河网地区市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点.pdf
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1、第41 卷第1 1 期2023年1 1 月文章编号:1 0 0 9-7 7 6 7(2 0 2 3)1 1-0 1 6 5-0 6Vol.41,No.11Journal of Municipal TechnologyNov.2023D0I:10.19922/j.1009-7767.2023.11.165河网地区市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点翟林1,罗肖肖*,赖楠,卢双?(1.广东省冶金建筑设计研究院有限公司,广东广州51 0 0 8 0;2.广州市南沙区排水和污水处理事务中心,广东广州51 1 455)摘要:市政道路下穿隧道是提升交通效率的重要节点设施,但因其特殊的下凹布局极易被
2、水淹而影响交通,甚至造成较大的经济损失。对广州市南沙区的区位特征及排水风险进行了分析,提出河网地区市政道路下穿隧道雨水排水工程设计的9大审查管控要点,并对9大审查管控要点进行了系统性研究,为南沙区及其他类似河网地区的市政道路下穿隧道雨水排水工程设计、审查管控从业者提供了参考。关键词:河网地区;市政道路下穿隧道;雨水排水工程;审查管控要点中图分类号:TU992.02Review and Control Key of Rainwater Drainage Engineering Design ofMunicipal Roads Underpass Tunnel in River Network A
3、rea(1.Guangdong Metallurgical Architectural Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510080,China;2.Guangzhou Nansha District Drainage and Sewage Treatment Affairs Center,Guangzhou 511455,China)Abstract:The municipal roads underpass tunnel is an important node facility to improve traffic efficiency.Due t
4、o thespecial concave layout,it is easy to be flooded,affect traffic and even cause great economic losses.The locationcharacteristics and the drainge risks of rainwater drainage in Nansha District are introduced to propose nine reviewand control keys of rainwater drainage engineering design of munici
5、pal roads underpass tunnel.A systematic study isconducted on the nine review and control keys,which provides references for the designs and controls of municipalroads underpass tunnel in Nansha District and other similar river network areas.Key words:river network area;municipal roads underpass tunn
6、el;rainwater drainage engineering;review andcontrol key文献标志码:AZhai Lin,Luo Xiaoxiaol*,Lai Nan,Lu Shuang?市政道路下穿隧道是解决道路交通快速通行的重要节点设施,往往配置有大量监控、通风、消防等设备,一旦大量雨水进入下穿隧道,极易造成交通中断,给人民群众工作和生活带来不便,亦有可能造成重大经济损失,甚至危及人民群众生命安全。例如,2 0 2 0 年广州“522”特大暴雨造成黄埔区开源大道隧道、石化路隧道等多个下穿隧道被淹,不但影响了正常交通出行,而且造成了一定的经济损失;收稿日期:2 0 2 3
