芙蓉南路下穿南湖大道地道排水系统设计

芙蓉南路下穿南湖大道地道排水系统设计

蔡潇霄

梅溪湖投资（长沙）有限公司 410125

摘要：城市下穿地道是交通重要组成部分，由于其位置低，排水不畅会引发严重后果。以芙蓉南路下穿南湖大道地道排水系统设计为实例，介绍了城市下穿地道的排水系统设计，同时针对超设计标准降雨，采用一定的技术措施，尽可能的提高地道雨水泵站的生存能力，将不利影响降至最低。

关键字：地道泵站，地道排水系统

1. 工程简介

长沙市为中亚热带季风性湿润气候，光热充足，雨量充沛，无霜期长，严寒期短，四季分明，历年平均日照、气温和降水量分别为1629.9小时、17.3度和1340.8毫米左右，4～7月降雨较集中，历年平均无霜期280天 。

芙蓉南路下穿南湖大道地道位于长沙市天心区芙蓉南路与南湖大道相交路口处，是芙蓉南路快速化改造工程中的一个节点。芙蓉南路是连接长沙与湘潭的重要交通要道，其快速化改造是推动长株潭一体化发展中的重点建设项目。

地道呈南北走向，沿芙蓉南路布置，全长515m，其中暗埋段长120m，北端敞口段长185m，南端敞开段长210m，双向六车道，敞开段净宽26.3m，坡度均为4%，在下穿地道内道路两侧设置排水沟及截水沟，在地道最低点附近设排水泵站一座，雨水以泵排的形式提升后排入附近的雨水箱涵中。

2. 下穿地道排水排水系统设计

   1. 排水总体设计

下穿地道所需要排除的水主要降雨形成的路面径流以及少量的结构渗漏水，地道暗埋段长度较短，地道最低点比周边排水箱涵低，无重力自流排水条件，需采用水泵抽排。由于现状道路及周边建设条件的限制，道路竖向设计时，无法在地道两端设置驼峰，根据“高水高排”的理念，在地道南北起止点处另各设一道横截沟，接入地道外的雨水系统中，最大可能的避免客水进入地道范围内。

地道内的道路横坡为1.5%，横坡远小于纵坡，暴雨时，雨水大部分会沿道路纵坡流动，在低点处汇集，为避免路面径流影响行车安全，在地道内南北两端各设置2道横截沟，路面径流通过横截沟汇入两侧边沟内。横截沟设置在敞口与暗埋的交界处及敞口段中间。最低点设置两道排水管将边沟内雨水引入雨水泵房内，提升后排入附近的雨水箱涵。

1. 2. 设计标准

1. 3. 汇流面积

地道的总汇流面积为整个地道敞口段投影面积及一边侧墙面积的一半，考虑到道路纵坡对排水不利，存在客水汇入的可能，汇流面积再额外加上南北起止点向外延申40m的道路范围，共1.37ha。

考虑到南端敞口段面积较北端大，取其作为边沟、横截沟及横管的汇流面积，其中边沟的汇流面积为3760m2，横管的汇流面积为7048m2

1. 4. 边沟设计

边沟位于检修道边，坡度与地道的坡度一致，在地道敞口段，纵坡固定，数值较大为4%，在暗埋段，位于道路竖曲线的凹点，坡度由4%变化至0，根据地道的竖曲线，坡度小于3‰的长度仅20m左右，采用3‰作为边沟的设计坡度。边沟净尺寸为BH=0.4MX0.6M,考虑到留10cm的超高，则边沟的设计水深为0.5m，边沟采用明确均匀流公式计算，其过流能力为230l/s，边沟的设计流量为225.8l/s，尺寸能满足要求。

1. 5. 横截沟设计

横截沟坡度与道路横坡相同，其汇流面积小于边沟，其尺寸不进行计算，统一取边沟尺寸。

1. 6. 横管设计

   7. 在地道最低的设置两道横管将边沟的水引入地道泵站中，在地道结构设计在在横管出局部下凹，留出管道安装空间。地道北半幅边沟在最低的设计一座集水井，接出2根DN500排水管至地道南半幅边沟集水井，然后变径为DN600接入泵房内。

   8. 泵房规模设计

      1. 汇流面积

泵房设计时，汇流面积为整个地道敞口段投影面积及一边侧墙面积的一半，考虑到道路纵坡对排水不利，存在客水汇入的可能，汇流面积再额外加上南北起止点向外延申40m的道路范围，共1.37ha。

1. 1. 2. 汇流时间

汇流时间t=t1+t2，其中t1为地面集水，为雨水从汇流面积内最远点流至汇集点的时间，根据《室外排水设计规范》中的规定，一般不进行计算，取5~15min。由于地道内汇流路径明确，且距离较短，为安全期间，采用《公路排水设计规范》中的坡面汇流公式，《城镇内涝防治技术规范》中的集流时间公式及及《给水排水设计手册》（城镇排水 第三版）中的经验公式综合确定。

