探秘：汕頭蘇埃灣海底長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)水下隧道排水系統(tǒng)無(wú)明確規(guī)定的現(xiàn)狀，根據(jù)海底隧道排水系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)，對(duì)汕頭蘇埃灣海底長(zhǎng)大隧道排水設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)技術(shù)難題進(jìn)行研究，并提出解決方案，合理確定了隧道敞開(kāi)段雨水排水系統(tǒng)、隧道海中段廢水排水系統(tǒng)及隧道排水系統(tǒng)監(jiān)控方式，并對(duì)設(shè)計(jì)中的某些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行探討。

汕頭蘇埃灣海底長(zhǎng)大隧道（下稱汕頭蘇埃通道）是汕頭市干線公路網(wǎng)規(guī)劃縱線國(guó)道G324的復(fù)線，位于海灣大橋與礐石大橋之間，路線全長(zhǎng)6 680 m，隧道封閉段長(zhǎng)4 320 m（北岸暗埋段長(zhǎng)690 m，盾構(gòu)段長(zhǎng)3 047.5 m，南岸暗埋段長(zhǎng)437.5 m），兩洞雙向6車道，是我國(guó)第一條海底長(zhǎng)大盾構(gòu)公路隧道，同時(shí)具備城市交通隧道的功能。

水下隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前尚無(wú)專門的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)則及其他相關(guān)技術(shù)要求，汕頭蘇埃通道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參考現(xiàn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、細(xì)則、專題研究及國(guó)內(nèi)外類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文主要介紹隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或方案進(jìn)行探討和研究，并在設(shè)計(jì)中予以落實(shí)。

1 | 隧道雨水排水系統(tǒng)的研究與探討

汕頭蘇埃灣海底長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)

1.1 隧道雨水排水系統(tǒng)概況

汕頭市是我國(guó)大陸暴雨強(qiáng)度最強(qiáng)，頻率最大的城市之一，平均每年遭受6～8場(chǎng)暴雨襲擊，實(shí)測(cè)24 h雨水量高達(dá)500～600 mm，汕頭蘇埃通道作為跨海交通重點(diǎn)工程，雨水排水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的合理取值，對(duì)于避免隧道“水災(zāi)”的發(fā)生和維護(hù)隧道安全運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。汕頭蘇埃通道雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主動(dòng)設(shè)置防水措施阻擋區(qū)域外雨水侵入，對(duì)當(dāng)?shù)囟鄠€(gè)暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)隧道雨水設(shè)計(jì)流量進(jìn)行了合理取值，對(duì)雨水泵站集水池有效容積以及潛污選型進(jìn)行了綜合研究，同時(shí)深入研究了隧道雨水集中排放類型及安全措施。

1.2 隧道敞口外圍雨水防排立體設(shè)計(jì)理念

在隧道接地點(diǎn)設(shè)置“駝峰”作為物理防水分割措施，避免隧道敞開(kāi)段外部區(qū)域道路雨水侵入隧道，“駝峰”標(biāo)高按當(dāng)?shù)胤篮闃?biāo)高（100年一遇洪水位）加0.5 m考慮，為了防止特殊情況的發(fā)生，在“駝峰”位置設(shè)置一處橫截溝，就近排入市政雨水系統(tǒng)，在隧道接地點(diǎn)形成“以防為主,以排為輔，防排結(jié)合的立體設(shè)計(jì)理念”，隧道敞口段左右兩側(cè)設(shè)置高出地面0.8 m的一體化擋墻，避免暴雨期間雨水從側(cè)向侵入，隧道洞口防排水措施的實(shí)施，對(duì)于減少隧道敞口段匯水面積和雨水量，減少雨水泵站規(guī)模和水泵流量有重要意義，同時(shí)有效降低了隧道“水災(zāi)”發(fā)生的概率。

