城市道路下穿現(xiàn)況鐵路立交路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

劉佳男

（北控水務(wù)（中國(guó)）投資有限公司，北京 100102）

1 引言

下穿立交作為交通樞紐，對(duì)城市交通的正常運(yùn)營(yíng)起著重要作用，其自身的重要性和復(fù)雜性，給下穿立交排水設(shè)計(jì)增添了很大難度，下穿立交雨水的排除必須及時(shí)通暢，才能保證下穿立交的功能性。本文通過簡(jiǎn)單分析，結(jié)合排水工程的具體要求，總結(jié)了下穿立交道路路面排水設(shè)計(jì)的原則和方法，為城市道路下穿現(xiàn)況鐵路立交排水設(shè)計(jì)提供參考。

2 下穿立交排水的特點(diǎn)

2.1 交通上的重要性

下穿立交雨水排水系統(tǒng)的作用是在雨天及時(shí)有效地排除下穿立交范圍內(nèi)匯集的大量雨水，維持城市道路安全順暢運(yùn)行。由于下穿立交兩側(cè)引道縱坡一般都較大，降雨時(shí)聚水較快，若雨水排除不及時(shí)，往往會(huì)影響交通并威脅車輛行人安全，故立交排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求高于常規(guī)排水設(shè)計(jì)。

2.2 排水設(shè)計(jì)難度大

第一，排水設(shè)計(jì)的特殊性。下穿立交區(qū)域內(nèi)的道路往往低于周邊道路約3～6m，形成縱坡很大的盆地，導(dǎo)致雨水很快匯集到立交最低點(diǎn)而造成積水。且立交的存在阻隔了一個(gè)地區(qū)原有的區(qū)域排水系統(tǒng)，立交雨水和原區(qū)域雨水需要各成系統(tǒng)獨(dú)立排除且互不干擾，增加了設(shè)計(jì)難度。此外，由于下穿立交在道路交通上占有很重要的地位，立交道路上車輛多、速度快，對(duì)后期排水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)和管理造成了很大困難。第二，排水設(shè)計(jì)的復(fù)雜性[1]。下穿立交區(qū)域內(nèi)的道路往往低于周邊道路,易造成雨水的快速匯集和排水不暢，因此若不能將高區(qū)雨水有效地截流排走,就會(huì)直接影響到低區(qū)雨水的有效排除,導(dǎo)致橋下路面積水受淹而影響通行。因此在進(jìn)行排水設(shè)計(jì)時(shí),要統(tǒng)籌考慮整個(gè)立交范圍的地面徑流,設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜。第三，排水設(shè)計(jì)的煩瑣性。由于下穿現(xiàn)況鐵路立交是由道路（鐵路）、橋梁、排水等多種專業(yè)在一起共同完成的綜合性設(shè)計(jì),因此,各專業(yè)的相互配合協(xié)調(diào)很重要,作為重力流的排水專業(yè)必須先行,為道路及鐵路專業(yè)提供條件,協(xié)調(diào)確定道路低點(diǎn)路面標(biāo)高以及墩柱、擋土墻位置,以防止管線在平面及豎向上相互矛盾。

3 下穿立交排水設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

第一，設(shè)計(jì)規(guī)范?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50014-2011；《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50069-2002)；《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》（給水排水專業(yè)）；《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第5冊(cè)《城鎮(zhèn)排水》（第二版）。第二，基礎(chǔ)資料。下穿立交排水工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料，主要包括相關(guān)立交工程的排水規(guī)劃（其中包含區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)、管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、下游受納系統(tǒng)出路）、下游受納河湖的控制水位、工程地區(qū)的地質(zhì)勘察報(bào)告以及下穿道路立交施工圖設(shè)計(jì)等。

3.2 設(shè)計(jì)原則

下穿立交范圍的道路路面排水應(yīng)盡量考慮分散排除的原則，即下穿立交道路系統(tǒng)單獨(dú)排放，正常高程道路的雨水也獨(dú)立形成系統(tǒng)，互不連通，使匯集于立交低處的需要抽升或自流排放的雨水量盡可能減少。對(duì)于需要采取泵站抽升形式排除道路雨水的立交而言，如何盡量縮小需抽升進(jìn)入泵站的水量，成為下穿立交道路路面排水設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵所在。

3.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

第一，重現(xiàn)期（P）?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50014-2011中規(guī)定，立交排水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不小于3年，重要區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高，同一立體交叉工程的不同部位可采用不同的重現(xiàn)期。北京市規(guī)劃委員會(huì)于2011年9月公示并執(zhí)行了《關(guān)于調(diào)整北京市雨水排除系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的意見》[2],其中規(guī)定了北京地區(qū)道路立交雨水泵站及立交范圍雨水管線的設(shè)計(jì)重現(xiàn)區(qū)為5～10年。第二，徑流系數(shù)（ψ）。道路與鐵路立交（坡度大、地面覆蓋比例大），徑流系數(shù)一般采用ψ=0.9～1.0。第三，地面集水時(shí)間（t）。立交道路雨水的地面集水時(shí)間，指雨水自立交匯水面積的最遠(yuǎn)端流行至立交道路最低點(diǎn)所需的時(shí)間，不計(jì)入管內(nèi)流行時(shí)間，一般選用5～10min。

