海绵城市及深隧工程相关技术

海绵城市及深隧工程相关技术深圳市市政工程总公司：于芳2017年12月08日目录ONTENTS C2城市面临主要水问题深层隧道排水系统13深部排水隧道系统的关键技术问题4城市面临主要水问题“水多”----水浸街“水脏”----水污染北京7.21化工废水污染的河流水华事件“水多”近年来，随着城市的发展，内涝问题常有发生。

城区先后于2010年5月7日、5月14日、2011年10月13-14日、2012年5月5日，多次遭遇较严重内涝。

2010年“5.7 ”暴雨广州大道中2013受台风“尤特”的影响，广州出现19处水浸2010年“5.14 ”暴雨中山大道2012共出现13次大暴雨“水多”的原因1、雨水下渗和调蓄能力持续下降径流量增大：快速城市化进程中，地面硬底化，雨水下渗和调蓄能力降低，径流系数增大；调蓄能力持续下降。

水库、湖泊等自然水体周边地区过度开发，湖泊和水库的调节容量大为降低，如磨刀坑水库等。

以猎德涌为例，1995年流域调蓄容量83万立方米，2010年调蓄容量只有8万立方米，20年一遇洪水量从103立方米/秒增大到157立方米/秒。

“水多”的原因2、雨水口堵塞、不足或管道被破坏。

野蛮施工影响河道、破坏排水设施，施工无证排水、堵塞、填埋排水设施的现象。

在“迎亚运”环境整治、雨污分流、三线下地和道路升级改造工程中有480处排水设施损坏。

BRT华师站施工破坏排水设施，至今仍未修复，导致内涝“水多”的原因3、污水截污工程及其溢流堰的实施降低了原有排水管道的排水能力河涌截污后，污水管道运行水位长期居高不下4、排水设施建设标准低，欠账仍较多5、原有自排系统部分不适应城市发展需要。

城市低洼地段“水脏”现象内涌市内河涌众多，大多数河涌水质已受到严重的污染“水脏”部分河道黑臭指标“水脏”原因1、部分河涌截污不彻底，导致严重污染•涌边房屋密集、征拆困难，部分支涌采取引水口等临时截污措施；•溢流堰和截污闸具有行洪和截污双重功能，受到潮水、径流水和降雨影响，难以很好运行；•在局部节点为避免拆迁，截污管远离涌边铺设，部分较小的排污口未能截流。

“水脏”城市面临主要水问题原因2、人口超规划，CSO 溢流严重人口超规划，极高的人口密度和城市建设密度使得城市污染负荷迅速加大，合流制地区截污管道截流倍数偏低，CSO 溢流严重。

污水系统规划建设过程中：按远期分流制、近期1.0倍的截流倍数进行规划建设，导致污水管道管径偏小，旱季超负荷运行，雨季溢流严重。

3、雨季溢流污染未得到充分重视•合流制地区的溢流污染（CSO ）;•分流制地区的初雨径流污染（国内普遍现象，尚未引起足够重视）;•初雨和溢流污染可达到水体污染的30～40%。

建设城市地下空间是“转变城市发展方式”治理“城市病”的主要着力点。

地下综合管廊海绵城市六字方针（渗、滞、蓄、净、用、排）、雨洪地下储蓄和排洪、地下水银行污水地下集运和地下污水处理厂；垃圾地下集运、卫生填埋和焚烧处理；雨水利用、再生水利用科学提高城市交通供给能力（发展大运量快速公交系统、发展地下快速路和物流系统）；地下低密度能源利用——地源热泵系统城市地下空间开发利用以地下综合管廊、海绵城市为主要契机注意“里子”的集约绿色可持续发展模式解决：交通拥堵；空气雾霾；城市内涝；城市水系、土壤污染；水资源短缺；地下超采漏斗区治理城市内涝措施：“渗、滞、蓄、净、用、排”。

目标：将70%的降雨就地消纳和利用；2020年，城市建成区20%以上面积达到；2030年，城市建成区80%以上面积达到要求。

“海绵城市”六字方针应统筹规划、分工合作、形成合力：突出重点，建设城市深隧排水系统；深层排水系统与浅层排水系统互为补充，兼顾排污与治涝；渗储结合、排蓄结合，达到治涝与雨水利用相兼顾，排洪与治堵相结合。