1.3 隧道敞口區(qū)域暴雨強(qiáng)度公式對(duì)比分析

暴雨期間，隧道敞口區(qū)域雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到隧道的運(yùn)營(yíng)安全，隧道是一個(gè)封閉的狹長(zhǎng)空間，敞口區(qū)域雨水的攔截和排放需要及時(shí)迅速，雨水量的計(jì)算需要采用暴雨強(qiáng)度公式，部分城市因統(tǒng)計(jì)方法或頒布部門不同往往有多個(gè)暴雨強(qiáng)度公式。根據(jù)調(diào)研，目前汕頭市正在使用的有3個(gè)暴雨強(qiáng)度公式，式（1）由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供，以汕頭市國(guó)家氣象觀測(cè)站連續(xù)35年雨量資料為基礎(chǔ)，年最大值法取樣，采用解析法編制；式（2）由當(dāng)?shù)乜傮w規(guī)劃部門提供，廣州市市政工程研究所根據(jù)當(dāng)?shù)剡B續(xù)30年雨量資料，年多個(gè)樣法取樣，采用解析法編制；式（3）由《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供，廣東省水利部門依據(jù)當(dāng)?shù)?0年雨量資料，年最大值法取樣，采用圖解法編制，汕頭蘇埃通道的設(shè)計(jì)采用哪個(gè)公式更為合理，需要進(jìn)一步分析和研究。

式中 q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；

P——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，年；

t——降雨歷時(shí)，min。

由圖3分析可知：降雨強(qiáng)度隨降雨歷時(shí)增加而減少，3個(gè)公式整體趨勢(shì)基本一致，式（1）、式（2）變化曲線基本重合，式（3）降雨強(qiáng)度在各個(gè)降雨歷時(shí)均為最大值，以降雨歷時(shí)10 min作為分界點(diǎn)，小于10 min時(shí)，式（3）降雨強(qiáng)度顯著大于式（1）和式（2），比式（1）和式（2）計(jì)算結(jié)果高約15%，降雨歷時(shí)大于10 min后，式（1）、式（2）和式（3）暴雨強(qiáng)度基本一致，汕頭蘇埃通道屬于海底長(zhǎng)大隧道，城市交通樞紐，對(duì)安全性要求較高，在遭遇極端暴雨災(zāi)害時(shí)，損壞程度和影響范圍均遠(yuǎn)大于其他普通工程，選擇式（3）更為合理，其他普通工程或一般重點(diǎn)工程，為了降低工程造價(jià)，選擇式（1）或式（2）均可，實(shí)際工程中降雨歷時(shí)通過(guò)計(jì)算確定。

由圖4分析可知：降雨歷時(shí)相同時(shí)，降雨強(qiáng)度隨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期增加而增加，3個(gè)公式整體趨勢(shì)基本一致，式（1）、式（2）變化曲線基本重合，式（3）降雨強(qiáng)度在各個(gè)重現(xiàn)期均為最大值，汕頭市作為沿海重要城市，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》建議下穿隧道暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期取值30～50年，地下工程專業(yè)規(guī)范《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求隧道洞口暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按50年計(jì)算，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究建議水下隧道敞口段雨水排放系統(tǒng)，暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期宜與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限一致，汕頭蘇埃通道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限為100年，通過(guò)圖4分析發(fā)現(xiàn)，100年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期與50年設(shè)計(jì)重現(xiàn)期相比，降雨強(qiáng)度增加較為緩慢，3個(gè)公式降雨強(qiáng)度增加的幅度值均為10%左右。結(jié)合規(guī)范、相關(guān)研究及數(shù)值分析，汕頭蘇埃通道暴雨強(qiáng)度公式采用式（3），設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用“按50年取值，用100年進(jìn)行校核”。

1.4 隧道雨水泵站設(shè)計(jì)流量分析與研究

隧道雨水泵站的計(jì)算流量，取決于匯水面積、暴雨強(qiáng)度和徑流系數(shù)，且與3個(gè)參數(shù)正相關(guān)，見(jiàn)式（4），隧道敞口外圍雨水防排設(shè)計(jì)已經(jīng)最大程度的減少了匯水面積，限定匯水面積僅為隧道敞口區(qū)域；暴雨強(qiáng)度的大小在1.2章節(jié)已經(jīng)進(jìn)行分析研究，其數(shù)值已確定；徑流系數(shù)參照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，混凝土路面建議取值0.85~0.95，隧道下穿坡度較大，降雨歷時(shí)較短，幾乎全為徑流，徑流系數(shù)取1.0更符合實(shí)際工程。