地道北端的敞口段长度较南端段，为不利段，取北端进行计算，汇流长度取起点至暗埋段的长度，为185m。

《公路排水设计规范》中的坡面汇流公式为

式中：s--地面粗糙系数，本工程为沥青混凝土路面，取0.013

Lp---坡面汇流的长度，本次为185m

ip---地面坡度，为4%

根据《城镇内涝防治技术规范》，本工程地面汇流距离大于90m，集流时间公式为

式中：L--坡面汇流长度

11. --系数，为6.19

S--地面坡度，为4%

根据《给水排水设计手册》（城镇排水 第三版），坡面水流速度经验值为（v=0.9~1.1m/s），取值1m/s

T=l/v

式中：L--坡面汇流长度

V--水流速度

计算结果如下：

综合考虑后，地面集水时间t1取3min

由于暗埋段长度较短，不计管内流行时间t2，

1. 1. 3. 设计流量

根据上述数据，按长沙市暴雨强度公式计算得到，t=3min时的暴雨强度q=632.25（l/s。ha）.地道范围内均为沥青路面，径流系数取0.95，雨水设计流量Q=0.95*632.25*1.37=822.27（l/s）=0.82（m3/s）。

考虑到地形坡向对排水不利，以及本工程重要意义，水泵按计算流量的120%配备，则设计流量为0.82*1.2=0.98（m3/s），取1.0m3/s为设计流量。

1. 9. 水泵数量及选型

本工程水泵共设置4台，3用1备，水泵选用潜污泵，工程附近无自然水体及沟渠，只能就近排入附近雨水箱涵，

参数为（Q=1200m3/h，H=10m，N=45Kw）

泵站周边无自然水系，只能排入附近雨水箱涵之中，雨水箱涵的设计重现期为3年，水泵的扬程配置时考虑在泵站设计重现期下雨水箱涵处于超载状态，水位按道路下1m取值。

另设集水池检修放空潜水泵1台，平时不安装，遇集水池检修时放入集水坑中排出死水。

1. 10. 集水池容积

本工程设计时间在2019年，其当时有效规范为《室外排水设计规范》（2016年版），对于雨水泵站的集水池的有效容积，仅要求满足最大一台水泵30s的流量即可。本工程雨水管渠规格不大，存续雨水能力也小，且位于地道内，大多数情况下为自动控制，为避免频繁开启水泵，按每小时启动不大于6次来控制集水池容积，则需要的调蓄容积为V=Q/4/n=1200/4/6=50m3，为最大一条水泵2.5min的排水量，同样符合现行《室外排水设计标准》中对于地道泵站的要求。对于多台水泵情况，本工程选用同型号水泵，采用的是“先开先停，轮序启动”的控制模式，理论上，只要水位计及控制系统精度足够，多台水泵间需要的调蓄容积可无限趋近于单泵所需，实际工程中，此部分容积是由水位计的精度所控制，本工程中，为排水安全起见，取各台水泵间的容积相同，同时便于今后运行中对启停水位的调整。

1. 11. 泵房平面布置

水泵出水管管径为DN500，水泵出水管汇总至一根DN800汇总管后出泵房。泵房布置有两种方式：一种是止回阀等阀门安装在竖管上，优点是减小泵房尺寸，缺点是检修不易，且更换麻烦；另外一种是水平安装，优缺点与上述相反。本工程采用水平安装形式，泵房分两层，下层是集水池及潜水泵，上层是管道及设备间，上层平面尺寸14.4mx7.8m，高5.2m；下层尺寸与上层一直，高为4.9m。

机器间设2套电动葫芦，一套用于水泵起吊，一套用于阀门

1. 12. 防淹措施

本工程在水泵配置时已经考虑了应对超设计标准雨水的情况，如水泵流量按计算的120%配泵，应急情况下可开启备用泵等。考虑到极端情况下，泵站仍有可能被水淹没。本工程不设计变配电间，变压器采用室外箱变的形式设置在道路外侧绿地中。在设备间内设计一个设备平台，将配电柜、水泵、风机等控制箱安装在设备平台上，设备平台比机器间地坪高2.2m，比地道最低点高2.7m，这样即使泵房被水淹没，水泵等设备也能在一定淹没水深的范围内维持工作。

1. 13. 通风

泵站为地下式，空气潮湿，集水池内有一定的死水空间，存在有毒有害气体的产生及逸出的可能，泵站采用机械进风及机械排风系统，风机定期自动启动。集水池检修时采用临时风机送风，并配备便携式有毒有害气体检测仪及报警仪，以保障安全。

1. 14. 出水管路

采用水泵并联出水，出水总管管径为DN800，出泵房后接入消能井内，然后接入市政雨水箱涵中。

3. 结语

工程于2020年10月完工，经历过多次暴雨检验，期间下穿地道运行良好，未发生积水情况。城市下穿地道，体量虽小，但由于处于低洼低洼地区，在洪涝期间往往成为城市交通的咽喉，且万一出现事故将会给人们群众的生命财产安全带来严重的威胁。下穿地道的排水是一项系统工程，充分考虑截水，收水，排水等各种措施才能发挥作用，本文以芙蓉南路下穿南湖大道排水系统为实例介绍了下穿地道排水系统中的一些关键点，如汇流面积的划分、集流时间的确定，边沟的设计与校核，横管的设计与校核，排水泵房设计规模的确定，超标降雨时的应对措施等，对该类型的项目设计有一定的借鉴作用。

泵房实景图

参考文献

[1]张建新,吕锐,贺田富.下穿式道路立交雨水泵站排水设计参数探讨[J].给水排水,2012,48(01):30-35

[2]张忠品,周金忠,杜金海,刘斌梅.城市中小型下穿公路隧道排水设计探讨[J].给水排水,2015,51(09):30-32

[3]张健.呼市南二环地道雨水泵站设计要点与经验总结[J].山西建筑,2017,43(20):137-138
作者简介：蔡潇霄（1987.1男），湖南湘西自治州人。民族：土家族，学历：硕士，职称：工程师，研究方向：市政给排水设计工作。