深层隧道规划对策提供城市地下空间防灾规划策略

1．深层隧道建设的必要性

通过上文的分析，散点状的人工雨水调蓄池可在一定程度上改善局部地区的内涝积水，但由于分散的人工雨水调蓄池并不相互连通，与市政管网也不连通，因此其综合调蓄能力较弱。而且按照上文的计算规模，排水分区达到单系统提标要求，需要配置一定规模库容的调蓄池，其造价也不低。相比较深层隧道，由于相互联网，并与既有市政排水管网互通，且具有相当大的调节库容，突发情况下在其末端可直排洪水，且深层隧道位于已开发利用地下空间的下层，可保障河流漫堤、突发降雨等极端内涝灾害下城市地下空间和地上空间不受水灾影响。

对于上海这种特别重要的城市，地下空间开发利用规模如此之大，为保证极端洪水内涝下城市的运行安全，适合开发利用城市深层地下空间来建设调蓄隧道。事实上，深层隧道相当于地下人工暗河，可将其看作人口、建筑稠密的城市中心区开辟人工河道来扩大水面率。上海的情况与日本东京非常类似。日本东京，位于关东地区南部，境内河流纵横，属于内陆河流入海口处，地势低平以河口冲击平原为主。历史上过分抽取地下水，东京地面沉降幅度较大。一些地势低洼地区，地面高程甚至低于海平面高程。由于经常遭受台风、暴雨的袭击，一些地势低洼地区常常受到雨洪和中小型河流漫堤的威胁，损失严重。由于沿河流两侧已全部城市化，且建筑密度高、开发强度大，尤其土地权属的私有化，使得征地、动迁成本巨大，加宽河道或增加防汛堤高度来解决这类城市型水灾比较困难。因此，东京市政府利用广泛分布的地下空间，建设深层地下雨水调节池，达到扩充河流容量、缓解水灾灾情的目的。工程概况如表5-15所列。

表5-15　日本地下雨水调节池工程概况

注：Yamanote汇水区包括Shirako河，Shakujii河，Kanda河，Neguro河。
来源：根据Japan Tunnelling Association（2000）和Fumio Yamazaki编制。

2．深层隧道建设的可行性

1）工程技术比较成熟

上海应用盾构法建设隧道，在技术上经历了从“网格挤压式盾构—土压平衡盾构—泥水加压平衡盾构”的过程，技术已经相当成熟。目前上海市地铁线路施工已经达到－30 m，深层隧道位于－40～－50 m，应用盾构法建设调蓄隧道存贮雨污水，在技术上完全可行。

2）工程费用与地铁相当

根据王如琦（2004）的研究，估算散点式雨水调蓄池的工程费用，调蓄池有效水深5 m，调蓄池占地面积约0．2 m2，每个池子的直接工程费1 600～1 800元/m3，如果再考虑中心城地价12 000～15 000元/m2，加上征地费用（调蓄池的征地范围要大于池子的占地面积30%左右），建设调蓄池的费用高达4 000～4 800元/m3。而隧道调蓄池建于深层地下，则可避免征地，不占用宝贵的土地资源。

根据上海城建设计院应用盾构法施工的瑞金南路隧道工程，外径4．8 m，内径4．2 m，长1 340 m，不包括泵站在内的隧道综合造价为2 600万元（含泵站总造价为3 100万元），包括征地、补偿等费用在内，内径4．2 m隧道的建造单价为19 400元/m，折合为1 400元/m3容积（1 170元/m3开挖量）。据上海城建设计院的其他隧道工程造价估算，直径5 m、4．5 m和4．2 m的隧道工程造价分别为34 000元/m、30 000元/m和28 000元/m。另外，根据上海隧道设计院应用盾构法施工的上海市地铁隧道综合造价调查，直径5．5 m的隧道，含征地、补偿费用在24 000～28 000元/m，折合成单位容积的造价为1 000～1 200元/m3，直径为6．3 m的隧道综合造价，含征地、补偿费用约35 000元/m3。其他直径为10 m和11 m的隧道工程，造价分别为110 000元/m3和120 000元/m3，详见表5-16。

表5-16　上海市盾构法实施隧道工程的估算造价

来源：王如琦（2004）。

3）运营管理积累了一定的经验

目前，国内香港已建成深层隧道调蓄池并营运多年，广州市已建成深层隧道调蓄池试验段。国外日本、美国、英国、德国等部分城市也已建成深层隧道调蓄系统，这些地方积累了丰富的经验，可为国内借鉴。