式中 Ψ——徑流系數(shù)，Ψ=1.0；

F——匯水面積，hm2；

Qj——計(jì)算流量，L/s。

式（4）為雨水泵站計(jì)算流量，實(shí)際工程中應(yīng)考慮到匯水面積難以絕對(duì)限制，行車進(jìn)入隧道時(shí)也會(huì)攜帶部分雨水，另本工程采用100年暴雨設(shè)計(jì)重現(xiàn)期進(jìn)行校核，雨水排水系統(tǒng)也應(yīng)安全可靠，故隧道雨水泵站設(shè)計(jì)流量應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)，汕頭蘇埃通道安全系數(shù)取1.2，隧道雨水泵房設(shè)計(jì)流量見(jiàn)式（5）：

式中 Qs——設(shè)計(jì)流量，L/s。

1.5 隧道雨水泵站集水池規(guī)模與排水泵數(shù)量、選型研究

隧道雨水泵站集水池規(guī)模無(wú)專門規(guī)范具體要求，參考相關(guān)規(guī)范要求各不相同，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求“雨水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵30 s的出水量”；《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求“雨水泵站的有效容積，不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵5～10 min的出水量”。對(duì)上述規(guī)范要求進(jìn)行分析：《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的不小于最大一臺(tái)水泵30 s的出水量，考慮了泵站之前市政雨水管網(wǎng)的容積，適用于一般的道路工程雨水提升泵站，不太適用于公路隧道雨水泵站，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的不應(yīng)小于最大一臺(tái)水泵5～10 min的出水量，考慮了隧道洞口暴雨直接匯流進(jìn)入雨水泵站，泵前無(wú)市政雨水管道容積，公路隧道敞開(kāi)段與地鐵工程隧道洞口特點(diǎn)相似，公路隧道因下穿海域形成狹長(zhǎng)封閉空間，一但發(fā)生“水災(zāi)”人員疏散逃生更困難，故取《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的上限不小于10 min較為為合理。

要明確雨水泵站集水池有效容積，需要明確單臺(tái)雨水泵排水量，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》建議雨水泵站水泵數(shù)量范圍為2～8臺(tái)，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求隧道洞口雨水泵站雨水泵設(shè)置3臺(tái)，水泵數(shù)量較少時(shí)安全系數(shù)較低，偏多時(shí)排水總量折減較大，參考國(guó)內(nèi)類似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，汕頭蘇埃通道雨水量較大時(shí)設(shè)置4臺(tái)雨水泵（3用1備），雨水量較小時(shí)設(shè)置3臺(tái)雨水泵（2用1備），單臺(tái)水泵排水能力不小于最大小時(shí)設(shè)計(jì)流量的1/3或1/2，由此可建立雨水泵站集水池有效容積與設(shè)計(jì)流量的關(guān)系式見(jiàn)式(6)和式（7）：

式中 Vr——集水池有效容積，m3；

Qs——設(shè)計(jì)流量，m3/h；

由式（6）、式（7）分析可知：隧道雨水泵站集水池有效容積，通常可取3～5 min的設(shè)計(jì)流量。水泵選型關(guān)系到雨水泵站的安全和運(yùn)行效率，參考國(guó)內(nèi)類似雨水泵站，綜合考慮節(jié)能高效、維護(hù)方便及造價(jià)合理等因素，汕頭蘇埃通道雨水泵站采用無(wú)堵塞自動(dòng)攪勻型潛污泵，泵體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、維保方便，在城市交通隧道和地鐵工程雨水泵房中被廣泛使用。

