导读

通过建设地下深层隧道来解决城市局部洪涝及合流制溢流污染问题在我国日益受到重视。尽管深层隧道具有灵活、高效、对地表和浅层地下空间扰动小等优势，但由于其施工周期长、工程量大、投资高、运行管理维护复杂，故在对深层隧道设置方案进行决策时，必须考虑其适用条件。本文对深层隧道适用降雨特点、地质和水文条件进行了研究，通过已建和在建工程案例分析了深层隧道适用的城市类型及地理位置，为不同城市进行隧道设置方案决策提供参考。

张盛楠(1984-)，河北冀州人，硕士，讲师，主要从事给排水专业的教学及科研工作。

深层隧道适用降雨特点分析

殷水清等人通过对大量降雨数据的分析，根据雨量集中位置出现在整个降雨历时过程的时间段，将雨型分为如下四种，即：前期集中型（Ⅰ型，0~40%处），中期集中型（Ⅱ型，40%~60%处），后期集中型（Ⅲ型，60%~100%）和均匀型雨型（Ⅳ型，雨量均匀分布于整个降雨过程）。

由于前期集中型（Ⅰ型）降雨雨量集中，地表径流峰值较其他雨型更早出现，易引起较大的洪涝灾害，对排水系统冲击较大。此时，诸如低影响开发的分散式小型雨水措施无法在短时间内排除大量超标雨水，而深层隧道技术则可迅速地将大量径流雨水通过深层地下隧道排放或暂时存储于蓄水设施中。故深层隧道技术更适于降雨量大且雨量集中的极端暴雨事件多发，峰值明显的地区内涝防治。

深层隧道适用地质、水文条件分析

隧道选址应在工程水文地质条件实地勘测与资料收集基础上，对各方面条件进行综合分析，尽量避免在工程地质条件较差地区采用深隧技术。隧道宜选在沿线地质构造简单、岩体完整稳定、单斜断层褶皱较少、水文地质条件有利、地下无有害气体、施工方便的地区。若经多种技术方案对比分析后仍需在地质条件较差的地区采用深层隧道技术时，可适当对该地区地质工程进行相应改造，并在施工过程中采取提前防护措施，避免工程事故发生。

深层隧道适用城市类型分析

老城区合流制地区

由于老城区或中心城区发展成熟，建筑密集，浅层地下空间的利用已趋于饱和，传统的浅层改造措施往往难以实施或成本太高，很难在短期内整体提高防洪排涝和合流制溢流控制标准。而深层隧道工程可充分利用城市深层地下空间，对地面和浅层地下空间影响小；避免大量征地和拆迁，且通过一些特殊的施工方法，可降低施工对民生和环境交通的影响；同时，深层隧道还可连接现有的合流管道、调蓄池、污水处理厂等排水设施，较快地解决城市CSO污染问题。

洪涝易发城市

对于易受台风侵袭，暴雨量大且集中，经济发达、建筑密集的沿海城市，绿色基础设施、低影响开发等雨水处理技术无法快速排出超标雨水，排水系统提标改造、河道扩挖等工程影响范围大，投资成本高。而地下深层深层隧道可在短时间内吸纳大量径流雨水，缓解城区洪涝问题。且深层隧道可以在保持现有排水系统的基础之上，进行地下雨水系统的建设，工程影响范围较小，更适合积水片区的雨水系统提升改造工程。

深层隧道适用的地理环境和地形分析

由于不同城市所处的地理环境不同，面临的雨洪和CSO污染问题也不一样，因此，在进行深层隧道的规划和设计过程中，应针对要解决的问题、城市的地形，并结合现有排水设施的位置、规模和作用，因地制宜，确定深层隧道系统的技术方案。

连接溢流口或污水处理厂的深层隧道

为输送污水，可沿溢流口或者污水处理厂设置深层隧道，典型的如新加坡深层隧道阴沟系统（DTSS）、正在规划建设的广州市深层隧道排水系统以及悉尼北部隧道系统。

图1 污水输送隧道示意图

在悉尼，污水管渠破损和雨水管路的不合理连接，使大量雨水渗入污水管渠造成溢流排放，悉尼港遭受严重污染。因此，悉尼市沿郊区现有排水系统修建了大型的悉尼北部隧道系统。该隧道将莱茵湾、斯考特溪、唐柯公园、贵格汇海湾、谢利海滩等主要的溢流口和污水处理厂连接起来，当污水管道达到排水容量时，溢流口可以起到“缓解阀门”的作用，将多余的污水和雨水输送至悉尼北部隧道存储，而后将污水输送至北方污水厂处理。

新加坡为了置换市中心原有分散的污水处理厂和泵站用地，建设了深层隧道阴沟系统（DTSS）。该系统利用连接管截流现有污水系统中的污水，并通过两条交错的深层隧道，输送污水至远离中心区的东、西两端的两个大型污水厂集中处理，最后将处理过的水排入远离新加坡的深海。该项目分两个阶段建设，第一阶段包括一条长48km的污水隧道和樟宜污水处理厂，已于2008年完工。第一阶段完工后，逐渐淘汰了新加坡东部地区原有的3个污水处理厂和45座泵站，释放了161公顷的缓冲和设备用地，极大缓解了新加坡用地紧张的状况。

广州规划在珠江河道之下建设长约29.1km的污水输送隧道，收集沿途污水处理厂中的污水，为将来搬迁污水处理厂，置换污水厂土地奠定基础。

该类型隧道可有效地将沿途溢流口或者污水处理厂串联起来，收集和输送沿途合流制溢流污水或城市污水至集中的污水处理厂处理，适用于溢流口多，溢流水量大，而城市空间有限，无法沿每个溢流口设置分散的调蓄处理设施或者城区污水厂多、位置分散、占地面积大而用地紧张的地区。

