合肥市天鵝湖隧道排水方案分析

劉 猛 徐國慶

（安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

合肥市天鵝湖隧道全長約1 km，其中隧道全長685 m，封閉段447 m（水下段約280 m）、敞開段238 m，圍堰明挖法施工。項目封閉段采用單箱兩孔閉合框架結構，敞口段采用U槽結構，雙向六車道城市主干道，設計速度60 km/h。

2018年10月下旬完成初步設計，2018年12月下旬完成施工圖設計。2019年3月項目開工建設，2020年5月天鵝湖隧道正式通車。天鵝湖隧道的貫通可大幅度緩解翡翠路、潛山路的交通壓力，充分發揮路網整體功能。天鵝湖隧道獲得2022年度中國市政工程最高質量水平評價。

天鵝湖隧道是合肥市首個在城市環境敏感區域的水下隧道工程，項目位于政務中心核心區域，隧道景觀需要實現“融入不搶鏡、增色不亂景”。

天鵝湖隧道“V”形線路如圖1所示。

圖1 天鵝湖隧道“V”形線路

針對天鵝湖隧道排水方案涉及景觀、造價、施工難易程度、后期維護等因素，隧道排水方案設計人員經歷多次討論、比選，可采用3種排水技術方案，方案分別為常規方案、湖中方案和湖岸方案。

2 排水規模

根據合肥市暴雨強度公式：

式中：P——設計重現期；t——設計降雨歷時。

根據《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）位于中心城區的重要地方，立體交叉道路排水系統設計重現期20～30年[1]，綜合考慮本項目所處地理位置、道路等級及設計時速等，本次設計重現期取值為50年。

根據《道路隧道設計標準》（DG/TJ 08-2033—2017）[2]計算：

式中：t1——坡面集水時間（min）；n——地面粗糙系數，取0.013；L——坡面流長度（m）；i——引道段坡度。

北側引道段坡度為4.5%，坡長為420 m，北側集水時間為6.6 min；南側引道段坡度為4.95%，坡長為320 m，南側集水時間為5.67 min；綜合考慮，方案階段設計降雨歷時取值為5 min。

式中：Q——雨水設計流量（L/s）；ψ——徑流系數，取0.9；F——匯水面積（hm2）。

匯水面積為1.5 hm2，經過計算，雨水設計流量為922 L/s；隧道雨水泵房設計規模按雨水設計流量1.2倍確定，故天鵝湖隧道排水泵站規模為1.11 m3/s。

3 排水方案介紹

3.1 常規方案

目前，常規湖底、河底隧道一般共設兩座雨水泵站和一座廢水泵站，兩端洞門附近分別設雨水泵站，最低點設一座廢水泵站。例如安徽省內方興湖隧道、少荃湖隧道、渦河隧道、南緯六路隧道，根據高水高排、低水低排的原則，在隧道引道兩端起點設置駝峰，攔截地面段雨水，排放到路面雨水系統，盡量減少流入隧道雨水泵站的水量，降低泵站造價。在隧道洞口內側設置雨水泵站，收集隧道引道段雨水。在雨水泵站處的車道上設置兩道橫截溝，攔截雨水進入雨水泵站集水池，經潛污泵提升至隧道外消能井后，再排入天鵝湖。

最低點設一道橫截溝，攔截隧道內沖洗廢水、消防廢水、結構滲漏水等，通過橫截溝流入最低點廢水泵站廢水池，經過潛污泵提升后，沿著結構側墻裝飾層敷設壓力管，在洞口附近就近接入市政污水管網。常規方案泵站布置如圖2所示。

圖2 常規方案泵站布置

3.2 湖中方案

湖中方案是指僅在天鵝湖隧道線路最低點附近設置一座排水泵站，取消了所有的橫截溝。天鵝湖隧道是城市主干道，行車速度快，排水泵站規模偏小，且兩側引道縱坡分別為4.50%和4.95%，縱坡大，整體路線呈“V”形，橫截溝截水效果差。隧道兩側排水邊溝正常設置，在隧道最低點設置排水暗涵，最低點排水邊溝溝底設置井筒連通排水暗涵，排水暗涵接入集水池。為了保障路面積水快速排除，應盡量加寬最低點附近排水邊溝，排水暗涵需要砂漿二次找坡，且尺寸應滿足施工及排水要求，湖中方案排水泵站與隧道結構共墻設置。

湖中方案路面積水經過排水邊溝收集，經排水暗涵接入外掛排水泵站集水池，經集水池潛污泵壓力提升后，從隧道側墻預留壓力管位敷設，敷設至洞門附近再出室外，最終接至天鵝湖。

3.3 湖岸方案

湖岸方案是指將天鵝湖隧道線路最低點湖底排水泵站設置在湖岸附近。隧道內設置維持湖中方案不變，外掛泵站改為外掛一個頂管接收井，湖岸排水泵站采用沉井施工，利用泵站主體結構兼做頂管工作井，從岸邊向著湖中機械頂進，頂管管材采用加強型Ⅲ級F型鋼承口管，管道施工前應向廠家提供管頂覆土厚度、水壓等參數，以便廠家提供滿足工程需要的管材，管材應符合《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》（JC/T 640—2011）[3]的規定；在DN1 500 mm頂管施工完成以后，再在頂管內安裝PE100級DN1 200 mm給水管，采用SDR41系列，公稱壓力0.4 MPa，管道采用電熔承插連接，施工做法參見《大口徑聚乙烯（PE）給水管道工程技術規程》（DB13/T 2162—2014）[4]。在DN1 200 mm管道和DN1 500 mm管道之間采用中粗砂或注漿填實，管端頭采用C20素混凝土封堵。隧道內排水暗涵雨廢水接入外掛頂管接收井，再通過DN1 200 mm水管進入岸邊泵站。湖岸方案頂管如圖3所示。

