雄安高鐵站片區(qū)市政排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

薛百良

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京市 100037）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基坑工程也在向深、大、難等方向發(fā)展。在發(fā)達(dá)城市，尤其北京、上海等超大城市，這就對深基坑工程的施工提出了更高的要求[1]。

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)，城市規(guī)模越來越大，作為城市擴(kuò)張的重要配套設(shè)施，排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)尤為重要，排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性是城市正常運(yùn)行的重要保證。近年來，暴雨引起的城市內(nèi)澇問題頻發(fā)，暴露出排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)面臨的諸多問題：不結(jié)合實(shí)際情況選取設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；管道泄水能力不滿足實(shí)際需求；忽略管道埋深對其他工程的影響；管道豎向交叉時(shí)的解決方式不合理；排水構(gòu)筑物布置不合理；初期雨水污染綠化帶植物等。因此我們需要不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

雄安站是雄安新區(qū)連接國家鐵路網(wǎng)的交通節(jié)點(diǎn)，高鐵站片區(qū)是昝崗組團(tuán)乃至雄安新區(qū)率先開發(fā)建設(shè)的區(qū)域，區(qū)域規(guī)劃用地面積4.90 km2。作為配套建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，片區(qū)排水管網(wǎng)系統(tǒng)工程分兩期實(shí)施。排水系統(tǒng)采用初期雨水截流式的雨污分流制。本文通過對雄安新區(qū)高鐵站片區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題進(jìn)行總結(jié)，歸納出排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中需要關(guān)注的細(xì)節(jié)及要點(diǎn)，為排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 合理選擇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了不同城市不同區(qū)域的雨水管渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范并結(jié)合《雄安站樞紐片區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》要求，雄安高鐵站片區(qū)雨水管道設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期取5 a 一遇，緊鄰高鐵站周邊道路雨水管道按10 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。然而一些城市的核心區(qū)、功能區(qū)、開發(fā)區(qū)經(jīng)常采用同一種標(biāo)準(zhǔn)[1]。甚至一些城市的排水管網(wǎng)都是直接取規(guī)范的下限來設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)排水能力偏小，預(yù)留的排水余量不足，造成內(nèi)澇頻發(fā)。排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有前瞻性，要根據(jù)城市規(guī)模及區(qū)域功能定位并結(jié)合城市的氣候條件及歷史數(shù)據(jù)，考慮為城市發(fā)展留有余量，合理選擇設(shè)計(jì)重現(xiàn)期。

1.2 匯水分區(qū)的劃分

根安高鐵站片區(qū)地形較為平緩，劃分匯水分區(qū)時(shí)，多按照路網(wǎng)對角線等分的原則進(jìn)行劃分。根據(jù)匯水分區(qū)給地塊預(yù)留了雨污水檢查井，方便后期地塊接入。后期施工時(shí)發(fā)現(xiàn)一些地塊開發(fā)完成后地形并不平整，甚至存在較大高差，這就導(dǎo)致一部分預(yù)留排水接口并沒有雨污水匯入，一部分預(yù)留管道卻流量負(fù)荷過大，設(shè)計(jì)與實(shí)際存在較大偏差，導(dǎo)致排水管道的管徑及坡度設(shè)計(jì)不合理。

對角線四等分劃分匯水分區(qū)的方式在地勢平坦的區(qū)域是具有可行性的，但對于地塊高差較大時(shí)就不再適用。因此在劃分匯水區(qū)域時(shí)，應(yīng)收集相關(guān)資料，根據(jù)地形條件與地塊開發(fā)單位相配合，確定水流方向及檢查井預(yù)留位置，使設(shè)計(jì)更合理。

1.3 管道泄水能力的校核

在雄安高鐵站片區(qū)雨水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)選定的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期、暴雨強(qiáng)度公式、降雨歷時(shí)及地塊的匯水面積等參數(shù)計(jì)算地塊的雨水設(shè)計(jì)流量，根據(jù)此流量給地塊預(yù)留雨水排出管，按此流量疊加進(jìn)行下游管線的水力計(jì)算。此方法看似合理，卻忽略了地塊之間的差異，在后期配合中發(fā)現(xiàn)某地塊事實(shí)上為下沉廣場，按照規(guī)范該區(qū)域設(shè)計(jì)重現(xiàn)期應(yīng)取50 a，而該區(qū)域面積較大，設(shè)計(jì)降雨量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)留的管道及臨近干管的泄水能力，且該地塊距河流較遠(yuǎn)，沒有條件直接排河，故只能放大下游管線的管徑及坡度，這不僅對下游管線產(chǎn)生巨大影響，也影響了其他專業(yè)及沿線其他工程的進(jìn)度。因此，我們在進(jìn)行管道水力計(jì)算時(shí)，要全面了解地塊的相關(guān)信息，及時(shí)掌握管道沿線的較大集中流量的匯入情況，科學(xué)合理得進(jìn)行管道水力計(jì)算。