1.6 隧道雨水泵站集中排水出口分析與研究

隧道雨水泵站集中排水，會(huì)對(duì)周邊排水體系產(chǎn)生影響，排入江河湖泊等自然水體時(shí)，排水出口的標(biāo)高需要滿足防洪要求，排入附近市政雨水管道時(shí)，因設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不同，雨水泵站集中排水量大，現(xiàn)有市政雨水管道容納能力不一定滿足，當(dāng)不滿足時(shí)需要采取特殊措施，排水出口的可靠，是隧道雨水排水系統(tǒng)必須考慮的一個(gè)重點(diǎn)（見(jiàn)圖5），下面進(jìn)行分類討論。

（1）雨水泵站周邊有自然水體。隧道雨水泵站周邊有自然水體時(shí)，集中排水條件較好，可以滿足《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求：“立體交叉地道排水應(yīng)設(shè)獨(dú)立的排水系統(tǒng)，其出水口必須可靠”。雨水排水系統(tǒng)末端出口水位應(yīng)大于100年一遇洪水位，為了滿足排水標(biāo)高要求，設(shè)計(jì)時(shí)水位標(biāo)高采用倒向設(shè)計(jì)，先計(jì)算排出口水位標(biāo)高，之后計(jì)算檢查井水位標(biāo)高，推算出泄壓井標(biāo)高，雨水泵站壓力排水管長(zhǎng)度根據(jù)需要設(shè)置，條件較好時(shí)敷設(shè)路由較短，反之較長(zhǎng)，當(dāng)沒(méi)有條件設(shè)置重力排水管道時(shí)，全程設(shè)置壓力排水管強(qiáng)排至自然水體，排水管末端設(shè)置拍門，防止自然水體倒流進(jìn)入隧道雨水泵站。

（2）雨水泵站周邊有市政雨水管道。隧道雨水泵站周邊敷設(shè)有市政雨水管道時(shí)，首先應(yīng)判斷雨水泵站的集中出水是否可以直排市政雨水管道，需要知道市政雨水管道可接納水量，可接納水量數(shù)值到排水管道產(chǎn)權(quán)部門查閱，當(dāng)沒(méi)有具體資料時(shí)，可進(jìn)行粗略計(jì)算，計(jì)算方法如下：根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》市政雨水管道最小設(shè)計(jì)流速為0.75 m/s，考慮到淤積等因素，設(shè)計(jì)時(shí)最小流速通常取1 m/s，市政雨水管道的實(shí)際流速按式（8）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到的數(shù)值為最大設(shè)計(jì)流速V，可接納水量采用式（9）進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)Qg大于雨水泵站設(shè)計(jì)流量時(shí)，直接排入市政雨水管道，當(dāng)Qg小于雨水泵站設(shè)計(jì)流時(shí)，需要采取措施后才能排入市政雨水管道，建議在泄壓井后設(shè)置調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池計(jì)算方法參考《排水工程》(第四版)，平面布置圖見(jiàn)圖5，雨水泵站設(shè)計(jì)雨水量為Q1，調(diào)節(jié)水池的出水量為Q2+Q3，當(dāng)Q1≤（Q2+Q3）時(shí)，雨水全部排入市政雨水管道，調(diào)節(jié)池水位逐漸下降，直至排空。當(dāng)Q1>（Q2+Q3）時(shí)，調(diào)節(jié)池容納多余雨水量，調(diào)節(jié)池水位升高，隨著降雨減弱，雨水泵站出水流量減少。

1.7 汕頭蘇埃通道雨水排水系統(tǒng)研究成果及應(yīng)用

汕頭蘇埃通道共設(shè)置5處雨水泵站，分別為A匝道1#雨水泵房、B匝道2#雨水泵房、隧道北岸3#、4#雨水泵房及南岸5#雨水泵站，隧道雨水泵站平面布置見(jiàn)圖6，各個(gè)雨水泵站匯水面積、設(shè)計(jì)流量、集水池容積、水泵設(shè)置以及排水路由見(jiàn)表1。

