深層隧道排水系統(tǒng)的探究

深層隧道排水系統(tǒng)的探究摘要：隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)城市排水系統(tǒng)排水能力的要求越來(lái)越高，深層隧道排水系統(tǒng)憑借其自身的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在城市排水規(guī)劃中的應(yīng)用越來(lái)越多。本文以國(guó)內(nèi)外典型深層隧道排水系統(tǒng)的工程為例,總結(jié)了其在城市防洪排澇和控制溢流污染方面的應(yīng)用，分析了其與其他排水系統(tǒng)相比的優(yōu)勢(shì)以及需要考慮的問(wèn)題，最后針對(duì)國(guó)內(nèi)深層隧道排水系統(tǒng)的建設(shè)提出了一些實(shí)質(zhì)性的建議。關(guān)鍵詞：深層隧道，排水系統(tǒng)，防洪排澇，控制溢流污染Abstract:Withthecontinuousexpansionofcityscale,urbandrainagecapacityofthedrainagesystemhavebecomeincreasinglydemanding,DeepTunnelDrainageSystem，withitsownadvantages,inrecentyearsinurbandrainagehasbeenusedmoreandmore.Inthispaper,takingthetypicalhomeandabroadDeepTunnelDrainageSystemprojectsasexamples,summarizesitsapplicationincityfloodcontrol&drainageandCombinedSewerOverflowPollution,analysesit`sadvantagescomparedwithotherdrainagesystemaswellastheproblems,finallyaccordingtotheconstructionofdeeptunneldrainagesystemsomesubstantiveSuggestionsareputforward.KeyWords:DeepTunnel;DrainageSystem;cityfloodcontrol&drainage;controltheCombinedSewerOverflowPollution1.前言1.1城市排水現(xiàn)狀當(dāng)前社會(huì)城市的發(fā)展速度越來(lái)越快了，但是與之相對(duì)應(yīng)的一些城市基礎(chǔ)服務(wù)配套設(shè)施卻并沒(méi)有隨之發(fā)展起來(lái)，比如當(dāng)前在城市中常見的一些因?yàn)橛晁鴮?dǎo)致的內(nèi)澇災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。近五六年來(lái)，城市內(nèi)澇近一直是困擾中國(guó)大城市的難題，且不說(shuō)看得見的交通癱瘓等問(wèn)題，其還能引發(fā)下游水體溢流污染等次生災(zāi)害[1]。頻繁的內(nèi)澇已經(jīng)給城市敲響了警鐘，隨著相關(guān)政策文件的出臺(tái)[2]，國(guó)外先進(jìn)理念和措施得到普遍認(rèn)同，其中深層隧道（簡(jiǎn)稱深隧）排水技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。隨著廣州市開始開展深層隧道方面研究[3]，編制《廣州市中心城區(qū)深層隧道排水系統(tǒng)對(duì)策研究》，以及“東濠涌試驗(yàn)段工程”的開始施工，“深層隧道排水”技術(shù)作為緩解中國(guó)內(nèi)澇問(wèn)題的一種手段開始逐漸被大眾熟知[4]。1.2深層隧道排水系統(tǒng)1.2.1系統(tǒng)分類從功能和運(yùn)行方式的不同，排水深層隧道有以下分類。（1）根據(jù)控制目的及功能，隧道類型主要分為：污染控制隧道，收集合流制溢流污水、兼顧分流制雨水徑流；洪澇控制隧道，收集、調(diào)蓄雨水徑流及截流、接納上游洪水；多功能雨洪隧道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)洪澇控制、污染控制、交通等多種功能。（2）根據(jù)運(yùn)行方式，隧道類型主要分為：用于污染控制的調(diào)蓄——處理式隧道、用于洪澇控制的直接排放式隧道和調(diào)蓄——排放式隧道。