深层调蓄隧道排水系统在国内的应用研究进展

深层调蓄隧道排水系统在国内的应用研

究进展

摘要：随着城市暴雨内涝问题受到越来越多的重视，国内越来越多的城市提

出采用深层调蓄隧道工程解决城市所面临的排水问题，但相关的基础研究较为薄弱，推进深隧建设存在诸多风险。本文在分析国内外深隧建设情况的基础上，总

结了主要技术难点和风险，并概述了部分技术问题的解决方案。

关键词：深隧；排水；竖井；主隧泵站

深层调蓄隧道是解决高密城区普遍存在的排水系统提标、内涝防治和面源污

染控制问题的一项重要技术手段，由于其主要占用城市的深层地下空间及现状绿

地等地表空间，建设过程中对地表和浅层己建设施、市政交通、区域环境、生产

生活等影响较小，因此国内越来越多的特大城市开始尝试引入深层调蓄隧道排水

系统解决城市排水问题。

深隧排水系统涉及专业多，系统极其复杂，对基础研究要求高，设计建造难

度大。本文在介绍国内外深隧应用案例的基础上，分析深隧排水系统建设存在的

主要技术难点和风险，以期为国内深隧建设提供借鉴。

1深层调蓄隧道排水系统简介

深层调蓄隧道按功能分，可分为雨洪排放型、污水输送型和合流调蓄型三类。雨洪排放型：为防洪涝灾害而建泄洪通道，其尾端设有大型的泄洪泵站与大江、

大河或海洋连接；污水输送型：由输送、处理、排放三部分组成，用以收集输送

城市污水；合流调蓄型：用以对合流雨污水进行收集、调蓄和输送的排水系统。

2国内外深层调蓄隧道建设案例

深层隧道排水系统已应用于巴黎、伦敦、芝加哥、东京、香港等大都市，并

取得了较好的工程效果。

表1部分已建成深隧排水系统情况汇总

国内关于深隧排水系统的设计研究尚处于起步阶段，目前仅有上海、广州等几个大城市有规划设计案例，相关科研实验工作也在有序展开。

表2国内主要城市深隧规划建设情况汇总

注：本表为根据相关规划设计资料整理所得，后期可能会有所调整。

3深隧排水系统的定位

深隧排水系统是对现状排水系统的补充完善，深层调蓄隧道建设的目的在于解决现有排水系统难以解决的城市排水顽疾，但雨水径流或污水都是通过现有管网收集再排入深层调蓄隧道，只有浅层排水系统运行良好，深隧排水系统才能发挥作用。

通常，国内排水系统多由管、河、湖三级系统构成，深隧排水系统的建设将使城市排水系统变为“管、隧、河、湖”协调统一的新型城市综合排水体系，各级系统间相互影响，互为补充，增强了系统的调控能力及抗风险能力，使得城市排水系统的运行调度模式更多样化，为城市排水问题的解决提供了更多元化的技术手段。

4深隧建设的主要技术难点和风险

4.1 竖井的设置

深隧排水系统建设是一项极其复杂的系统工程，浅层的雨水径流或污水必须

通过竖井接入深层调蓄隧道。通常认为竖井的设计建造是深隧系统工程中技术难

度最大的部分，关系到系统建设的成败。深隧竖井占地面积较大，在城区繁华区，难以找到成片的空地供竖井建设用地，因此竖井通常只能建在城市公园绿化内部。如何在满足排水功能的前提下尽可能少设置深隧竖井成为深隧规划设计研究的重

要命题。

4.2 竖井的消能排气

深隧主管通常位于地下30~40米以下，水流有浅层排水系统跌入深隧主管的

落差很大，因此竖井的设计应妥善考虑能量耗散和夹带空气等问题，采用先进可

靠的跌水设计。强大的势能若不能逐步耗散，则会对竖井井壁和深隧主管造成严

重的冲刷，破坏竖井及主管的结构。水流在竖井内跌落的过程是非常复杂的气液

两相流，伴随着气体的急剧压缩，若排气设计不合理，则会导致气爆。考虑到深

隧排气的需要，国内外研究普遍认为竖井设置的间隔宜为1.5~2km。

常见的竖井跌水结构形式有旋流、阶梯流、螺旋超临界流三类，如下表所示：

表3：常见竖井类型

竖井类型

旋流阶梯流螺旋超临界流

速

平面

剖面

4.3 泥沙的冲洗

隧道内调蓄的雨水在降雨停止后，经由水泵排出。但是含有有机物的泥沙大

部分仍然留存在隧道中。为了防止沉积物散发臭味，并保持调蓄隧道良好的状况，有必要对隧道内部进行冲洗。主隧道是一个巨大的圆柱形构筑物，很难使用机械

清除其内沉积的泥沙，且隧道埋深大，泥沙输送至地表需要消耗大量的能量，因此，在开展设计方案论证时，应使用旋流沉沙等技术手段在浅层排水系统内对泥

沙进行截流，减少进入主隧道的泥沙量。

鉴于泥沙的沉积难以避免，应合理设置主隧道坡度并配套冲洗系统，主隧道

坡度通常大于1‰。图1和图2分别为某主隧道冲洗系统设计示意图和主隧道断

面形式示意图。

图1：某主隧道冲洗系统设计示意图

图2：某主隧道断面形式示意图

4.4 末端超深泵站的设计

深层调蓄隧道内的雨水或污水的最终出路为河道或污水（初雨）处理厂，由于国内拟建深隧城市的地形坡度并没有特别大，故在系统末端均需设置超深泵站对隧道内的水进行提升。

4.5超深基坑开挖施工

深隧竖井及超深泵站施工的关键在于超深地下连续墙的施工，根据对国内上海、广州、深圳、成都和武汉的水文地质及地铁施工经验的调查发现，这些城市均存在超深承压水对深层隧道建设中的深基坑开挖构成直接严重危害的风险。

为有效应对以上5种不同表现形式的危害，应加强科技创新并开展相关施工实践，采取全面的对策加以防治、克服。国内隧道股份开发了一套以沉降控制为中心的深基坑承压水综合治理系统，如图3所示，相关技术已成功应用于多项地铁、越江隧道的施工中。

图3承压水综合治理系统

5结语

深层调蓄隧道排水系统工程是一项极其复杂的系统工程，其运营存在泥沙阻塞、水流激振、排气不畅等风险，因此相关工程宜在开展了完备的基础研究后推进。国内已有部分单位开展了深隧物理模型、数学模型的研究工作，相关研究成果可为后续类似工程建设提供技术支撑。

本文仅罗列了深隧设计建设中部分常见的技术重难点，还有众多问题有待深入研究，如深层调蓄隧道施工对地铁等地下设施的影响、臭气控制、浪涌分析、隧道防水、隧道抗震、运行维护等方面的研究。