2  隧道廢水排放系統(tǒng)的研究與探討

海底長(zhǎng)大隧道排水系統(tǒng)需要解決兩個(gè)問(wèn)題，即避免雨水的進(jìn)入和保證隧道廢水的排出，上述研究解決了第一個(gè)問(wèn)題，第二個(gè)問(wèn)題同樣影響隧道的安全運(yùn)營(yíng)，第2章節(jié)對(duì)隧道廢水排水系統(tǒng)存在的技術(shù)難題、關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析研究。

2.1 隧道廢水量來(lái)源分析與計(jì)算方法

汕頭蘇埃通道具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、埋深深，海域段跨度大，且隧道海中段“V”字型設(shè)計(jì)，存在唯一最低點(diǎn)，廢水設(shè)計(jì)遵守“高水高排、低水低排”的原則，隧道兩端廢水排至盾構(gòu)井廢水泵房，盾構(gòu)井之間的長(zhǎng)大海底隧道各類廢水均向最低點(diǎn)匯集，排入海中廢水泵房，汕頭蘇埃通道廢水泵房設(shè)置見(jiàn)圖7。為保障運(yùn)營(yíng)安全，隧道廢水排水系統(tǒng)的“安全、可靠、經(jīng)濟(jì)”至關(guān)重要，海中廢水泵房的合理設(shè)計(jì)是整個(gè)廢水排水系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，海底廢水泵房的廢水量是首先要考慮的因素，海底隧道廢水的主要組成有結(jié)構(gòu)滲漏水、消防廢水、以及爆管廢水，下面對(duì)各類廢水量進(jìn)行分析計(jì)算。

（1）結(jié)構(gòu)滲漏水量。盾構(gòu)法施工的海底隧道，防水措施要求嚴(yán)格，滲漏水量一般較少，設(shè)計(jì)取值0.5 L/（m2·d），海底隧道內(nèi)表面積約為134 706 m2，經(jīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)滲漏水量為67 m3/d，即2.8 m3/h。

（2）消防廢水量。隧道設(shè)置了消火栓系統(tǒng)、泡沫水噴霧聯(lián)用系統(tǒng)，消火栓廢水量20 L/s，泡沫水噴霧聯(lián)用系統(tǒng)廢水量86 L/s，合計(jì)106 L/s，即381.6 m3/h。

（3）爆管廢水量。水下隧道埋深大、管道長(zhǎng)、水壓高、接口多，存在發(fā)生爆管的概率，實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)考慮，按最不利情況假設(shè)水噴霧水管爆管，爆管點(diǎn)流速取1.5 m/s，爆管點(diǎn)面積按實(shí)際管道DN250斷面取值，測(cè)算出爆管點(diǎn)流量為 49 L/s，即176.6 m3/h。

對(duì)上述3種廢水量進(jìn)行分析，（1）作為地下工程結(jié)構(gòu)滲漏水必然產(chǎn)生，（2）和（3）作為災(zāi)害和事故屬于小概率事件，同時(shí)發(fā)生的概率更小，工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮安全的同時(shí)應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)合理，（2）和（3）取數(shù)值較大者即可，故汕頭蘇埃通道廢水量為（1）+（2），即384.4 m3/h。

2.2 隧道海中廢水泵房集水池規(guī)模研究

水下隧道廢水泵房集水池規(guī)模無(wú)專門規(guī)范具體要求，研究國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求也不盡相同，國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)集水池容積的要求，見(jiàn)表2。

對(duì)表2進(jìn)行理論分析：《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》為工程建設(shè)通用要求，所有工程均需滿足的最低標(biāo)準(zhǔn)，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》具有地下工程的特點(diǎn)，和隧道工程類似，但地鐵車站出入口較多，排水泵房有問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修，長(zhǎng)大隧道廢水泵房位于水下，檢修條件相對(duì)比較苛刻，因此水下隧道廢水泵站集水池有效不應(yīng)小于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，同時(shí)參考挪威等國(guó)外水下隧道修建經(jīng)驗(yàn)，為保障隧道運(yùn)營(yíng)安全，一般規(guī)定集水池有效容積不小于24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量，汕頭蘇埃通道是水下盾構(gòu)隧道，結(jié)構(gòu)滲漏水量相對(duì)較少，廢水泵房有效容積按24 h也可接受，如果是水下礦山法隧道，結(jié)構(gòu)滲漏水量巨大，按24 h設(shè)計(jì)廢水泵房，將導(dǎo)致集水池容積巨大，土建費(fèi)用超高，方案不太合理，建議根據(jù)工程實(shí)際情況采取措施，降低廢水泵房規(guī)模。