1.2.2系統(tǒng)組成隧道主要由以下6個(gè)部分構(gòu)成：eq\o\ac(○,1)主隧道；eq\o\ac(○,2)銜接設(shè)施：進(jìn)水口結(jié)構(gòu)、豎井、垂直彎頭、連接隧道；eq\o\ac(○,3)通風(fēng)系統(tǒng)：注入新鮮空氣、排除經(jīng)處理的臭氣；eq\o\ac(○,4)出口設(shè)施：末端排水泵站、處理設(shè)施；eq\o\ac(○,5)控制中心：對(duì)隧道系統(tǒng)的連接點(diǎn)和泵站實(shí)行24h監(jiān)測(cè)；eq\o\ac(○,6)底泥清洗。其中銜接設(shè)施是連接現(xiàn)有管道系統(tǒng)、地面設(shè)施、溢流口、積水點(diǎn)和主隧道的配套設(shè)施，如圖1所示。圖1隧道銜接設(shè)施構(gòu)造示意圖1.2.3應(yīng)用原則深層隧道的應(yīng)用主要應(yīng)符合以下的原則：1）現(xiàn)狀：歷年降雨資料統(tǒng)計(jì)一年中大到暴雨的次數(shù)約為47~55次，其中對(duì)河水有明顯影響的次數(shù)約為2~8次。已建排水系統(tǒng)大部分為合流制，排水標(biāo)準(zhǔn)為0.5~1.0年，設(shè)計(jì)綜合徑流系數(shù)0.6~0.8.2）規(guī)模：隧道直徑為6.3m，隧道長(zhǎng)度為3000m，埋深為-20m以下。3）運(yùn)行模式：汛期時(shí)，隧道的主要功能是截流、存貯和輸送雨水；非汛期時(shí)，可以考慮將隧道作為地下人防設(shè)施或倉(cāng)庫(kù)使用，從而充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。4）投資估算：直徑6.3的隧道單位造價(jià)為3.5萬(wàn)元/m。5）效果：蘇州河溢流次數(shù)降低到5次/年，年溢流量也由1600萬(wàn)m3相應(yīng)減少到367萬(wàn)m3；減少CODcr污染負(fù)荷4188t。2.3多功能雨洪隧道適用范圍為兼顧污染控制、洪澇控制及緩解交通多種功能的區(qū)域；運(yùn)行方式有調(diào)蓄式和直接排放式；隧道一般位于河道下方及地表。典型案例為廣州市仍在規(guī)劃試點(diǎn)階段的中國(guó)首個(gè)地下40m深層排水隧道網(wǎng)絡(luò)。1）現(xiàn)狀：廣州中心老城區(qū)的排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)較低，83%的排水管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為“一年一遇”，有些甚至是半年一遇，僅9%的管道標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到“兩年一遇”，降雨量過(guò)大時(shí)很容易發(fā)生內(nèi)澇。2）方案：深層隧道建設(shè)將主要在廣州中心老城區(qū)，整個(gè)深層隧道將修建“一主七副”8條深層隧道，廣州老城區(qū)的排水將采取的是淺層排水和深層隧道相結(jié)合的排水方式。3）運(yùn)行模式：旱季和小雨時(shí)，深層隧道作為部分污水輸送通道；中等雨量時(shí)，深層隧道系統(tǒng)發(fā)揮調(diào)蓄治污功能；大暴雨時(shí)，深層隧道系統(tǒng)發(fā)揮防洪排澇功能。4）效果：總投資為250億左右。深層隧道建成后，司馬涌、西濠涌、東濠涌、沙河涌、獵德涌、深涌流域內(nèi)及廣園路渠箱等排水干渠排水標(biāo)準(zhǔn)提高到（市政）10年一遇排水標(biāo)準(zhǔn)。3.深層隧道排水系統(tǒng)的應(yīng)用分析3.1深隧排水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)1）占地面積?。荷顚铀淼纼H僅為跌水井及檢查井處有地面構(gòu)筑物，深層隧道洞主體為深埋地下40~50m處，與現(xiàn)狀建筑基礎(chǔ)避開?；緹o(wú)拆遷，可以充分利用地下空間，大量減少拆遷，并顯著提高城市排水主渠道的行洪能力。2）施工影響小：由于隧道深埋在地下，較少地面沉降及對(duì)地下水體的影響。相較于傳統(tǒng)大開挖或支護(hù)樁等形式的施工方式對(duì)環(huán)境相應(yīng)亦少很多。且能回避淺層軟弱土層。深處開挖隧洞結(jié)構(gòu)安全性佳及工程支護(hù)費(fèi)用低。3）造價(jià)和維護(hù)費(fèi)相對(duì)較低：深層隧道建設(shè)與雨污分流淺層排水系統(tǒng)改造相比，深層隧道的投入產(chǎn)出比更合理，并用“性價(jià)比高”來(lái)形容深層隧道。相對(duì)于實(shí)施雨污分流改造，在城市人口密集區(qū)建設(shè)深層隧道造價(jià)相對(duì)較低。據(jù)測(cè)算，以廣州東濠涌流域整治工程為例，實(shí)施雨污分流需投資16.13億元，建深層隧道投資將降至7億元左右。