雨污合流制城市的深层隧道排水系统：——东京深层排水工程东京年平均降雨量为1800mm，台风和暴雨带来的洪水是最大的威胁。

当短历时超常降雨出现时，雨洪超出河道正常排涝能力，引起积水倒灌，城市内涝。

分析表明，东京范围内大大小小的河流中，最大的江户川河道宽阔，具有足够的泄洪能力。

如何提高其他河道的洪水容纳能力，并及时通过江户川排入东京湾，是解决东京洪水问题的关键，也是深层隧道工程建设的初衷。

该工程全厂6.3km，下水道直径约10m，埋设深度为地下60~100m，由地下隧道、5座巨型竖井、调压水槽、排水泵房和中控室组成，将东京都十八号水路、中川、仓松川、幸松川、大落古利根川与江户川串联在一起，用于超标准暴雨情况下流域内洪水的调蓄和引流排放，调蓄量约为67万m3，最大排洪量可达200m3/s。

在正常状态和普通降雨时，该隧道不必启动，污水及雨水经常规、浅埋的下水道和河道系统排入东京湾，而当诸如台风，超标准暴雨等异常情况出现，并超过上述串联河流的过流能力时，竖井的闸门便会开启，将洪水引入深层下水道系统存储起来，当超过调蓄规模时，排洪泵站自行启动，经江户川将洪水抽排入东京湾。

——东京深层排水工程雨污合流制城市的深层隧道排水系统：——东京深层排水工程——芝加哥隧道和水库方案芝加哥年平均降雨量为910mm，大部分降雨以强烈夏季暴雨形式发生，每年暴雨约有100次，合流制污水最终溢流至芝加哥地区水源地密歇根湖。

1972年芝加哥市采取隧道和水库方案（TARP）。

TARP由4个独立隧道和隧道下游3座大型水库组成。

第1阶段是4条隧道的修建，主要目标是控污能够把数百个排污口排放的870万m3合流制溢流污水收集起来。

2006年4条道完工并运行。

第2阶段的主要目的是控制内涝，1998年已完成奥哈拉水的修建。

另外2座水库正在建设中。

3座水库完工后，TARP的储水量将高6600万m3。

虽然还没有完全竣工，TARP已经显著改善了芝加哥河等水道的水质河岸可供垂钓的鱼种回到之前水平，并带动了旅游业的发展。

雨污分流制城市的深层隧道排水系统：——新加坡污水输送、集中处理的深层排水隧道新加坡总面积仅为714.3km2，年平均降水量为2400mm左右。

新加坡是全球少数几个采用雨污分流系统的国家之一。

新加坡深层隧道充当的角色是将整个城市收集的污水输送至处理厂集中处理排放。

新加坡淡水资源缺乏，故雨水是其主要淡水资源。

雨水通过街道旁方便管理的明渠逐级汇集到17个大型蓄水池，经处理后进入配水系统。

原来新加坡的污水处理系统由2450km管渠、134座泵站、大型污水处理厂和一些小型处理厂组成。

新加坡前瞻性地设计了以污水输送为目的的深层隧道系统，即通过2个交错的深层隧道，将覆盖99%人口范围的污水集中输送至郊区2个大型污水厂，最后将处理过的水排入远离新加坡的深海。

此系统将解决新加坡未来100年的废水回收、处理和排放需求。

——上海苏州河深隧排水系统该系统是在原有基础上的提升与深化，深隧功能的发挥有赖于深浅结合，只有深浅层之间的管网畅通，深隧的功能才能发挥正常，否则就可能出现“深隧吃不饱，管网顶不住”的现象。

工程服务范围25个排水系统共57.92km²。

建设目标三大目标同步实行：1、苏州河沿线排水系统设计标准达到5年一遇（1h）；2、有效应对100年一遇降雨（1h，不发生区域性城市运行瘫痪路中积水深度不超过15cm）；3、22.5mm以内降雨泵站不溢流（P=1年），基本消除工程沿线初期雨水污染。