根據(jù)上述分析，汕頭蘇埃通道海中廢水泵房集水池有效容積，不應(yīng)低于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，同時(shí)采用24 h結(jié)構(gòu)滲漏水量進(jìn)行比對(duì)，選其最大數(shù)值。海中廢水泵房有效容積兩種計(jì)算方法數(shù)值見(jiàn)表3。

由表3可知：兩種計(jì)算方法廢水泵房集水池容積差距較小，取最大數(shù)值，故汕頭蘇埃通道海中廢水泵房集水池有效容積不小于67 m3 。

2.3 隧道海中廢水泵房水泵、水位與管道系統(tǒng)匹配性研究

隧道海中廢水泵房水泵數(shù)量、水位設(shè)置、排水管數(shù)量、以及水泵與管道系統(tǒng)的匹配是廢水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容(見(jiàn)圖8)。

根據(jù)相關(guān)研究排水泵設(shè)置數(shù)量不宜過(guò)多，建議2~3臺(tái)，如設(shè)置過(guò)多會(huì)產(chǎn)生系列問(wèn)題：①每臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)一個(gè)控制水位，會(huì)使控制系統(tǒng)復(fù)雜化；②每臺(tái)水泵都需要一定的安裝和檢修空間，會(huì)增大泵房面積，增加工程造價(jià)；③超過(guò)3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)水泵排水流量快速降低，甚至出現(xiàn)水泵增加而排水總量不增加的現(xiàn)象。此外，廢水泵房集水池1泵水位的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，如設(shè)置偏低，水泵停止時(shí)，排水管道內(nèi)廢水通過(guò)反沖洗管倒流至集水池，水位超過(guò)1泵水位時(shí)，水泵會(huì)再次啟動(dòng)，從而形成排水死循環(huán)，根據(jù)調(diào)研國(guó)內(nèi)有部分水下隧道因1泵水位設(shè)置不合理導(dǎo)致水泵頻繁啟動(dòng)燒壞。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)水下隧道廢水泵房排水管數(shù)量設(shè)置不同，有的隧道僅設(shè)置1根排水管，有的隧道設(shè)置2根排水管（1用1備），第一種設(shè)計(jì)方案安全可靠性較低，管道檢修時(shí)廢水泵房停用，影響隧道運(yùn)營(yíng)安全，第二種設(shè)計(jì)方案安全可靠性較高，管道可隨時(shí)檢修，但也存在一定問(wèn)題，所有廢水泵共用1根排水管管徑較大，排水管較短時(shí)影響不大，如在海底隧道長(zhǎng)距離敷設(shè)，將會(huì)出現(xiàn)水泵數(shù)量與管道系統(tǒng)匹配性的問(wèn)題：如按水泵同啟計(jì)算水泵揚(yáng)程（額定揚(yáng)程），將導(dǎo)致一臺(tái)水泵啟動(dòng)時(shí)管道流量小，沿程損失變小，實(shí)際揚(yáng)程高于額定揚(yáng)程，導(dǎo)致單泵流量增大，水泵參數(shù)偏離高效區(qū)，水下隧道平時(shí)均單泵啟動(dòng)，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重；如按一泵啟動(dòng)計(jì)算水泵揚(yáng)程（額定揚(yáng)程），多泵啟動(dòng)時(shí)管道流量大，沿程損失變大，實(shí)際揚(yáng)程低于額定揚(yáng)程，導(dǎo)致廢水排不出形成憋泵現(xiàn)象。