至于深層隧道運(yùn)行費(fèi)用，以東濠涌試驗(yàn)段為例，用于污水提升的電費(fèi)一年50萬(wàn)元，沉淀物清潔20~30萬(wàn)元左右，一年維護(hù)費(fèi)約120萬(wàn)元[20]。4）建深層隧道的安全性較高：隧洞施工在地鐵行業(yè)已得到充分驗(yàn)證，而且越往地下深挖，對(duì)地面的影響將越小。深層隧道施工管片設(shè)計(jì)借鑒了國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn)，采用較為可靠的防水、防腐措施，對(duì)沿線的地下水位及建筑物安全影響極小。5）深層隧道的前景廣闊：深圳市降雨量大、暴雨頻繁，城市空間擁擠，中心城區(qū)在現(xiàn)有淺層排水系統(tǒng)改造困難極大的情況下，建設(shè)深層隧道，符合深圳市中心城區(qū)排水特征，是現(xiàn)代大城市發(fā)展的需求，具有較強(qiáng)的戰(zhàn)略性與前瞻性；從地下空間開發(fā)、工程地質(zhì)條件及工程效果來(lái)看，建設(shè)深層隧道是可行的。3.2深隧排水系統(tǒng)需考慮的問(wèn)題1）適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)性分析。由于深層排水隧洞融合防洪、治澇、治污、雨洪利用等多個(gè)方面，需保證效益最大化，找到綜合治理的最佳點(diǎn)，從而確定隧洞的規(guī)模及布置形式。2）與現(xiàn)有及未來(lái)防洪治澇標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性分析。隧洞越大，起到的作用應(yīng)該越大，但這需要考慮今后城市治理的標(biāo)準(zhǔn)，太大容易造成不必要的浪費(fèi)，太小又不能適應(yīng)城市的高速發(fā)展。因此，在現(xiàn)有防洪治理的標(biāo)準(zhǔn)上，應(yīng)研究今后有可能提高的治理標(biāo)準(zhǔn)，并提出適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)提高的有效工程措施。3）泥沙問(wèn)題。首先應(yīng)研究在進(jìn)水口設(shè)置格柵及沉砂池，以減少泥沙進(jìn)入深層隧道的幾率。同時(shí)在出口豎井底部設(shè)置沉砂池，將泥沙集中后$采用機(jī)械下井的方式清除。清淤設(shè)備采用吊裝提升，如抓斗設(shè)備等。4）通風(fēng)問(wèn)題。水體進(jìn)入本系統(tǒng)內(nèi)部有大量的氣體需要及時(shí)排出，避免出現(xiàn)真空段，產(chǎn)生氣蝕等現(xiàn)象，布設(shè)的通風(fēng)管容易被水體填充，需研究通風(fēng)設(shè)施的設(shè)置問(wèn)題。另外檢修期間人員需氧，采用進(jìn)氣排氣等通風(fēng)設(shè)備置換氣體，以確保人員安全。5）隧洞洞線及形式選擇。宜選在沿線地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，巖體完整穩(wěn)定、上覆巖層厚度適中、水文地質(zhì)條件有利及施工方便的地區(qū)。洞線宜為直線，設(shè)置彎段不宜小于5.0倍洞徑（寬），同時(shí)可考慮將豎井改為斜井，減少豎井及隧洞的長(zhǎng)度（三角行的長(zhǎng)邊，代替兩個(gè)直角邊）。3.3對(duì)國(guó)內(nèi)深隧排水系統(tǒng)建設(shè)的建議1）有針對(duì)性地建設(shè)深層隧道排水系統(tǒng)中國(guó)城市現(xiàn)在主要存在的是內(nèi)澇問(wèn)題，但深層隧道絕不是唯一的解決方案，因?yàn)闇\層排水管道尚且還有因?yàn)橛晁诠芾聿簧茖?dǎo)致的管道堵塞等問(wèn)題。且有研究表明，現(xiàn)在城市地面硬化率高，發(fā)生暴雨時(shí)雨水由地面到排水口也需要一段時(shí)間，如不能及時(shí)歸管引流，發(fā)生暴雨時(shí)也有可能發(fā)生積水[21]。深隧系統(tǒng)主要是解決排水能力不足與蓄水的問(wèn)題，也就是說(shuō)哪怕修了深隧也不一定能完全解決內(nèi)澇問(wèn)題。國(guó)外通常的做法是利用低影響開發(fā)（LID）幫助減緩水力峰值，在兩套系統(tǒng)相互配合下，雨水可以盡量平緩地流入隧道暫存。因此，要想利用深層隧道取得良好效果，必須有與之配套的“綠色基礎(chǔ)設(shè)施”，計(jì)劃建設(shè)深層隧道排水的城市要經(jīng)過(guò)充分調(diào)研，判斷是否能通過(guò)深邃解決問(wèn)題。2）有前瞻性地建設(shè)深層隧道排水系統(tǒng)用水量能反映城市居民生活水平。研究表明，城市越發(fā)達(dá)，用水量越大。