城市道路基坑排水系统优化与防洪能力提升研究

引言

随着城市化进程加速和极端气候事件频发，城市道路基坑排水系统面临严峻挑战。近年来，多地发生的基坑内涝事故不仅造成重大经济损失，更对城市交通安全运行构成严重威胁。传统排水系统设计标准偏低、系统协同性不足、智能化程度不高等问题日益凸显，难以应对当前复杂多变的降雨模式。开展道路基坑排水系统优化与防洪能力提升研究，对于保障城市基础设施安全、提高城市防灾减灾能力具有重要现实意义。本研究通过系统分析现状问题，提出多层次优化策略，为构建韧性城市提供技术支撑。

一、城市道路基坑排水系统与防洪能力理论分析

（一）城市道路基坑工程特点及水文地质影响分析

城市道路基坑工程具有线性分布、周边环境复杂、工期紧迫和空间受限等特点。基坑开挖会切断原有地层结构，形成人工汇水低地，极易汇集地表径流和地下水。水文地质条件是影响基坑稳定性的关键因素，地下水位高低、含水层渗透性、土体颗粒组成直接决定了排水难度和基坑边坡稳定性。粉土、粉细砂等地层易产生流砂、管涌等渗透破坏，而承压水头过高可能引发基坑底鼓失效。施工前必须详细勘察场区水文地质条件，准确掌握地下水流向、流速及与周边水体的水力联系，为排水系统设计提供关键依据。

（二）基坑排水系统的构成与工作原理

基坑排水系统主要由降水井点、明排水沟、集水井、排水管网和抽水泵站等构成。其工作原理遵循"截、集、排"的基本逻辑：首先通过坑外降水井点降低地下水位，利用坑内排水沟拦截地表汇水和浅层地下水；随后汇集至集水井中，最终通过水泵提升经排水管道排入市政管网或自然水体。井点降水系统通过负压抽吸形成降水漏斗，将地下水位控制在基坑底面以下。明排水系统则负责排除降雨和施工用水，要求排水沟保持畅通坡度，集水井容量需满足暴雨时段蓄水要求。各组件协同工作形成完整排水链条，确保基坑作业面处于干燥稳定状态。

（三）防洪能力的内涵与评价指标体系构建

基坑防洪能力指排水系统抵御极端降雨事件、防止基坑内涝的综合性能。其内涵包括系统排水效率、应急响应能力和灾后恢复能力三个维度。评价指标体系应涵盖设计标准符合度、排水设施性能、管理运维水平等关键方面。具体指标包括：排水管网重现期标准、泵站设计抽排能力、调蓄设施有效容积、系统响应时间、退水时间、设备备用率以及监测预警覆盖率等。这些指标共同构成量化评价体系，通过层次分析法等手段进行综合评估，可客观反映基坑排水系统应对暴雨洪水的整体能力水平，为系统优化提供明确方向。

二、城市道路基坑排水系统存在问题与成因分析

（一）典型问题案例收集与调研

通过调研多个城市道路基坑项目，发现排水系统失效案例具有显著共性。某市地铁基坑在强降雨期间发生倒灌，积水深度达 2 米，导致施工设备淹没及周边道路塌陷。另一案例中，下穿隧道基坑因排水能力不足，遭遇50 年一遇暴雨时完全被淹，中断交通长达 72 小时。调研数据显示， 80% 的基坑内涝事故发生在降雨强度超过设计标准的场景中，但其中有近半数降雨未达到极端水平。这些案例暴露出排水系统在应对超设计标准降雨时普遍存在脆弱性，同时在设计标准内的降雨事件中也时有失效情况发生，表明系统存在多重缺陷。

（二）现存系统的主要问题诊断

现有排水系统普遍存在设计标准滞后问题，仍采用 1-3 年一遇的低标准，无法应对日益频繁的极端天气。管网系统布局不合理，排水路径过长且管径偏小，导致排水效率低下。泵站设备老化严重，抽排能力不足且缺乏备用系统，故障率高。维护管理不到位，排水沟、管道淤塞严重，减少过水断面 30% 以上。系统协同性差，基坑排水与市政管网接驳不畅，存在高程冲突或容量不匹配问题。监测预警缺失，大多数基坑缺乏实时水位监测和预警装置，无法实现主动防控。

（三）问题成因的深层分析

问题根源在于气候变化适应性不足，传统设计标准基于历史气象数据，未能考虑气候变暖带来的降雨强度增加。规划设计阶段重视度不够，排水系统作为附属设施往往被简化处理，缺乏专项论证。建设与管理脱节，施工单位注重主体结构而忽视排水系统质量，运维阶段缺乏专业维护团队和资金投入。技术标准更新滞后，现行规范对海绵城市设施、智能监测等新技术应用要求不明确。

三、城市道路基坑排水系统优化设计研究

（一）优化目标与原则

城市道路基坑排水系统优化的核心目标是构建“安全可靠、高效智能、经济生态”的现代化排水体系。安全可靠性体现在系统能够有效应对设计重现期内的暴雨事件，保障基坑本体及周边环境稳定；高效智能性要求系统具备快速响应、自动运行和远程调控能力；经济生态性则强调在全生命周期内实现成本效益最优，并积极采用绿色基础设施。优化工作需遵循“系统规划、源头减排、过程控制、末端调蓄”的综合治理原则，将基坑排水与区域防洪排涝系统统筹考虑，实现从被动排水向主动防控的战略转变。

（二）关键环节优化设计策略

优化设计应采用多层级系统化策略。源头减排环节引入海绵城市理念，在基坑周边设置透水铺装、下沉式绿地和雨水花园，削减径流峰值流量。过程控制环节优化管网系统布局，采用增大管径、设置双向坡等措施提升排水效率；同时增设调蓄池等灰色设施，实现雨洪滞蓄与错峰排放。末端排放环节升级泵站系统，采用双电源备份和智能泵组，依据水位监测数据自动调节运行状态。

（三）基于数值模拟的优化方案验证

采用水文水力模型对优化方案进行量化评估与验证。建立SWMM 或MIKE URBAN 等专业软件模型，精确模拟降雨径流在优化系统中的汇流过程。通过设置不同重现期降雨情景（如 5 年、50 年一遇），对比分析优化前后系统的排水性能指标，包括峰值流量削减率、退水时间、管道充满度等关键参数。模型模拟可识别系统瓶颈段并优化设施参数，如调蓄池最佳容积、泵站抽排能力配置等。

结论

本研究系统分析了城市道路基坑排水系统在极端降雨条件下存在的设计标准不足、系统协同性差及智能化水平低等突出问题。通过提出源头减排、过程控制与末端调蓄相结合的多层次优化策略，并构建智慧排水管理体系，有效提升了系统的整体排水性能和防洪能力。数值模拟结果表明，优化后的系统在应对超标准降雨事件时表现出显著的性能改善。研究成果为城市道路基坑排水系统的科学设计和高效运维提供了重要理论支撑与实践指导，对提升城市基础设施韧性和防灾减灾能力具有积极推动作用。

参考文献：

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