吉隆坡城市泄洪与公路两用隧道Kuala Lumpur -SMART在暴雨情况下，在马来西亚吉隆坡市，城市快速路充作吸纳雨洪和排泄的通道，已解决雨涝之害。

雨洪入渗和储水（水银行）相结合80年代开始，美国开展了钻孔补给含水层的恢复工程（ASR 系统）。

美国已运行的系统有18个,正在建设之中的ASR 系统有40多个。

瑞典、荷兰和德国的AR 工程在总供水中占20%、15%和10%。

荷兰到1990年，地下水人工补给量达到1.8亿方/年。

伦敦利用地下含水层人工补给后提供水资源90ML/d 。

——广州东濠涌深隧工程东濠涌深隧工程为全国首个地下深层隧道项目。

建设内容包括新建直径6米的东濠涌深层隧道约1770米，直径3米的新河浦涌截污管道约1390米，以及中山三路竖井、东风东路竖井、玉带濠竖井及江湾竖井（含泵站）。

项目主要收集孖鱼岗涌、玉带濠、中山三路的合流污水。

深隧建成后可有效减少70%雨季溢流污染东濠涌流域内排水管网重现期基本处于1年以下，洪灾风险较高，5年一遇较严重水浸点为28个。

东濠涌深隧建成后，当雨季来临时，深隧将作为东濠涌流域合流溢流污水和初期雨水的调蓄和转输通道，经污水泵组提升后送到污水处理厂处理。

如果遇到大型暴雨，深隧将作为雨水排涝通道，行使排涝功能，经尾端排洪泵组提升后排至珠江，提高流域内合流干渠的排水标准到10年一遇。

浅层排水管道排水标准不低于5年一遇。

可以有效削减东濠涌流域70%雨季溢流污染。

深隧建成后，5年一遇降雨时，较严重水浸点(水浸20毫米以上)将减少至17个。

剩下的这17个水浸点，将结合工程性改造消除水浸前期评估与规划1.区域浅层排水系统排水与防洪能力评估结合区域降雨强度、自然河流、潮水位自然环境条件与污水管道、雨水管道、泵站强排能力等工程条件，根据流域范围的地形条件和排水管道数据，应利用计算机软件进行数据模拟计算匹配不同降雨强度，复核现有排水系统建设标准和防洪能力。

2.区域初雨污染状况及现有污水处理厂初雨处理能力评估雨水的污染负荷的不确定因素很多，取决于地面铺砌情况，例如马路、绿化等；用地性质，例如商业区、工业区、生活区等；下雨间隔时间，间隔时间越长，浓度越高；降雨雨型、历时及强度，雨量越小，浓度越大；合流制系统的截流倍数；管道的保养、疏通情况；与空气中悬浮物及季节有关。

前期评估与规划3. 规划深部排水隧道系统隧道竖向规划与平面规划，综合考虑与浅层排水系统衔接、地表地下建(构)筑物、地下铁道规划，人防工程规划，规划隧道储水能力，运营费用。

涉及的研究课题：1.区域降雨径流水力模型构建和研究2.深层隧道竖井的三维流体力学和计算流体力学模型3.深层排水隧道入流井结构应用技术研究深隧连接剖面图施工技术1.盾构技术施工工法对结构型式的确定和土建工程造价有决定性影响。

施工方法的选定，一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件（地面建筑物和地下构筑物的现状、道路宽度、交通状况）；另一方面也与工程场地条件、结构埋深、结构型式等多种因素的制约，同时也会对工程的难易程度、工期、造价、运营效果等产生直接的影响。

盾构施工暗挖法施工施工技术对于围岩较为完整、坚硬地段，以及隧道联络通道部位可采用矿山法施工。

根据xx地区建设经验，隧道采用盾构法较多且技术成熟。

xx地铁实践表明, 在盾构选型时必须根据施工区段的工程地质和水文地质条件对盾构的选型和机具性能提出明确的要求, 选择与地质环境相匹配的盾构是保证盾构施工更加安全、可靠、高效的重要前题。