深层调蓄隧道排水系统在国内的应用研究进展
国内外深隧排水系统建设状况及其启示
国内外深隧排水系统建设状况及其启示
门绚;李冬;张杰
【期刊名称】《河北工业科技》
【年(卷),期】2015(032)005
【摘要】目前中国城市内涝问题难以控制,排水系统建设历史欠账太多,难以突破.对比发达国家,深层隧道排水技术是中国的盲点.从用途进行分类,详细阐述国内外发达城市发展过程中遇到的防洪排涝问题,以及深层隧道排水工程在城市排水系统中的地位和作用,为中国未来的深层隧道排水规划提供参考.
【总页数】5页(P438-442)
【作者】门绚;李冬;张杰
【作者单位】北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京100124;北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京100124;北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京 100124;哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点试验室,黑龙江哈尔滨 150090
【正文语种】中文
【中图分类】TU992
【相关文献】
1.国外深隧排水系统调度运行方案的启示 [J], 汤舒;吴学伟;孙志民;周午阳
2.深隧治水——广州市东濠涌深层隧道试验段排水系统技术研究与应用 [J], 徐姝静
3.深隧排水折板型竖井泄流消能的试验研究 [J], 杨乾;杨庆华;郑立宁;田强;刘永权;姚锦涛;牟祎;尧远
4.深隧治水——广州市东濠涌深层隧道试验段排水系统技术研究与应用 [J], 徐姝静;无
5.基于深隧排水的地下水数值反演与预测 [J], 范时杰;李妍颖;范全忠
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深层隧道排水系统在解决城市“内涝与溢流污染”难题中的应用
Exclusive Planning 独家深层隧道排水系统在解决城市“内涝与溢流污染”难题中的应用报送单位：广州市净水有限公司；广州市市政工程设计研究总院有限公司主 创 人：吴学伟 孙 伟创 造 人：李子逵 杨文昭 孙志民 王广华 肖先念 杨先华 周午阳 李碧清［摘 要］城市扩张和建设密度的加大，使得地面硬化率越来越高，排水系统无法满足城市排水要求。
本案通过分析深层隧道排水系统的设计和运行方式，以及在实际中的应用状况，总结该方法带来的社会效益，为行业提供参考。
［关键词］深层隧道排水系统；BIM模型一、广州市深层隧道排水系统项目背景随着城市的扩张和建设密度的加大，地面硬化率越来越高，原有的水库、山体、湖泊、鱼塘等逐渐被侵占，河涌断面越来越窄，城市的储水、排水和自然净化能力大大减弱，城市水浸和内涝频发；此外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，雨季合流制地区的溢流污染日益严重，已逐渐导致浅层管渠排水系统无法满足大型城市排水需求。
目前，一些国外发达城市建设了深层隧道排水系统，对解决水浸，减少河涌污染等起了重要的作用。
芝加哥的城市环境与广州相类似，芝加哥隧道水库工程规划A R P减轻了芝加哥地区的水浸和污染，保护了密西根湖，芝加哥地区城市合流制改造和内涝灾害控制工程是世界上最早、最成功的采用地下深隧技术的范例；日本东京的首都圈外围深隧下水道排水系统被誉为世界上最先进的下水道排水系统，其主要功能是城市防洪，消除洪水威胁，工程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67万立方米，最大排洪流量可达每秒200立方米，建成后当年，该流域遭水浸的房屋数由最严重年份的41544家减至244家，浸水面积由27840公顷减至65 公顷；新加坡岛建成包括“深层隧道系统”及“雨水收集系统”的综合排污系统工程，铺设的下水道总长度达3000 多公里，目前100％的人口生活区域均铺设了下水道，污水处理率达到100％。
深层隧道排水系统在城市排水规划中的应用