為解決上述問(wèn)題，汕頭蘇埃通道對(duì)水泵數(shù)量、水位設(shè)置、排水管數(shù)量、以及水泵與管道系統(tǒng)的匹配性進(jìn)行了深入研究，海中廢水泵房排水系統(tǒng)原理見(jiàn)圖8 ，廢水泵房設(shè)置3臺(tái)水泵（耐海水型雙向不銹鋼潛污泵），平時(shí)工況1用2備，輪流啟動(dòng)，消防工況2用1備，非常事故工況3臺(tái)水泵同時(shí)啟動(dòng)；廢水泵房集水池從下至上，分別設(shè)置停泵水位（兼低報(bào)警水位）H0、管道水位H0′（排水管廢水回流至集水池形成的水位）、1泵水位H1、2泵水位H2、3泵水位（兼高報(bào)警水位）H3，1泵水位和管道水位高差滿足：H1-H0′≥200 mm，解決水泵頻繁啟動(dòng)的問(wèn)題；設(shè)2根DN200的排水管（平時(shí)1用1備，可同時(shí)啟用），取代設(shè)置2根DN300的排水管（1用1備），1根DN200排水管滿足1泵流量經(jīng)濟(jì)流速的要求，水泵高效段運(yùn)行，2根DN200排水管滿足2泵或3泵總流量經(jīng)濟(jì)流速的要求，保證所有水泵高效段運(yùn)行。水泵工作流程模擬：泵房水位到達(dá)1泵水位H1時(shí)，1臺(tái)水泵開(kāi)啟，排水管PSG-A處于工作狀態(tài)；水位到達(dá)2泵水位H2時(shí)，2臺(tái)水泵開(kāi)啟，排水管PSG-B上設(shè)置的電動(dòng)閥門FM-B自動(dòng)開(kāi)啟（平時(shí)關(guān)閉），水位到達(dá)3泵水位H3時(shí)，3臺(tái)水泵開(kāi)啟，排水管工作狀態(tài)不變，水位回落至停泵水位H0時(shí)，3臺(tái)水泵停止運(yùn)行，電動(dòng)閥門FM-B自動(dòng)關(guān)閉。電動(dòng)閥門FM-B關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，可手動(dòng)、電動(dòng)、中央控制室遠(yuǎn)程控制并顯示電動(dòng)閥門FM-B的工作狀態(tài)。

2.4 汕頭蘇埃通道廢水排水系統(tǒng)研究成果及應(yīng)用

汕頭蘇埃通道共設(shè)置3處廢水泵房，分別為南岸盾構(gòu)井廢水泵房、海中廢水泵房、北岸盾構(gòu)井廢水泵房，海中廢水泵房的研究成果，同樣適用于南、北岸盾構(gòu)井廢水泵房。南、北岸盾構(gòu)井廢水泵房利用回填設(shè)置，無(wú)工程費(fèi)用增加，設(shè)置條件較好，海中廢水泵房因埋深大，水泵揚(yáng)程高，選型比較困難，一般采用兩級(jí)提升方案，即海中廢水泵房廢水排入盾構(gòu)井廢水泵房，之后盾構(gòu)井廢水泵房排出室外接市政污水管網(wǎng)，汕頭蘇埃通道廢水排水系統(tǒng)研究成果及應(yīng)用見(jiàn)表4。

