧道因其對景觀影響小、生態(tài)性好，在全國各大城市的道路網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用得越來越普遍，以合肥為例，近幾年先后建成了濱湖新區(qū)方興湖隧道、政務(wù)區(qū)天鵝湖隧道以及新站區(qū)少荃湖隧道。湖底隧道建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)，不僅在于主體結(jié)構(gòu)、防水、消防等方面，隧道的排水設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。其設(shè)計(jì)是否合理，不僅關(guān)系到道路交通和環(huán)境衛(wèi)生，甚至關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

下面以合肥市天鵝湖隧道為例，對城市湖底隧道的排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 工程背景

天鵝湖公園位于合肥市政務(wù)區(qū)中心位置，如圖1所示，北鄰合肥市政府、南接政務(wù)區(qū)綠軸公園及合肥市奧體中心。公園環(huán)境優(yōu)美、景色怡人，是合肥市民重要的游覽休憩場所，同時也是合肥市的城市名片之一。

圖1 項(xiàng)目位置圖

天鵝湖周邊主干道路網(wǎng)已基本建成，但受湖體阻隔，南北走向的懷寧路一直未能貫通，與之平行的潛山路、翡翠路交通壓力日益加重。

為保護(hù)現(xiàn)狀湖體景觀的完整性，確定采用隧道穿越方案。天鵝湖為景觀調(diào)蓄水體，湖面面積約950畝(1畝≈667 m2)，湖底高程27.0 m，常水位30.5 m，百年一遇防洪水位31.12 m。

2 排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

(1)雨水量：按下公式計(jì)算[1]，

Q=qψF

式中：Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·ham2)；ψ為徑流系數(shù)，取值為1；F為匯水面積，hm2。

合肥市暴雨強(qiáng)度公式為：

式中：P為重現(xiàn)期，a?！逗戏适信潘O(shè)計(jì)導(dǎo)則》(DBHJ/T012-2014)規(guī)定：下穿立交匯水范圍的暴雨重現(xiàn)期采用20～30 a。考慮到本項(xiàng)目的重要性，本次取值50 a。t為降雨歷時,min，t=t1+t2，取值為3 min。

(2)結(jié)構(gòu)滲漏水量：取1 L/(m2·d)。

(3)沖洗排水量：同沖洗用水量，沖洗水按以市政灑水車進(jìn)行地面沖洗，沖洗用水為2.0～3.0 L/(m2·d)，每天1次計(jì)算(消防時不考慮沖洗水量)。

(4)初期雨水：根據(jù)《十五里河流域治理一期工程調(diào)蓄池專題論證方案》(2018年7月)成果，政務(wù)區(qū)段祁門路上初雨截留取3.4 mm。本次考慮到天鵝湖排放要求更高，設(shè)計(jì)取5 mm左右。

2.2 匯水面積和泵站規(guī)模

隧道兩側(cè)地面輔道以及隧道兩端道路縱坡相對高點(diǎn)以外范圍的雨水可以自流入雨水干管，再自流排入天鵝湖，故應(yīng)單獨(dú)成一系統(tǒng)，不納入隧道排水匯水范圍內(nèi)[2]；隧道兩端道路縱坡相對高點(diǎn)以內(nèi)范圍，不能自流排入天鵝湖，必須通過泵站提升后才能排入天鵝湖，該部分的匯水面積方為隧道雨水量計(jì)算中采用的匯水面積，如圖2所示，天鵝湖隧道匯水面積南北兩岸合計(jì)為15 000 m2。考慮到本項(xiàng)目重要性，雨水泵站規(guī)模適當(dāng)富余，取1.32 m3/s；廢水(初雨)泵站規(guī)模取0.078 m3/s。

圖2 匯水面積示意圖

2.3 泵站方案

常規(guī)湖底隧道泵站設(shè)計(jì)一般采用在隧道最低點(diǎn)附近設(shè)計(jì)外掛式泵站，利用隧道結(jié)構(gòu)外墻作為擬建泵站的墻體，泵站位于湖底，泵站的檢修通道位于隧道內(nèi)。對于較長的湖底隧道，如合肥市方興湖隧道，湖底暗埋段全長820 m，則設(shè)計(jì)了3座提升泵站，如圖3所示，2座分別位于隧道進(jìn)出口的東西兩端，用于收集隧道敞口段的雨水，1座位于隧道的最低點(diǎn)，用于收集沖洗廢水、結(jié)構(gòu)滲水等，隧道內(nèi)未設(shè)檢修通道，檢修時臨時封閉1個車道作為檢修通道[3，4]。天鵝湖隧道暗埋段長度447 m，隧道最低點(diǎn)距北岸150 m，距南岸254 m。設(shè)計(jì)采用了2個方案進(jìn)行比選，比選內(nèi)容見表1。