7、-0 3-1 5作者简介:翟林,男,工程师,学士,主要从事污水处理厂、排水管网设计及咨询工作。通讯作者:罗肖肖,男,高级工程师、注册公用设备工程师、注册环保工程师,硕士,主要从事排水管网、污水处理厂、流域水污染治理设计及研究工作。引文格式:翟林,罗肖肖,赖楠,等.河网地区市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点.市政技术,2 0 2 3,41(1 1):1 6 5-1 6 9,2 34.(ZHAIL,LUO X X,LAI N,et al.Review and control key of rainwater drainage engineering design of municipal
8、 roads underpass tunnel in rivernetwork areaJ.Journal of municipal technology,2023,41(11):165-169,234.)市放技术166Journal of Municipal Technology2021年郑州“7 20”特大暴雨造成京广路隧道发生雨水倒灌,数百辆汽车被淹,造成了一定的人员伤亡和严重的经济损失。对于下穿隧道内涝问题国内已有专家学者进行了详细的研究,但都倾向于某一方面,没有建立起全面的下穿隧道雨水排水设计管控体系,如张泽慧 2 对成都市下穿隧道的内涝进行了分析,总结出下穿隧道内涝主要是由电控系统
9、受损、客水涌人、进出水通道受阻、河水倒灌等因素引起的,并重点对防涝泵站集水池有效容积对下穿隧道内涝的影响进行了研究,研究结果表明提高集水池有效容积可大幅度降低下穿隧道内涝风险;戴立峰等 3 对武汉2015年“7 23”暴雨情况下的下穿隧道渍水进行了分析研究,研究结果表明通过设置“道路反坡、挡水设施”等保障隧道汇水分区面积可控,可有效防治下穿隧道渍水,隧道外围排水设施建设标准低、汇水分区面积过大等因素会影响下穿隧道的排水安全;王纪军等 4 对郑州京广路隧道防洪排涝的研究表明,隧道周边的雨水排水系统建设标准低、河涌水位高等因素对下穿隧道的安全造成了严重威胁;陈睿智等 51 认为广州2 0 2 0
10、年“522特大暴雨灾害造成人员溺亡的主要原因是开源大道隧道选址不合理且建设前期风险考虑不足,未开展隧道的选址适应性评估。综上所述,目前对于下穿隧道雨水排水设计缺乏系统性要点把控,同时也有很多设计人员对于下穿隧道雨水排水的理解有误,片面地认为只要泵站设计重现期满足规范要求即可。随着我国城建事业的蓬勃发展,市政道路下穿隧道将越来越多,其雨水排水问题不容忽视,水务行业主管部门应高度重视市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查工作。鉴于此,笔者结合实践经验,论证市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点,以期为相关从业人员提供参考。1区区位特征及排水风险1.1区区位特征南沙区位于广州市最南端、珠江虎门水
11、道西岸,是西江、北江、东江三江汇集之处。南沙区地处珠江出海口和珠江三角洲地理几何中心,是珠江流域通向海洋的通道,也是连接珠江口岸城市群的枢纽,更是广州市唯一出海通道。南沙区地貌表现为明显的第41 卷河口冲积形态,在长期的河流冲积和海潮进退作用下形成了典型的网络状水系。1.2排水风险1)短历时强降雨频发。南沙区降雨具有强度大、时间集中且发生频率高的特点,尤其是在每年端午节前后出现典型的“龙舟水”,短时暴雨强度常出现超5年一遇、超2 0 年一遇的情况。2)城市高强度高密度开发。城市化快速扩张过程中,原有的农田、绿地等透水性强的地面被不透水的水泥地面所取代,雨水下渗量、截流量减少,径流峰值增加 6