深层隧道排水系统在城市排水规划中的应用发布时间：2023-02-01T02:28:53.127Z 来源：《城镇建设》2022年9月18期作者：洪杰武[导读] 在城市中经常出现大量因为雨水排不出去洪杰武广州市净水有限公司广东广州 510000摘要：在城市中经常出现大量因为雨水排不出去，或者不能很好地储存而带来的城市内涝问题，甚至有一些被污染的水资源还会因为排水不畅而与一些洁净的水实现“合流”，导致居民的健康生活受到影响。
深层隧道排水系统避开了拥挤的浅层地下空间，具有征地拆迁量少，对地面交通和建筑影响小、可实施性好等优点，是城市老城区排水改造的可行方案。
同时，深层隧道排水系统必须与局部浅层改造相结合，才能发挥最大的效益。
关键词：深层隧道排水系统；城市；排水规划引言：从近几年的发展情形来看，由于全球气候变化的日益严峻，一些极端的天气的发生频率越来越高，比较典型的就有暴雨。
另外，高楼大厦的建设密度进一步加大，使得城市街道的地面也越来越坚硬，而且在扩张中还占用了一些原有的湖泊、池塘、山脉等，原有的河道也变得越来越窄，城市的排水、蓄水能力大大减弱，久而久之，若突遇暴雨，城市内涝就不可避免，而且随着工业三废的排放，河流、水资源的污染程度日益加剧，不能使用，因此，深层隧道排水系统就在这样的背景下被使用。
一、深隧的概述1、国内学者通过分析深隧的控制目的和功能对其进行了分类，如：葛翔等将其分为污染控制型、洪涝控制型、多功能型3种；刘婷口1根据功能将其分为雨洪排放、污水输送、合流调蓄和复合功能4种类型：胡龙等将其分为防洪排涝型、污染控制型、功能复合型。
基本都是围绕雨洪排放、污染控制、调蓄3个方面进行分类。
2、系统组成。
深隧系统主要由人流管、预处理设施、入流竖井、深层（调蓄）隧道、末端超深泵站、附属设施等组成。
3、深隧工程在国内外均有成功的实施案例，根据实施案例总结深隧设计方面应重视和解决的重难点问题．分别为工艺设计、模型建立和结构设计。
深层隧道排水系统的探究
深层隧道排水系统的探究摘要：随着城市规模的不断扩大，对城市排水系统排水能力的要求越来越高，深层隧道排水系统凭借其自身的优势，近年来在城市排水规划中的应用越来越多。
本文以国内外典型深层隧道排水系统的工程为例,总结了其在城市防洪排涝和控制溢流污染方面的应用，分析了其与其他排水系统相比的优势以及需要考虑的问题，最后针对国内深层隧道排水系统的建设提出了一些实质性的建议。
关键词：深层隧道，排水系统，防洪排涝，控制溢流污染Abstract:With the continuous expansion of city scale, urban drainage capacity of the drainage system have become increasingly demanding, Deep Tunnel Drainage System，with its own advantages, in recent years in urban drainage has been used more and more. In this paper, taking the typical home and abroad Deep Tunnel Drainage System projects as examples, summarizes its application in city flood control & drainage and Combined Sewer Overflow Pollution, analyses it`s advantages compared with other drainage system as well as the problems, finally according to the construction of deep tunnel drainage system some substantive Suggestions are put forward.Key Words: Deep Tunnel; Drainage System; city flood control & drainage; control the Combined Sewer Overflow Pollution1.前言1.1城市排水现状当前社会城市的发展速度越来越快了，但是与之相对应的一些城市基础服务配套设施却并没有随之发展起来，比如当前在城市中常见的一些因为雨水而导致的内涝灾害时有发生。