圖3 方興湖隧道排水泵房示意圖

表1 泵站方案比選表

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終選用方案一，即采用在北岸設(shè)置一座分離式泵站，泵站結(jié)構(gòu)和隧道結(jié)構(gòu)分離，泵站獨(dú)立建設(shè)。

2.4 泵站型式

對于泵站，設(shè)計(jì)時也采用了兩種型式進(jìn)行比選。

型式一：采用半地下形式矩池體，上部為泵房，下部為集水池，格柵間與集水池合建；同時，為方便運(yùn)行管理及設(shè)備維護(hù)，在泵站內(nèi)設(shè)值班室、監(jiān)控室、機(jī)修間、變配電間。

型式二：全地下形式矩形池體，泵房、集水池、格柵間等全部位于地下，上部設(shè)置設(shè)備吊裝孔及通風(fēng)孔，同時在格柵間上部兩側(cè)設(shè)計(jì)進(jìn)入泵站的樓梯間。泵站采用無人值守，不設(shè)值班室、監(jiān)控室等管理用房，僅設(shè)置變配電間。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，最終采用形式二全地下結(jié)構(gòu)，占地面積小，結(jié)構(gòu)形式緊湊，如圖4所示，并能與周圍環(huán)境有效融合且投資也較型式一略低。

圖4 泵站地面層實(shí)景圖

考慮到天鵝湖公園景觀要求，創(chuàng)新性地采用了全下沉式配電房設(shè)計(jì)，如圖5所示，將泵站配電房整體下沉至地面以下，并將其附近的地鐵3號線天鵝湖站冷卻塔同步納入下沉廣場內(nèi)，配電房屋頂和廣場內(nèi)地面除檢修通道外，全綠植覆蓋，廣場周邊用玻璃欄桿和綠植隔離，以全面提升天鵝湖公園景觀效果。

圖5 下沉式配電房俯視效果圖

2.5 泵站工藝

城市湖底隧道雨水泵站出水常規(guī)設(shè)計(jì)是就近排入周邊水系。本項(xiàng)目周邊水系只有天鵝湖，天鵝湖水來自響洪甸水庫、佛子嶺水庫、磨子潭水庫，達(dá)到一類水質(zhì)。初期雨水、隧道沖洗和消防廢水含有的污染物較多，會對天鵝湖水體造成一定污染，故設(shè)計(jì)采用初雨、廢水和潔凈雨水分質(zhì)排放。初雨、廢水排入污水泵池，經(jīng)提升后排入市政污水管道，最終進(jìn)入污水處理廠，經(jīng)處理后再排放水體；潔凈雨水排入雨水泵池，經(jīng)提升后直排天鵝湖，從而將對天鵝湖水質(zhì)的影響降到最低。泵站位于天鵝湖公園內(nèi)，天鵝湖公園是合肥市民休閑、娛樂的重要場所。為減少占用公園綠地和喬木遷移，設(shè)計(jì)采用一體化泵站設(shè)計(jì)，即共用一個進(jìn)水管路和集水池，并最大限度縮小泵站建設(shè)規(guī)模，如圖6所示，將對天鵝湖公園景觀的影響降到最低。

初雨、廢水進(jìn)入集水池后，因水量較小，水位較低，通過水位自動控制，自流排入污水泵池，經(jīng)污水泵提升后排入周邊市政污水管道；當(dāng)持續(xù)降雨，雨量增大，集水池水位上升，則自動關(guān)閉污水泵池進(jìn)水閘門，污水泵停止運(yùn)行。雨水自流進(jìn)入雨水泵池，達(dá)到啟排水位后，雨水泵逐次開啟，將潔凈雨水抽排至天鵝湖[5，6]。降雨停止后，泵池水位下降，雨水泵漸次停泵，污水泵池進(jìn)水閘則再次開啟。泵房內(nèi)所有水位、水泵的啟停均可遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動控制，泵房內(nèi)也可手動控制[6]。泵房的工藝流程如圖7所示。

3 結(jié)束語

隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市穿湖隧道等工程在我國已有了不少成功案例，但不同隧道的長度、斷面型式、位置等各不相同，且湖體的水質(zhì)要求也不同。本文通過對合肥市天鵝湖隧道排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)論述以及對排水設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)的充分展示，希望可為城市湖底隧道排水設(shè)計(jì)起到一定的啟發(fā)和指導(dǎo)作用。