4 雨水量計(jì)算及管徑的確定

雨水設(shè)計(jì)流量（以北京為例）的確定，按下式計(jì)算：

Q＝ψ×q×F

式中 Q——雨水設(shè)計(jì)流量（l/s）；ψ——綜合徑流系數(shù)；F——匯水面積（ha）；q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（l/s·ha）。

式中P——設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（a）；t——降雨歷時(shí)（min）；

匯水面積的確定：沿道路延伸方向，匯水面積應(yīng)以下穿立交道路的邊坡高點(diǎn)為界；沿道路橫斷方向，匯水面積應(yīng)以擋墻或坡頂線等分水處為界，具體范圍應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的特點(diǎn)確定。

干管管徑的確定：干管指立交道路低點(diǎn)雨水排入點(diǎn)的下游管段，其管徑根據(jù)上述雨水設(shè)計(jì)流量Q值，通過計(jì)算確定。

支管管徑的確定：支管指立交道路低點(diǎn)雨水排入點(diǎn)的上游管段，其設(shè)計(jì)流量按照該管段所連接的雨水口的泄水能力累加，估算各段支管的流量，依據(jù)此流量確定管徑。

5 雨水口設(shè)計(jì)

5.1 雨水口的布置方式

在下穿立交雨水設(shè)計(jì)中，雨水口的布置是重要環(huán)節(jié)。由于下穿立交道路縱坡較大，雨水地面徑流流速快且水量大，故通常會(huì)沿道路縱坡方向于道路低點(diǎn)處設(shè)置多篦雨水口來收集雨水，雨水口對(duì)稱布置于道路兩側(cè)。當(dāng)?shù)缆房v坡較緩時(shí)，可適當(dāng)在坡道上布置雨水口以減輕雨水大量集中匯于道路低點(diǎn)處，但是并不折減道路低點(diǎn)雨水口數(shù)量。

5.2 雨水口數(shù)量的計(jì)算方法

道路低點(diǎn)處雨水口數(shù)量應(yīng)按匯集到低點(diǎn)的雨水量（Q）計(jì)算。由于道路低點(diǎn)處雨水的匯水量較大，通常需設(shè)置多篦雨水口，每個(gè)雨水口的泄水能力以15(L/s)計(jì)。雨水口泄水量總和宜按等于或稍大于設(shè)計(jì)雨水量（Q）計(jì)算。

考慮初期雨水中雜物堵塞的影響，實(shí)際布置的數(shù)量應(yīng)視重要性相應(yīng)增加。計(jì)算方法是將計(jì)算得出的理論雨水口數(shù)量乘以1.2～1.5的安全系數(shù)。雨水口排水管管徑根據(jù)雨水量選定，由于雨水口排水管的最大管徑為D500，當(dāng)一條管不能滿足泄水要求時(shí)，可在一組雨水口中設(shè)2根或2根以上雨水口排水管。

6 實(shí)例分析

昌平新城沙河創(chuàng)新基地位于北京市昌平區(qū)，其范圍北起北六環(huán)路，南至北沙河，東起八達(dá)嶺高速路西至沙河西區(qū)十二號(hào)路。其中創(chuàng)新中路位于創(chuàng)新基地中部，道路全長(zhǎng)約2公里，且下穿現(xiàn)況京包鐵路。下穿段道路規(guī)劃紅線為70m，規(guī)劃斷面為四幅路，兩側(cè)主路為二上二下。下穿立交段道路設(shè)計(jì)最低點(diǎn)高程（37.574）低于該處20年一遇洪水位高程（41.90），故道路立交范圍內(nèi)雨水無法自流排除，須通過規(guī)劃立交雨水泵站將立交范圍內(nèi)雨水提升至規(guī)劃河道。

雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期：P=5.0年；道路徑流系數(shù)：Ψ=0.90；地面集水時(shí)間：t=5min；

立交范圍匯水面積：F=2.4ha（以立交道路兩變坡高點(diǎn)與道路兩側(cè)擋土墻為界所覆蓋的范圍）；雨水口泄水能力：15l/s。通過計(jì)算求得設(shè)計(jì)：立交雨水流量Q=1093.2l/s，干管管徑D=1200mm，立交低點(diǎn)處理論雨水口個(gè)數(shù)為73個(gè)（主輔路總和），安全系數(shù)采用1.2，實(shí)際布置雨水口88個(gè)。

7 結(jié)論

隨著城市高速發(fā)展，下穿立交排水設(shè)計(jì)在市政配套設(shè)計(jì)中已經(jīng)成為重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否合理直接影響到立交的使用情況，只有堅(jiān)持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度才能確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，使城市排水設(shè)計(jì)能夠更好地滿足經(jīng)濟(jì)、合理、適用的要求。