深层隧道在北方平原城市排涝体系中的应用初探
深层隧道在北方平原城市排涝体系中的应用初探文/钟晨宇田兆东摘要：本研究结合华北平原某城市新开发区域具体工程项目，对深层隧道在北方平原城市排涝体系中的应用进行初步探索。
研究中结合北方平原城市降雨、径流、排水特点及需求，对深层隧道应用进行了功能定位。
根据功能定位制定了深层隧道应用技术路线并最终进行了方案设计。
一、深隧应用现状总结1.应用现状早在20世纪70年代，城市洪涝和合流制溢流污染对城镇的排水安全及水环境质量的影响就已经引起了国外发达国家的高度重视，开始建设深层隧道来收集、调蓄浅层排水管网无法应对的大量雨水和溢流污水。
根据深层隧道建设的目的和作用的不同，可以分成3类，即以控制城市洪涝为目的的洪涝控制隧道，以调蓄储存合流制溢流污染为目的的污染控制隧道以及同时实现内涝、污染等多功能的隧道，其中有一些具有代表性的深层隧道工程。
近几年，随着内涝问题日驱严重和国内对于城市安全环境的关注，雨水隧道也逐渐被国内表1国外代表性深层隧道工程所在城市深隧名称建成时间工程规模深隧类型隧道主要功能日本东京江户川深层排水隧道2006年总长6.3km内径10m调蓄容积67万nf洪涝控制型缓解内涝澳大利亚悉尼悉尼北部污水储存隧道2002年总长16km内径3.8-6.6m调蓄容积50万M污染控制型控制水体污染美国芝加哥隧道和水库工程计划2006年176km隧道三座大型水库调蓄容积530万n?多功能型缓解内涝和控制水体污染采用并开展了试验段建设。
除以上列举以外，香港等地区由于其地形特殊性，雨水隧道应用技术已经相当成熟。
女口，香港荔枝角雨水排放隧道项目，该项目是在西九龙腹地拦截地表径流，并通过不同埋深的隧道将截取的径流直排入维多利亚港湾。
香港的雨水排放隧道项目为地形高差较大，上游山洪导致下游内涝的城市提供了很好的参考案例。
2.应用现状总结总结分析目前深层隧道的应用现状，主要应用于几种情形：(1)用于合流制系统下游截污，在下游排放口处布置。
隧道防排水发展现状及展望隧道排水系统
隧道防排水发展现状及展望隧道排水系统1.隧道防排水技术的发展在铁路隧道设计中采用的防排水措施有：根据隧道的水文地质条件，设计由环向排水管、纵向排水管和隧道两侧的排水边沟或隧道路面之下的中央排水沟构成的完整排水系统；在复合式衬砌之间设置防水卷材加土工布构成的防水层。
其中，环向排水管采用透水性好、可弯曲、耐碾压的弹簧排水管，防水卷材多为工程性能较好的高分子复合材料。
这些都极大地改善了铁路隧道的渗漏状况。
地铁隧道大多位于地下水位以下，由于不宜大量抽排地下水，因而要求采用全封闭的防水方式，隧道防渗漏的难度很大。
90年代后期以来，软土中的地铁隧道主要用盾构法施工。
盾构法施工的地铁隧道衬砌管片工厂化制作精度高，管片机械化安装误差小，管片间有形状规整、质地优良的橡胶止水材料，整个衬砌的密封效果较好，加上衬砌壁后注浆堵水，所以，从我国已建的地铁隧道总体上看，用盾构法施工的地铁隧道防水效果较好。
2.隧道防排水系统注意事项实践证明，隧道及地下水工程的防排水是一项系统工程，它与工程地质及水文地质勘察、防排水设计、防排水材料选择、施工技术与工艺、管理水平等都密切相关。
在勘测、设计、选材、施工和管理等任一方面的不足都可能引起隧道渗漏问题。
下面就施工技术方面做以下详细阐述：山岭隧道的防排水体系为圈层构造，第一层为注过浆的围岩，第二层为由高分子卷材构成的防水层，第三层为衬砌混凝土。
由于指导思想和经济上的原因，在富水区段用围岩注浆进行堵水的方法常被放弃。
隧道修建之前，山体地下水渗流场处于一个动态平衡的状态。
随着隧道开挖和临空面的形成，地下水向隧道区域汇集、渗出，形成隧道渗水。
由于隧道围岩中存在大量的裂隙、节理、断层破碎带等，他们与地下水有着复杂而又密切的联系，一般来说，隧道开挖会加快地下水的渗出。
如果对地下水以排为主，造成地下水位下降，地下水资源大量流失，影响植被生长和生态平衡，造成局部环境破坏，对当地工农业生产造成长期不良影响；地下水向隧道区域汇集、渗出，将浸泡、侵蚀隧道围岩，使围岩强度和稳定性降低，冲淘衬砌背后围堰形成空洞，影响围岩和衬砌的长期稳定，形成巨大水压力，威胁衬砌安全；此外，渗水携带有大量泥沙，这些泥沙在排水管中淤积，堵塞排水管路，引发隧道渗漏。
深层隧道排水系统技术浅析
