下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)設(shè)計探討

駱培明

(杭州地方鐵路開發(fā)有限公司，杭州 310007)

1 下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著鐵路的不斷提速和沿線城市交通的快速發(fā)展，平改立項目和新建道路穿越鐵路項目增多，下穿鐵路立交橋在城市交通中地位不斷提高。據(jù)統(tǒng)計，下穿型立交橋約占我國已建成立交橋的70%左右，上海鐵路局管內(nèi)下穿鐵路橋涵共有3 530座，浙江省境內(nèi)下穿鐵路橋涵共有935座，其中設(shè)有泵站的有151座。

下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)的作用是在汛期及時排除匯集的雨水，保持道路交通的暢通。由于下穿鐵路立交橋兩側(cè)引道縱坡一般都較大，具有降雨時聚水較快的特點，若排除不及時就會威脅行車行人安全，中斷道路交通，嚴重的會影響立交橋和鐵路線路安全，而且很多下穿鐵路立交橋位于城市道路系統(tǒng)的咽喉部位，一旦交通中斷對人們的出行影響較大。

2 雨水排水系統(tǒng)的組成

下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)由雨水收集系統(tǒng)和雨水泵站組成。

雨水收集系統(tǒng)的作用是收集匯水范圍內(nèi)的地表雨水和地下水至集水池。由于下穿鐵路立交橋引道坡度較大(通常在2.0% ～3.5%之間)，造成雨水的地面徑流流速較大，接近甚至超過管道排放的流速，在引道上設(shè)置雨水井效果并不理想，所以一般采取在下立交最低處設(shè)置多篦集水井來收集雨水，多篦水井的個數(shù)是雨水設(shè)計流量與單個集水井容納流量的比值，并考慮1.2～1.5的堵塞系數(shù)。地下水位高于引道時在引道的基層內(nèi)鋪設(shè)軟式透水管，將地下水有組織地收集到管內(nèi)排入集水溝，地表雨水和地下水就近排入泵站集水池。

雨水泵站及時排除收集的雨水，是整個排水系統(tǒng)的核心。據(jù)經(jīng)驗表明，下穿鐵路立交橋雨水泵站采用潛水泵在實踐中取得的效果較好，可節(jié)省40% ～60%工程投資，工期可以縮短1/2～2/3;安裝維護方便，可臨時安裝;運行安全可靠，輔助設(shè)備少，降低了故障率;運行條件大為改善，泵房與控制室分開，振動、噪聲小;自動化程度高，潛水泵機組啟動、操作程序簡單;簡化泵房結(jié)構(gòu)。

3 排水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計標準與規(guī)模

雨水排水系統(tǒng)的設(shè)計標準，特別是泵站的設(shè)計規(guī)模與標準決定整個系統(tǒng)的投資和功能的發(fā)揮。在《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GBJ50014—2006)中有明確的規(guī)定，重要干道、地區(qū)或短期積水即能引起嚴重后果的地區(qū)，重現(xiàn)期一般選用3～5年，地面集水時間宜為5～10 min，并根據(jù)工程所在地的暴雨強度公式和雨水流量公式算出雨水設(shè)計流量。由于下穿鐵路立交橋引道坡度較大，集水較快，并考慮立交的重要程度，應(yīng)適當提高設(shè)計重現(xiàn)期和地面集水時間，一般宜取其上限。

3.2 雨水泵站集水池容積、隔柵及流態(tài)

對潛水泵站而言，集水池即泵室，集水池大小決定著泵站大小和工程造價，合理地確定集水池的大小顯得尤為重要。集水池有效容積一般按《室外排水設(shè)計規(guī)范》和設(shè)計手冊中規(guī)定，不應(yīng)小于最大一臺泵5 min的出水流量計算，這是基于人工操作所需啟動時間和避免潛水泵的頻繁啟動而要求的。隨著水泵技術(shù)、自控技術(shù)的發(fā)展，集水池的容積可以減小，從而降低工程造價。

隔柵的作用是清除雨水中較大的雜質(zhì)和漂浮物，以防雜質(zhì)和漂浮物吸入水泵，損壞泵體，從而延長水泵的使用壽命，有利于水泵的日常維護。除污可分為人工除污和機械除污，在選擇除污形式時應(yīng)選擇自動化程度高、操作簡單、方便、安全的方式，體現(xiàn)以人為本的設(shè)計原則。

集水池中雨水流態(tài)會對泵的運行產(chǎn)生影響，由于水泵與雨水收集系統(tǒng)和集水井相連，暴雨時流速較快的雨水徑流從集水井進入集水池會形成回流、湍流，從而惡化水泵的進水條件，導致水泵效率下降，應(yīng)采取導流等措施改進雨水流態(tài)以助于泵站的正常運行，可設(shè)置導流板和擋水板等。