圖3 湖岸方案頂管

湖岸方案為了將泵站融入天鵝湖周圍優美環境中，排水泵站采用全地下設置，泵站四周不設置圍墻，采用綠植隔離[5]；泵站配電房與附近地鐵3號線冷卻塔結合，全部下沉設置，并用綠化遮蔽，達到藏于無形的目的，保護天鵝湖景觀空間。

為了保護天鵝湖水質不被破壞，天鵝湖隧道初期雨水、隧道沖洗廢水含有較多含油廢水，不適合直接抽排至湖內，設計人員對方案三排水泵站進行改進，一個泵站分為兩部分，一部分為雨水集水池，另外一部分為廢水集水池，初期雨水或隧道沖洗廢水等小流量進入泵站廢水集水池，通過廢水集水池潛污泵壓力提升，進入市政污水管網；降雨持續，雨量增大，關閉廢水集水池進水閘門，雨水進入雨水集水池，按預先設定的水位依次開啟雨水集水池潛污泵，壓力提升進入天鵝湖。

4 方案比選

4.1 運營安全分析

常規方案共設置五道橫截溝，根據養護部門經驗，類似隧道雖然升級改造橫截溝，將原來的鍍鋅格柵改造為一體化插入式橫截溝。一體化插入式橫截溝蓋板由移動式和固定式組成，在行車區域采用固定式，在行車區域之外和端部采用移動式，為后期養護沖洗創造條件，保障行車安全和舒適性[6]。但該路段為城市主干道，且為下坡路段，行車速度快，在行車沖擊下，噪聲問題頻頻發生。項目處于政務區核心位置，辦公服務大廳、奧體中心、高檔小區分布在項目周圍，同時天鵝湖也是合肥市民重要的休閑、鍛煉場所，故天鵝湖隧道應盡量不設橫截溝。施工水平存在差異，造成插入式橫截溝也存在各種質量問題，隨著運營時間延長，跳車現象時有發生，威脅行車安全。兩側引道縱坡大，存在路面雨水越過橫截溝進入隧道內的情況。

湖中方案和湖岸方案取消橫截溝，從根本上解決了行車安全威脅和噪聲隱患。

4.2 管理維護分析

常規方案泵站數量眾多，布置分散，不利于管養單位統一管理和維護。常規方案和湖中方案檢修養護困難，增加了管養部門的工作量，不便于后期養護。隧道未設置檢修道，為了不影響交通，檢修養護安排在夜間進行，需要臨時占用一個車道作為檢修通道。排水泵站尺寸較大，設備運輸要依靠人力搬運，增加檢修工人勞動量，不便于開展機械化養護。排水泵站電氣設備都在湖底，電氣設備安全高度得不到保障，內部通風換氣都依靠隧道進行，內部潮濕且空氣渾濁，不利于電氣設置長期運行和工作人員身體健康。

湖岸方案可以采用汽車吊在地面檢修，不需要人工體力搬運，檢修人員工作環境得到改善，人身安全可以得到充分保障。

4.3 調蓄能力分析

常規方案和湖中方案調蓄容積僅依靠泵站集水池的有效容積，但由于土建投資限制，泵站集水池調蓄容積偏小。

湖岸方案調蓄容積分為兩部分，一部分是泵站集水池有效容積，另一部分是DN1 200 mm重力流進水管，調蓄容積大幅度提高。

4.4 施工難易程度分析

常規方案僅在湖中設置一座廢水泵站，平面尺寸為5 m×9 m，占地面積小，施工難度偏小。

根據《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）相關要求，湖中方案隧道排水泵站既要滿足潛污泵安裝要求，又要滿足集水池有效容積要求，同時要設置格柵、閘門等附件，綜合計算，排水泵站平面尺寸為11 m×14 m，平面占地尺寸大，在天鵝湖中間明挖筑堰法施工，增加了施工難度。

湖岸方案泵站采用沉井施工，施工速度快，難度小，周圍施工工作面大，此工法在市政工程中普遍采用。

4.5 施工工期分析

常規方案和湖中方案泵站都是與隧道主體合建，需要與隧道主體同步建設，比正常隧道施工工期增加約20 d。湖岸方案泵站采用沉井施工，可以與隧道主體建設同步進行，可以縮短工期。

4.6 投資分析

常規方案中，泵站均與隧道合建，且最低點廢水泵站尺寸小，整體造價偏低。

湖中隧道泵站位于湖中，泵站平面尺寸大，圍護費用增大，且需要考慮壓力出水管從隧道結構內側敷設空間，局部路段需要加大隧道主體橫斷面尺寸，整體造價偏高。

湖岸方案泵站采用沉井施工，基坑圍護工作量少，泵站費用較低，僅增加了頂管費用，經過綜合各種費用，湖岸方案整體費用適中。

5 結語

根據隧道排水方案涉及的排水規模、線型、周圍環境因素，從運營安全、管理維護、調蓄能力、施工難易程度、工期及投資角度進行分析。常規方案工期長，且橫截溝存在安全隱患，泵站數量多，后期管養、協調工作難度大；湖中方案工期長，整體造價高，后期管養難度大，工作環境差，不能體現以人為本的設計理念；湖岸方案整體造價適中，可以縮短工期，利于后期管養。通過綜合比選，本工程最終選定湖岸方案，為后期管養服務。