故城市的排水管網(wǎng)建設(shè)必須有極敏銳的前瞻性——巴黎市100多年前建造的下水道就創(chuàng)造性的使用了1.5~6m的大尺寸的管道斷面設(shè)計(jì)，因此目前仍能滿足排水的需要，旱季污水和雨季洪水均能順利排放[22]。此外，其還在管道上方預(yù)留了安裝電力、供水等其他管道的空間，大大提高了地下空間的利用率。中國(guó)地下管網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)落后甚多，現(xiàn)在才開始推行地下綜合管廊試點(diǎn)工程，故在規(guī)劃建設(shè)深層隧道時(shí)更應(yīng)注重前瞻性，多專業(yè)、多角度的考量，至少為未來(lái)30~50年發(fā)展預(yù)留空間。4.結(jié)論近年來(lái)中國(guó)無(wú)論東西南北的城市，一方面缺水嚴(yán)重，另一方面時(shí)常發(fā)生損失重大甚至造成人身傷亡的內(nèi)澇事件，充分說(shuō)明了目前中國(guó)管網(wǎng)系統(tǒng)排水能力應(yīng)對(duì)暴雨徑流能力的不足。所以在未來(lái)的城市發(fā)展和規(guī)劃當(dāng)中,我們必須把城市排水問(wèn)題當(dāng)作一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題來(lái)抓，盡可能的解決城市排水問(wèn)題。在不影響地上建筑的前提下，深層隧道是運(yùn)輸、存儲(chǔ)污水的有力手段，只要應(yīng)用得當(dāng)，可成為解決內(nèi)澇問(wèn)題或其他水資源調(diào)度問(wèn)題的好方法。但最終選用與否，還需綜合考慮城市規(guī)劃、工程費(fèi)用、工程效益，經(jīng)過(guò)多方的比選而決定。參考文獻(xiàn)[1]魯朝陽(yáng)，車伍，唐磊.隧道在城市洪澇及合流制溢流控制中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2013,29（24）：35-41[2]林忠軍.深層隧道排水系統(tǒng)在城市排水規(guī)劃中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2014（5）：143-147[3]萬(wàn)杰，朱理銘.廣州市車陂涌流域內(nèi)澇分析及治理對(duì)策研究[J].給水排水工程，2014,32（5）：103-106[4]李俊奇，劉洋，車伍.發(fā)達(dá)國(guó)家雨水管理機(jī)制及政策[J].城鄉(xiāng)建設(shè)，2011（8）：75-76[5]謝正倫，白晨曦.防洪：集眾家之長(zhǎng)趨利避害[J].北京規(guī)劃建設(shè)，2012（5）：187-192[6]朱梓燁.國(guó)外6大城市的排蓄水高招[J].中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊，2012（30）：40-41[7]WILLIAMSJA，WESTCJ.EnvironmentalweedsinAustraliaandNewZealand:Issuesandapproachestomanagement[J].AustralEcology，2000,25（5）：425-444[8]李良庚.香港城市防洪與排水管理對(duì)深圳水務(wù)的啟示[J].水利發(fā)展研究，2012（11）：44-47[9]國(guó)土開發(fā)技術(shù)研究所.都市地下河川設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].東京[s.n.]，1974[10]吳雪峰.日本人稱為“神殿”東京的下水道全程可電腦監(jiān)控[J].環(huán)境與生活，2011（9）：27-30[11]劉波.紐約、倫敦和東京等世界城市防洪排澇經(jīng)驗(yàn)與啟示[J].城市觀察，2013（2）：145-150[12]MALAVIYAP,SINGHA.Constructedwetlandsformanagementofurbanstormwaterrunoff[J].CriticalReviewsinEnvironmentalScienceandTechnology,2012,42(20):2153-2214[13]ILLINOIS-2011-7,DrainageDesignMaual[S][14]ChicagoWaterSupplies,RegulationsforSewerConstructionandStormwaterManagement[R].[S.I.]:[s.n.],2012[15]SCALISEC,FITZPATRICKK.ChicagoDeepTunnelDesignandConstruction[R].[S.I.]:[s.n.],2012[16]EPA832-B-95-003,CombinedSe