垂直于主径流方向的深层隧道

此类隧道多为雨洪排放隧道，通常沿主径流垂直方向设置。典型的如香港荔枝角、荃湾、港岛西雨水排放隧道系统。

以荔枝角雨水排放隧道为例，香港荔枝角地区乡郊地势较高，而市区地势较为低洼。暴雨时，大量雨水瞬间沿山上已铺筑地区和斜坡流到市区，造成内涝水浸。为减少山洪和雨水对香港市区排水系统的冲击，香港政府投巨资在地下约40米处修建了荔枝角雨水排放隧道。该隧道系统在香港西九龙地区大埔道及呈祥道修建了多个进水口、竖井和隧道，将荔枝角、长沙湾和深水埗上游高地的雨水，通过全长约3.7km、直径4.9m的雨水深层隧道引流绕过闹市，最终排入维多利亚港，使流入市区排水系统的高地雨水量大大减少，有效降低了下游区域的内涝风险。

图2 香港雨水截流系统示意图

该类型隧道通过截流积水区域或上游山洪，降低下游区域洪涝风险，一般建于暴雨量大且集中，水涝频繁且城市中山地丘陵较多，主城区位于山下，地势低洼，易被山洪侵袭的地区。

河道下方设置的深层隧道

此类隧道多平行于河道或位于河道正下方，以解决河道排水能力不足或者合流制溢流污水污染问题，典型的如美国奥斯汀沃勒河排洪隧道和英国泰晤士潮汐隧道，我国广州深层隧道排水系统也规划将部分隧道建于河道下方。

图3 奥斯汀沃勒河排洪隧道系统示意图

为了修复洪泛区，转移暴雨洪峰流量，美国奥斯汀市于2011年开始修建沃勒河排洪隧道。该隧道沿着沃勒河修建，由长1707米，直径6.2~8.1米的三段混凝土隧道、入口和出口设施以及溢流侧堰截水系统组成，将暴雨流量通过出口设施直接输送至伯德夫人湖。工程完成后，沃勒河排洪隧道将可控制该流域百年一遇的洪水。

泰晤士潮汐隧道是沿泰晤士河铺设的。此隧道直接或通过一连串的连接隧道拦截大量合流溢流污水，使其靠重力自流至东部的阿比米尔斯泵站，再通过“李隧道”泵至升级后的贝克顿污水处理厂。该工程在泰晤士河下方施工，降低施工对城市生活的影响。隧道建成后可有效减少泰晤士河的溢流次数，改善泰晤士河的水体环境。

图4 泰晤士潮汐隧道示意图

在一些依河而建的老城市，排水口或溢流口、排水泵站和污水处理厂等排水设施均建于河边。雨季时，河道排洪能力不足，溢流污染严重。将深层隧道平行于河道设置或建于河道下方，可有效吸纳、存储、处理或排放超量雨水和合流制溢流污水，减轻城市洪涝灾害，缓解合流制溢流污染。

与公路隧道、雨水蓄水池等设施相结合的深层隧道

为实现隧道的高效综合利用，可通过合理的设计与运行调度，将其与公路、溢流口、雨水调蓄池、现有管道系统、积水区域等进行适当连接，以兼顾洪涝控制、污染控制、舒缓交通、杂用水补充等多种功能。此种设计主要用于有洪涝、CSO污染、交通、水资源短缺等多重问题的城市。

马来西亚吉隆坡SMART(the StormwaterManagement and Road Tunnel)隧道是世界上第一条两用隧道，全长9.7km，直径13.26m(内径11.83m)，呈3层结构，包括3~4km的双层高速公路隧道和最底层的永久排水隧道。无雨或小雨时，第一、二层隧道用于通车；当遇到5年一遇的大暴雨时，第二层即变为排水通道；当遇到特大的极端性暴雨时，车道全部封闭，直径近12m的整个隧道全部变为排洪道，以缓解城市中心区的排涝压力。该工程在同一条隧道内解决吉隆坡城区的洪水及交通拥堵问题，充分发挥了隧道的多重作用。

图5 吉隆坡SMART隧道工程运行模式示意图

此外，美国芝加哥隧道和水库计划（TARP）将地下深层隧道与大型蓄水池（水库）连接，有效地控制了城区内涝风险和CSO污染，显著改善了河道水质。香港荔枝角雨水排放隧道与地下静水池结合，将截留的高地雨水暂时存蓄在静水池，而后将静水池收集到的部分雨水过滤后供冲厕、绿地灌溉和街道清洗等杂用，实现了雨水资源的充分利用。

结  语

雨水深层隧道适用于短历时超强降雨天气多发导致城区洪涝和CSO污染问题突出，发展成熟建筑密集不便于进行地面和浅层地下施工，地质构造简单、岩体完整稳定、水文地质条件有利且经济发达的老城区和中心城区。

在进行隧道方案决策时，还需科学分析和借鉴已建成隧道的成功经验，认真分析当地经济社会发展状况、存在的雨洪问题、降雨特点、地质条件、原有排水系统改造可能性以及是否可与现有排水系统相结合，综合运用方案比选、模型模拟、系统分析、部门协商、公众咨询等多种手段，做出更具针对性、因地制宜的决策。

本文发表于《中国给水排水》2017年第2期，作者是张盛楠1，李成江2 ,  宗绍利1，孟令超1（1.天津大学仁爱学院； 2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司）

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