同理，對于市內(nèi)下穿立交地道，如積水不能重力排除，建議按照50 a 一遇的重現(xiàn)期設(shè)置排水泵站，水泵供電采用一級負(fù)荷，并應(yīng)設(shè)置可靠的雨水排出口。若排入市政雨水管道，要校核管道的泄水能力。

1.4 考慮管道埋深對相關(guān)工程的影響

排水管道沿路布置時(shí)，應(yīng)按照道路管線綜合的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行布線。在滿足管道排水能力的基礎(chǔ)上，盡可能利用地勢，通過重力流排放雨污水，力求使管線長度最短，管道埋深最小，但也要為遠(yuǎn)期工程預(yù)留條件。

高鐵站片區(qū)道路下除了有市政管線外，還規(guī)劃有縱橫交錯(cuò)的地下綜合管廊、纜線管廊、地鐵、地下過街通道及地下商業(yè)等建筑。設(shè)計(jì)中雨污水管線與管廊碰撞時(shí)有發(fā)生，而雨污水管線的標(biāo)高，往往是其他地下工程的埋深的控制因素，埋深直接關(guān)系著工程的建設(shè)成本。因此在進(jìn)行雨污水管線的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮相關(guān)工程，對于標(biāo)高上無法避開的盡量選擇雨污水管線繞行，減少整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)成本，對于同期建設(shè)的地下工程，應(yīng)與相關(guān)設(shè)計(jì)密切配合，有條件的盡可能在施工前做出各項(xiàng)工程的BIM 模型，檢查碰撞。

1.5 合理布置排水構(gòu)筑物

雨污水檢查井盡量設(shè)在非動(dòng)車道或人行道上，機(jī)動(dòng)車道上設(shè)置井蓋不僅影響景觀效果，還容易造成交通事故，如無法避免時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路交通圖，使檢查井蓋避開汽車輪跡線，避免井蓋遭碾壓。根據(jù)圖集選檢查井型號時(shí)需要明確適用條件，對于超出圖集適用范圍的檢查井（管徑過大、埋深過深、不良地質(zhì)條件等）,需要由結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)常被設(shè)計(jì)人忽略。干管埋深過深時(shí)（埋深大于5 m），若采用管頂平接來布置地塊預(yù)留管，會(huì)導(dǎo)致預(yù)留管埋深過深，不經(jīng)濟(jì)（一般埋深1.5～2 m 即可滿足地塊需求），可以適當(dāng)抬高預(yù)留管標(biāo)高，接入井可考慮做成跌水井。

雨水口布置除滿足規(guī)范要求的間距外，應(yīng)設(shè)在道路的最低點(diǎn)。相交路口需按照道路的交叉口豎向圖在低點(diǎn)布置。高鐵站片區(qū)出現(xiàn)施工完后發(fā)現(xiàn)，雨水口實(shí)際并不是在道路實(shí)際最低點(diǎn)，造成路面積水。因此，在施工前要根據(jù)道路最終豎曲線及交叉口豎向設(shè)計(jì)核實(shí)，確保雨水口位于道路、交叉口實(shí)際最低點(diǎn)。在施工交底時(shí)向施工方介紹清楚雨水口布置原則，當(dāng)?shù)缆肥┕づc圖紙不一致時(shí)，應(yīng)聯(lián)系設(shè)計(jì)方，根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整。

根據(jù)片區(qū)控規(guī)，本片區(qū)雨水年徑流總量控制率不低于85%，雨水徑流污染削減率不小于80%。為滿足海綿要求，本項(xiàng)目在機(jī)非隔離綠化帶中設(shè)有溢流雨水口。而綠化帶寬度多為2.5 m，其下還敷設(shè)有路燈及信號燈的電力通信線纜、手孔井及燈桿基礎(chǔ)、綠化噴灌的再生水管及取水井、市政消火栓及閥門井等，這些管線的埋深均在1.5 m 范圍內(nèi)，因此在平面及豎向上難免會(huì)出現(xiàn)交叉碰撞的現(xiàn)象，尤其在路口最為明顯。建議各相關(guān)專業(yè)合圖后出一張局部的平剖面詳圖，共同約定出設(shè)置在綠化帶內(nèi)各種管線及構(gòu)筑物的布置原則，相互避讓，以免出現(xiàn)各種構(gòu)筑物避讓不開，無法施工的情況。