综上可知，从工程技术、工程费用和运营管理三方面考量我国大城市，尤其是上海市，建设深层隧道调蓄系统具备一定的可行性。

3．深层隧道的分类与运行原理

深层隧道承担的职能，大致分为五类：①快速排除洪水；②消除洪峰，蓄滞洪水；③雨水回用；④控制初雨面源污染；⑤保护河流水体水质。

深层隧道调蓄池一般与既有排水管网系统连通。当暴雨径流充满排水管道而需要进行水量调蓄时，洪峰溢流至隧道从而减少了溢流水量。正常情况下深层隧道没有基础流量。存储在深层隧道调蓄池中的雨水暴雨之后通过水泵返回排水管道。当遇到极端洪水时，深层隧道在末端采取直排模式，利用水泵将雨水排入水体。(https://www.xing528.com)

4．深层隧道规划布局要点

深层隧道是全面提升区域防涝防洪水平的重要措施，可以保障地下空间和地面空间洪水快速排除。

在竖向布局上，深层隧道置于地下空间各功能的下面。

在水平布局上，通常深层隧道应：①与重要大型地下工程相连通，如地铁、地下街等，在出入口部设置雨水收集口，突发洪水内涝时打开，降低地下空间的内涝风险；②在城市内涝点、集水点、重要地区及河流周围设置雨水收集口，保障易受灾地区和重要地区的洪水快速排除；③与城市低洼地区的地下空间出入口部相连通，保障地下空间不受水淹，如图5-22所示。

图5-22　地下空间与深层隧道竖向布局剖面图

下面以马来西亚“聪明隧道”工程为典型案例，介绍深层隧道与地下道路结建的布局方式和防涝运行过程。

马来西亚位于热带地区，暴雨频繁猛烈。首都吉隆坡经常受到内河泛滥及内涝的影响，且市中心南北向道路饱和，交通拥堵。为了解决以上两个问题，采用地下隧道工程，跨流域调配暴雨洪水，将市中心的克朗河和安宠河汇合处的易洪地区上游水量储入蓄水池，并流经隧道进入Taman Desa水库，再排放到市区南侧的Kerayong河中。同时，使Sungai Besi到吉隆坡市中心的200百万人出行时间从30 min缩短到5 min，如图5-23所示。

图5-23　马来西亚“聪明隧道”平面布局图

来源：张平等，2012。

“聪明隧道”竖向共分三层：地下一、二层设置双向四车道公路隧道，上层交通向南，下层交通向北；地下三层为防洪隧道，将截取上游河水并分流，进入关键地段。这样降低市中心两河交叉处长期洪水内涝，阻止溢水。该工程有三种工况：①在没有暴雨和降雨量少于70 m3/s时，不需要通过隧道排水，仅作为公路隧道使用；②当雨量大于70 m3/s，小于150 m3/s时，洪水被分流到防洪隧道，公路隧道正常使用；③当雨量大于150 m3/s时，公路隧道全面关闭，并在自动水密性闸门开启让洪水流入之前，允许最后一辆车驶出隧道。此时，整个隧道全部用于排洪，以疏导洪水至蓄水池，见图5-24，此时，可以抵御百年一遇的洪水（张平等，2012）。

图5-24　马来西亚“聪明隧道”运行工况

来源：张平等，2012。

通过案例可以得出重要启示，地下空间平时使用与防灾利用应有机结合。在水灾内涝方面，通过在地势低洼的易受灾地区开发建设地下空间，平时用于停车、地下步道等配置较少设施便可正常使用的功能，一旦发生极端内涝灾情，通过管理手段提前预警、快速清空地下空间内的人员和车辆物资，即作为雨水调蓄池。险情过后排出滞水，转入平时使用功能。

因此，根据地下空间的物业类型、重要程度以及所处的区位，如果地下空间内绝对不能浸水，如地铁、地下街等，应在其下面规划布局地下深层隧道调蓄池；如果地下空间可临时浸水，并不影响后续使用且经济损失小，同时可缓解周边地区更加重要物业水患，则地下空间可作为临时雨水调蓄池。利用地下空间调蓄雨水，使相应地区的地面内涝得到缓解，如表5-17所列。

表5-17　地下空间防内涝的规划布局