深层隧道排水系统技术浅析摘要：随着城市开发飞速进行，城镇排水问题却愈演愈烈，城市看海、黑臭水现象频现。
而现有解决方法受城市地上、浅层地下空间高密度开发严重受限，深层隧道排水技术的提出是解决现状问题的有效途径之一。
深隧项目国外虽已有多项成功案例，国内却少有工程经验可以借鉴，我国多条深隧项目仅处于设计或施工阶段，新的设计思路与模式势在必行。
1.前言近年来，随着城市进展的加快，高强度开发区、建筑密集区大幅增加，城市热岛效应加剧，以及城镇排水系统设计标准低，排涝管理体系不完善等因素导致城镇排水现状问题愈发明显，城市看海等内涝导致城市运行瘫痪的新闻频现，“黑臭水”等河涌污染也无时无刻的影响着城镇居民生活环境。
面对这些问题常规的解决方案主要有：提高排水系统设计标准，扩大排水系统规模；雨污分流、正本清源；分散或集中收集、处理初小雨、溢流污水；拓宽河道，提高排涝标准；结合海绵城市建设，消减洪峰流量，降低实际进入排水系统的降雨强度等。
但这些方式均存在一定的局限性，如城市建筑密集、老城区不具备雨污分流改造条件；浅层地下管线复杂，地铁及地下综合体开发导致浅层地下空间有限，排涝系统扩容、新建排水系统难度大；河道穿越中心城区，水面率不高，两岸地区建筑密度高、人口密集、地下管线错综复杂。
利用地下深层空间建设大型排水隧道来解决排水问题成为许多国外发达城市的选择[1]，深层隧道排水系统（简称深隧）可避免大量征地和拆迁，并适当利用城市 30-60m 的深层地下空间，已为改善城市排水能力的重要手段之一。
2.深隧主要构筑物及功能结合国内外深隧排水系统案例进行分析，深层隧道排水主要构筑物有浅层衔接设施、预处理设施、竖井、主体隧道、调压水槽、排水泵站、通风（除臭）设施、排泥除砂设施、检测与控制系统等，可根据深隧的功能而省略部分构筑物。
深层隧道排水系统根据工程实际情况，可分为以下几种功能：1)污染控制：多用于老城区合流制改造，可收集超过截留管截留能力的溢流污水及分流制初期雨水，以减少溢流污染，改善河湖水质；收集污水并输送，集中处理，应对城市水系管控要求的提高[2]。
隧道在城市排水系统中的应用需求探讨
隧道在城市排水系统中的应用需求探讨摘要：基于隧道技术在排水中的应用趋势，本文通过总结国内外隧道技术在排水中的应用案例提出其功能分类，并以武汉市为例提出隧道技术在解决城市排水问题的应用需求。
关键词：隧道技术；排水；应用需求随着城市经济的快速增长，技术手段的不断创新，盾构、顶管、矿山开挖等技术在排水管道施工中的应用逐渐普遍，大口径排水转输管道施工技术日益成熟，为城市市政基础设施建设提供强大的支撑。
在解决城市排水升级改造难题的过程中，隧道作为一种有效的工程技术手段受到极大关注，本文从隧道在排水系统中应用案例、功能出发，并以武汉市排水系统存在问题探讨隧道的应用需求。
1、隧道功能分类目前，国内外建成及在建隧道排水工程约14处。
根据隧道的功能及目标，可分为“雨洪排放隧道”、“污水输送隧道”、“合流调蓄隧道”三种。
1.1雨洪排放隧道雨洪排放隧道是指为避免城市洪涝灾害而建设的排洪通道，隧道末端通常设有大型抽排泵站，最终出路是江河、海洋等水体。
典型代表是日本东京的“江户川深隧工程”和香港的“荔枝角、港岛西、荃湾雨水排放隧道工程”。
1.2污水输送隧道污水输送隧道主要为收集输送城市污水的地下通道。
典型代表是新加坡的“深层隧道排污系统”。
1.3合流调蓄隧道合流调蓄隧道主要是对合流制排水系统的溢流污水、初期雨水的收集、调蓄和输送，最终送到污水处理厂处理。
典型代表是美国芝加哥“深层隧道及水库计划”和英国伦敦“泰晤士河深隧工程”。
泰晤士河深隧道工程隧道总长25.1km，直径6.5~7.2m，埋深35～75m。
控制合流制溢流污染，改善泰晤士河道水质。
2、排涝需求分析武汉城区一般地面标高为20～24米，低于长江多年平均洪水位23.87米，汛期时城区内雨水需依托泵站抽排出江。
城区分布有41个湖泊，面积275平方公里，占中心城区用地17%，主要分布在武昌和汉阳地区；汉口地区9个湖泊总面积约1.0平方公里，面积普遍较小，且位于雨污合流排水体制区域，基本不承担调蓄功能。
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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。