1.6 雨污水管線豎向交叉的解決辦

設(shè)計(jì)中雨污水管線豎向交叉時(shí)，首先應(yīng)考慮降低或者抬高某種管線的標(biāo)高，通過設(shè)置跌水井的方式避免交叉，這種方式有一定的局限性，壓低管道埋深會(huì)可能導(dǎo)致下游管道的埋深過深，甚至要增設(shè)提升泵站，增加建設(shè)成本。

另一種方式是在保證管道泄水能力不變的情況下，通過調(diào)整管道的管徑及坡度來避免豎向交叉，如管徑d2000、坡度0.001，滿流的鋼筋混凝土管的泄流量約為4 810 L/s（流速1.5 m/s）。同時(shí)，管徑2 500 mm×1 000 mm，坡度0.002 5，滿流的矩形方溝的泄流量為4 850 L/s（流速1.94 m/s）,兩種管徑豎向高度差1m,但流量大致相同，因此可通過這種管徑變換來避免交叉。

若前兩種方式均無法解決豎向交叉時(shí)，可以通過設(shè)置倒虹吸井或交匯井的方式來解決。污水管穿越河道或者障礙物時(shí)多用倒虹吸井，利用連通器的原理，通過兩頭高差來使水流自動(dòng)繞過障礙物流向下游[2]。雄安高鐵站片區(qū)污水管穿越河道時(shí)均采用這種方式。由于倒虹吸管易堵塞，倒虹管數(shù)量不少于兩條，且要保證倒虹吸管的流速大于進(jìn)水管的流速（不小于0.9 m/s）。

交匯井的工作原理與倒虹吸井類似，因雨水管管徑較大，一般是截?cái)嘤晁埽刮鬯苷鶑挠晁畽z查井中穿過，被污水管遮擋的過水?dāng)嗝?，通過降低井底增加空間來彌補(bǔ)，保證雨水管道的排水能力滿足設(shè)計(jì)值。這種方式結(jié)構(gòu)較簡單，便于維護(hù)管理。

1.7 分期建設(shè)工程做銜接

雄安高鐵站片區(qū)市政排水管網(wǎng)分兩期建設(shè)，在做一期工程時(shí)為遠(yuǎn)期工程預(yù)留條件，一般會(huì)在施工終止線附近預(yù)留檢查井或延伸管，此處建議伸出施工分界線外2 m，管端頭用砂漿灰砌磚封堵。若預(yù)留在施工終止線上或施工終止線以內(nèi)，在遠(yuǎn)期工程施工時(shí)需要對已完成的道路進(jìn)行破除才能接管，這會(huì)造成資源浪費(fèi)，也增加了施工難度。

對于下游管線未施工，但上游管線需要投入使用的情況，需要根據(jù)需求建設(shè)過渡期臨時(shí)排水管，待規(guī)劃下游管線施工后再進(jìn)行導(dǎo)接。

1.8 初期雨水污染問題

對于初期雨水尚沒有明確的定義，一般指一場降雨前15min 的降雨量，或者降雨前6～8 mm 的降雨量[3]?？紤]到機(jī)動(dòng)車道重金屬污染、油污等有機(jī)污染物及融雪劑等無機(jī)污染物，初期雨水水質(zhì)差，若直接排入下沉式綠化帶內(nèi)，會(huì)對植物造成損害。筆者建議采用雙雨水口的形式（具體連接形式見圖1、圖2），人行道和非機(jī)動(dòng)車道雨水通過開口路沿石流入下沉綠地，機(jī)動(dòng)車道一側(cè)路沿石不開口，雨水由機(jī)動(dòng)車道邊的環(huán)保雨水口直接排入雨水管道，不進(jìn)入下沉綠地。

圖1 雨水口布置橫剖面示意圖（道路紅線寬度不小于40 m）

圖2 雨水口布置橫剖面示意圖（道路紅線寬度不小于40 m）

雨水管收集的初期雨水被設(shè)置在排河口處的初雨截留井截流后排入規(guī)劃雨水調(diào)蓄池，并在雨后排入污水管網(wǎng)，最終排入片區(qū)污水處理廠，具體流程見圖3。

圖3 海綿型道路技術(shù)路線圖

3 總結(jié)及建議

排水管網(wǎng)作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響著我們的日常生活。在進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)要以上位規(guī)劃為依據(jù)，充分掌握基礎(chǔ)資料，理論聯(lián)系實(shí)際地開展設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)中要與相關(guān)專業(yè)密切配合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。從實(shí)際使用效果出發(fā)去想問題，積極使用新技術(shù)新工藝，力求使整個(gè)排水工程的工程量最小、能耗最底、占用空間最小、水流最通暢，取得良好的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。