12、。3)城市排水标准偏低。仅近年来新建的区域排水管道能满足5年一遇标准,现状建成区排水管道大部分低于1 年一遇标准。4)外江水位顶托。南沙区的内河涌不仅受珠江口伶仃洋潮汐作用影响,而且汛期还受外江洪水影响。汛期强降雨遇外江天文大潮或风暴潮时,外江高潮位顶托使得城市河道洪水不能及时排入外江,河道长时间维持高水位,排水管网排水能力大幅度下降,极易出现内涝。南沙区复杂的排水风险是市政道路下穿隧道建设需要提前考虑的重要客观因素,也是市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控需要重点注意的事项。2排水总体格局市政道路下穿隧道雨水排水工程的核心任务是保证隧道外道路雨水(含河涌水)不倒灌至隧道内以及隧道内雨水能
13、及时、安全排除,避免影响道路交通和人员出行。在对市政道路下穿隧道雨水排水系统进行管控审查时,要坚持科学性、合理性、前瞻性和统筹性等基本原则。南沙区属于典型的感潮河网地区,市政道路下穿隧道雨水排放体系遵循“高水高排、低水低排、双重保障”的总体排放模式,具体见图1。3审查管控要点研究市政道路下穿隧道因其特殊的下凹布局极易被水淹而影响交通,甚至造成较大的经济损失。笔者结合南沙区的地理区位和自然特征,创新性地总结、提出适合河网地区的市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点,具体见表1。第1 1 期翟林等:河网地区市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点167隧道外雨水隧道雨水副排水通道市政雨水
14、管隧道内雨水泵站图1 市政道路下穿隧道雨水排放体系图Fig.1 Rainwater discharge system diagram of municipal roads underpass tunnel表1 市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控要点Tab.1 Review and control key for rainwater drainage engineering design of municipal roads underpass tunnel审核边界基本参数下穿隧道自身排水下穿隧道所在区位条件总控从表1 可以看出,笔者提出的9 大审查管控要点涵盖基本参数、下穿隧道自身排水、
15、下穿隧道所在区位条件总控3个层面,基本实现了市政道路下穿隧道雨水排水工程设计审查管控的全方面。3.1重现期与设计参数导致城市积水的原因有很多,如暴雨强度过大、不透水地面增多等,但最主要的原因是雨水管道设计标准过低,没有考虑安全系数 2 。早期建设的市政道路下穿隧道普遍存在隧道本身及隧道周边雨水排水系统设计重现期较低的问题,像北京市、成都市等均通过开展专项整治工程来提升重现期。因此,第一个审查管控要点就是重现期与设计参数,应根据城市规模定位确定。以南沙区为例,由于广州市属于超大城市,因此下穿隧道雨水排水系统设计重现期采用P=50a,下穿隧道所在道路雨水排水系统设计重现期采用 P=51 0 a,其
16、中重要区域采用P=10a,其余区域采用P-5a,内涝防治设计重现期为P-100a。在进行内涝防治校核时,按百年一遇暴雨遭遇内河涌管控水位这一工况进行校核。内涝防治校核也可以看作是提高安全系数的一种方式,实际的校核经验表明,百年一遇内涝校核满足的条件基本上相当于设计重现期提升到P-=10a或更高的标准。对于径流系数业,在进行隧道外雨水管网设计时建议取0.6 50.70,在进行百年一遇内涝校核时宜在此基础上内河涌渠、泵站主排水通道:压力管道直通内河涌审核要点重现期与设计参数泵站水泵设置泵站集水池容积泵站电源和电控设施外设泵站出水双出路泵站汇水分区独立可控周边排水条件(含内涝)隧道周边竖向标高洪涝安
17、全评估泵、闸具体内容根据设计规范及下穿隧道区位审核重现期与设计参数是否满足要求核实水泵安装规模与计算规模是否相符,保证具有备用泵集水池容积不应小于最大一台泵6 0 s出水量,并适当考虑富余不被极端工况的积水淹没保证具有压力流主排水通道和重力流副排水通道核实设计雨水排水分区是否合理,是否有“客水”汇人,以高程点定汇水分区下穿隧道所在区域雨水系统、河涌等应能满足要求,消除外在隐患保证下穿隧道不建设在局部区域的低点位置从更大的区域来考虑下穿隧道的洪涝安全,并采用软件等进行各工况模拟提高30%50%;在进行隧道内雨水排水设计时应取0.90 1.0 0。地面集水时间t可取51 5min。3.2泵站水泵设