3.3 水泵的選型、控制與安裝

水泵作為雨水泵站的核心直接對泵站的運行效率產(chǎn)生影響。一般要求易安裝、易維護、運行安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、故障率低。這些要求正好符合潛水泵的優(yōu)點，所以下穿鐵路立交橋雨水系統(tǒng)泵站宜采用潛水泵，其設(shè)計流量在自動控制時應(yīng)按設(shè)計秒流量確定，人工控制時應(yīng)按最大小時流量確定，水泵數(shù)量應(yīng)不少于2臺泵，以保證有1臺備用泵。

水泵的自動控制不僅有助于及時排水，還可減小集水池容積，因此下穿鐵路立交橋排水宜充分利用潛水泵易于實現(xiàn)自動控制的優(yōu)點，采用報警水位雙泵啟動方式控制，即高水位(小雨)時啟動1臺水泵，超高水位(大雨)時再啟動1臺水泵并報警。值得注意的是，使用潛水泵時最低水位不應(yīng)低于電動機露出液面部分的一半高度。

潛水泵的安裝，有懸吊式、斜拉式、自由移動式、軌道式自動耦合安裝等形式。目前，小型雨水泵站中潛水泵多采用軌道式自動耦合安裝，安裝、檢修時不需進入集水池，便于維護管理。

3.4 金城路下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)設(shè)計

杭州市蕭山區(qū)金城路下穿鐵路立交橋工程位于杭州市蕭山新區(qū)、鐵路滬昆繞行線，金城路里程為K4+630。

1)雨水泵站的雨水排水系統(tǒng)根據(jù)地質(zhì)鉆探資料地下水量微弱，地表雨水設(shè)計流量Q=ΨqF，其中Q為雨水設(shè)計流量，L/s、Ψ為徑流系數(shù)(道路取0.9)、q為設(shè)計降雨強度，L/s·h)、F為匯水面積，ha，設(shè)計降雨強度按杭州市暴雨強度計算 q=［3 360.04×(1+0.639lgP)］/(t+11.945)0.825，P 為設(shè)計重現(xiàn)期(下穿段道路取5年)、t為設(shè)計降雨歷時(下穿段道路取10 min)，經(jīng)計算最大時設(shè)計雨水流量為700 L/s。雨水收集采取在立交橋兩側(cè)機動車道和非機動車道最低處設(shè)置橫截溝，橫截溝上敷設(shè)GTG50H型水溝蓋。雨水收集后匯流到立交橋東側(cè)橫截溝排入雨水檢查井，采用DN800的鋼管引入，經(jīng)過機械隔柵除污機，除污后流入集水池(鋼筋混凝土沉井)。

2)集水池有效容積:集水池直徑 D=8.0 m，集水有效高度為1.85 m，得出有效容積為93 m3，最大水泵的流量Q=1 000 m3/h，5 min的出水流量為83.3 m3，集水池有效容積大于最大一臺泵5 min的出水流量。

3)考慮以人為本的設(shè)計原則，提高自動化程度。在雨水泵井內(nèi)設(shè)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(GSHZ-900-7310)1臺，有效寬度 W=0.9 m，安裝寬度 W=1.0 m，安裝高度 H=7.98 m，柵隙為5 mm，安裝角度 α為80°。

4)潛水泵型號的選擇需考慮①雨水提升高度6.85 m和出水管路的局部和沿程水力損失的要求，水泵揚程確定為15 m左右。②最大設(shè)計雨水流量為700 L/s，根據(jù)水泵配置原則、雨量變化特點和泵井反沖洗要求，本工程共設(shè)置4臺潛水泵，以2臺大型泵、1臺中型泵和1臺小型泵。300 W的Q1000-16-75型潛水泵2臺，水泵流量Q=1 000 m3/h，揚程 H=16 m水柱，配套電機功率為75 kW、250 W的Q600-15-45型潛水泵1臺，水泵流量 Q=600 m3/h，揚程 H=15 m水柱，配套電機功率為45 kW、100 W的Q70-15-7.5型潛水泵1臺，水泵流量Q=70 m3/h，揚程H=15 m水柱，配套電機功率為7.5 kW。潛水泵安裝采用軌道式自動耦合安裝，水泵控制采取自動控制與現(xiàn)場控制相結(jié)合。

圖1 雨水泵站示意

雨水泵站為半地下式，下部為集水池，上部為管理與操作設(shè)施，平面圖和剖面圖見圖1。該雨水泵站自建成后取得了較好的實際運行效果。

4 結(jié)束語

在下穿鐵路立交橋雨水排水系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計標準與規(guī)模應(yīng)適當提高重現(xiàn)期和集水時間，在水泵和格柵選型時盡量選擇自動化程度高、安裝簡單、易維護的型號，從而能縮小集水池容積降低工程造價。

[1] 上海市津建設(shè)和交通委員會.GBJ50014—2006 室外排水設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.

[2] 張云天.既有線平交道口改立交的排水設(shè)計［J］.鐵道建筑，2004(4):16-17.