3 隧道排水系統(tǒng)監(jiān)控方式

隧道控制中心監(jiān)視排水泵的工作狀態(tài)、手/自動(dòng)狀態(tài)和水位信號(hào)，排水泵設(shè)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制，通過(guò)泵房控制箱實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，通過(guò)控制中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。雨水泵站自動(dòng)控制采用超聲波液位器，海中廢水泵房、盾構(gòu)井廢水泵房因收集消防廢水，泡沫水噴霧啟動(dòng)時(shí)集水池有大量泡沫，超聲波液位器測(cè)量誤差較大，采用壓力式液位傳感器。隧道排水泵站依次設(shè)置超低報(bào)警水位、停泵水位、第一臺(tái)泵啟動(dòng)水位、第二臺(tái)泵啟動(dòng)水位、第三臺(tái)泵啟動(dòng)水位、第四臺(tái)泵啟動(dòng)水位（部分泵站設(shè)置四臺(tái)水泵），超高報(bào)警水位，其控制模式如下：超低報(bào)警水位時(shí)，應(yīng)控制回路保證所有排水泵都處于停泵狀態(tài)；當(dāng)水位到達(dá)停泵水位時(shí)，所有排水泵均能停止工作；當(dāng)水位上升至第一臺(tái)泵啟動(dòng)水位時(shí)，第一臺(tái)泵開(kāi)啟；當(dāng)水位上升至第二臺(tái)泵啟動(dòng)水位時(shí)，第二臺(tái)泵開(kāi)啟；當(dāng)水位上升至第三臺(tái)泵啟動(dòng)水位時(shí)，第三臺(tái)泵開(kāi)啟；當(dāng)水位上升至第四臺(tái)泵啟動(dòng)水位時(shí)，第四臺(tái)泵開(kāi)啟；當(dāng)水位上升至超高報(bào)警水位時(shí)，控制回路應(yīng)確保所有排水泵都處于運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

為了保障隧道運(yùn)營(yíng)安全，特大暴雨期間，隧道雨水泵站集水池到達(dá)超高報(bào)警危險(xiǎn)水位時(shí)，控制中心收到報(bào)警信號(hào)經(jīng)人工確認(rèn)后立即啟動(dòng)應(yīng)急策略，聯(lián)動(dòng)控制交通信號(hào)燈和信息牌，隧道入口端信號(hào)燈為紅色，信息牌顯示“禁止通行”，隧道內(nèi)及出口端信號(hào)燈為綠色，信息牌顯示“請(qǐng)盡快駛離隧道”。隧道排水系統(tǒng)控制方式和邏輯見(jiàn)圖9。

4 結(jié)語(yǔ)

隧道雨水排水系統(tǒng)：隧道敞口段采取防排結(jié)合措施減少匯水面積和雨水量；存在多個(gè)暴雨強(qiáng)度公式時(shí)應(yīng)對(duì)其分析研究，根據(jù)具體工程類型選擇采用；海底隧道“水災(zāi)”后果嚴(yán)重，雨水設(shè)計(jì)流量應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)；集水池有效容積不小于單泵流量10 min的出水量，通?？扇?～5 min的雨水設(shè)計(jì)流量，水泵數(shù)量設(shè)置3～4臺(tái)為宜，類型采用潛污泵；雨水泵站集中排水出口應(yīng)安全可靠，排入自然水體時(shí)應(yīng)高出百年一遇洪水位，排入市政雨水管道時(shí)，可接納水量滿足要求時(shí)直接排入，否則應(yīng)采取措施設(shè)置調(diào)節(jié)池。

隧道廢水排水系統(tǒng)：應(yīng)遵守“高水高排、低水低排”的設(shè)計(jì)原則，合理計(jì)算隧道廢水量；集水池有效容積參考相關(guān)規(guī)范與工程經(jīng)驗(yàn)確定，對(duì)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算法與24 h結(jié)構(gòu)滲漏水計(jì)算法進(jìn)行比較，選取數(shù)值較大者作為集水池有效容積；海中廢水泵房建議設(shè)置2～3臺(tái)耐海水型雙向不銹鋼潛污泵，1泵水位應(yīng)高于管道水位200 mm，避免水泵頻繁啟動(dòng)；海中廢水泵房設(shè)置2根排水總管，通過(guò)電動(dòng)蝶閥的啟閉，確保1泵啟動(dòng)、2泵啟動(dòng)和3泵啟動(dòng)時(shí)水泵均處于高效段。

隧道排水系統(tǒng)監(jiān)控方式：監(jiān)控中心顯示水泵工作情況、手/自動(dòng)狀態(tài)和水位信號(hào)，排水泵設(shè)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制，水位到達(dá)超高危險(xiǎn)水位時(shí)報(bào)警，監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)雨水排水系統(tǒng)與交通信號(hào)管控策略的聯(lián)動(dòng)，確保隧道運(yùn)營(yíng)安全。