18、置GB500142021室外排水设计标准第6.4.1条第2 款规定:“雨水泵房可不设备用泵。下穿立交道路的雨水泵房可视泵房重要性设置备用泵”7 。考虑到南沙区的洪涝和降雨特征以及下穿隧道所处的区位特点,建议隧道雨水泵站均配置备用泵,正常情况下,启动水泵可以将设计重现期标准内的雨水排出;紧急情况下,开启备用泵,提高抽升能力;当有水泵故障时,也可启动备用泵,避免抽水不及时导致水浸。应特别注意的是,此处的备用泵不仅具有替换备用的意思,还具有预备同时开启的含义。因此,在进行泵站外电设计时应充分考虑泵站外电容量满足备用泵同时开启的需求。从另一种层面来看,备用泵的同时开启可以应对极端工况下一定程度的外水涌
19、入隧道,对于积水的排除也有一定的积极作用。3.3泵站集水池容积CB50014一2 0 2 1 室外排水设计标准第6.3.1 条第2 款规定:“雨水泵站集水池的容积不应小于最大一台泵30 s的出水量,地道雨水泵站集水池的容积不应小于最大一台泵6 0 s的出水量7 。这是市政道路下穿隧道雨水泵站集水池设计的重要参考。在进行下穿隧道雨水泵站集水池容积审核时,应严格外江市放技术168Journal of Municipal Technology执行,这是需要保障的最低审核标准。有研究表明,防涝泵站集水池有效容积的大小与下穿隧道发生内涝的概率存在密切关系,即集水池有效容积越小,越容易发生内涝 2 。相洪
20、旭等 8 对胶东国际机场下穿隧道雨水泵站设计进行了研究,认为下穿隧道雨水泵站集水池容积可按照“污水泵站集水池容积不应小于最大一台水泵5min的出水量”设计。水务主管部门在审查时可以借鉴参考,在工程投资允许的条件下,尽可能要求增大集水池容积,以保障抢修排险时间。在实际审查过程中,有设计单位或建设单位认为既然已按规范进行设计(6 0 s),没有必要做大集水池,认为这是一种浪费。其实不然,较大的集水池(蓄水能力)可为身处险境的民众赢取足够的脱险时间,对人民的生命财产是一种重要的安全保障 2 。3.4泵站电源和电控设施外设泵站供电系统突发故障、控制系统突发故障、水泵泵体突发故障等因素引起下穿隧道发生内
21、涝的概率为6 0%2 1。将泵站电源和电控设施设置在室外地表高处(有条件的可结合隧道管理用房统一设置),一方面可以避免水淹泵站电控设施导致泵站无法启用;另一方面当供电系统突发故障导致停电时,可在地表室外通过接人发电机等应急电源保障泵站用电。泵站电控设施的室外地坪标高应在“百年一遇内涝校核高程+0.5m以上。3.5泵站出水双出路隧道雨水泵站出水通道受阻、大量客水汇人和河水倒灌引起下穿隧道发生内涝的概率为35%2 。为保证隧道内雨水排水通畅,隧道雨水泵站要求设计出水双出路,一路通过设置压力管道直接将雨水排人周边河涌,另一路在压力沿途就近通过阀门与满足标准的市政雨水管道连通。正常状态下阀门关闭,压力
22、管道作为主排水通道,直接将隧道内的雨水排人周边河涌,避免因排人市政雨水管道水流不及导致路面积水;当压力管道出现故障或维修时,打开阀门,雨水经市政雨水管网排入周边河涌。3.6泵站汇水分区独立可控隧道雨水泵站汇水分区独立可控的目的是保障隧道周边市政道路雨水排放高水高排(直接排河),隧道内部雨水排放低水低排(泵站提升)。汇水分区独立可控一方面可以减少雨水泵站的汇水面积,控制进人隧道低点的雨水量;另一方面也可以避免因市政道路排水能力不足、下游河涌水顶托引起雨水第41 卷倒灌隧道,导致隧道内水浸。在进行隧道雨水泵站的汇水分区审核时,应特别注意分界点应在隧道敞开段变坡点的高点,隧道两侧应设置挡水设施。3.
23、7周边排水条件(含内涝)设置下穿隧道的区域应重点核实周边道路雨水管网系统、河涌水位管控是否能够满足要求,核实下穿隧道所在道路周边是否存在内涝点。下穿隧道应避免建设在易水浸地段 3。原则上应随下穿隧道工程同步完善工程范围内的市政雨水管网系统(新建或改扩建),确保按现行排水设计标准、内涝防治标准实施,解决下穿隧道工程范围内的内涝问题,消除安全隐患。在这里应特别注意,应将隧道外围的市政雨水系统按最终排放河涌考虑,不应因下穿隧道工程红线范围而割裂市政雨水管网系统的完整性。周边排水条件是保障下穿隧道排水安全的必备条件。3.8隧道周边竖向标高下穿隧道所在道路及周边的竖向标高是保障隧道不倒灌的重要基础,应重
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