下穿鐵路地道橋積水整治與排水設(shè)計(jì)優(yōu)化的探討

劉建華

(杭州地方鐵路開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310007)

隨著鐵路運(yùn)營速度的不斷提高,既有鐵路道口的存在對(duì)鐵路行車帶來了嚴(yán)重安全隱患。為保證列車、車輛及行人的安全,現(xiàn)狀鐵路道口將大規(guī)模的“平交改立交”。由于該類改造工程施工期間不得中斷鐵路正常運(yùn)營,故往往新建下穿鐵路的地道橋,采用頂進(jìn)法施工。另外,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長與城市建設(shè)的發(fā)展,城市交通路網(wǎng)的不斷完善,新建城市道路下穿鐵路的地道橋數(shù)量亦逐年增加。但是,近年來國內(nèi)時(shí)有因強(qiáng)降雨導(dǎo)致既有下穿鐵路地道橋積水嚴(yán)重、車輛熄火、交通堵塞,甚至發(fā)生人員傷亡事件。因此,必須采取措施,緩解或根治既有下穿鐵路地道橋的積水病害；另外,對(duì)于新建下穿鐵路地道橋的排水設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行反思與探討。本文分別從這兩個(gè)方面,結(jié)合具體的工程實(shí)踐展開討論。

1 既有地道橋積水病害整治

自2008年6月7日下午起,余杭區(qū)開始普降大到暴雨。據(jù)杭州市水文監(jiān)測部門的數(shù)據(jù)顯示,余杭區(qū)3 d平均降雨量達(dá)153 mm。27座大型水庫中有14座溢洪,北湖滯洪區(qū)實(shí)施分洪,部分山區(qū)堤塘出現(xiàn)漫頂,農(nóng)田受淹嚴(yán)重。城區(qū)部分地段因降水集中及排水不暢,積水嚴(yán)重。其中,鐵路滬昆線K180+666處1-7.0×3.0m地道橋積水嚴(yán)重,見圖1、圖2。鐵路路基因長時(shí)間的浸泡,2008年6月10日晚在該地道橋的杭州端路橋過渡段發(fā)生塌陷,局部軌枕懸空。幸虧發(fā)現(xiàn)及時(shí),搶險(xiǎn)措施得當(dāng),才避免了一起重大交通事故的發(fā)生。

圖2 地道積水排除后

1.1 病害分析

造成地道橋積水病害的原因較多,主要包括：計(jì)算的匯水面積小,降雨重現(xiàn)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,雨水口收集能力弱,連接管淤堵、滲漏,泵站設(shè)計(jì)排水能力小,泵站停電或設(shè)備損壞,泵站出水不暢(出水管淤堵、河道水位高)等[1]?，F(xiàn)就該下穿鐵路地道橋積水病害的主要問題分析如下：

1)原設(shè)計(jì)的降雨重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)較低,道路為1年一遇,地道橋泵站為2年一遇[2]。

2)下穿段道路受鐵路兩側(cè)現(xiàn)狀道路的制約,道路兩側(cè)無條件設(shè)置反坡點(diǎn)以阻止其他區(qū)域的雨水涌入,從而加重了泵站負(fù)荷。

3)下穿段道路的坡長較短,坡率較陡。引道段的雨水不能及時(shí)地通過雨水口收集,導(dǎo)致道路積水。

4)既有下穿道路除臨近鐵路側(cè)第一節(jié)采用U型槽結(jié)構(gòu)外,其余段均采用擋墻結(jié)構(gòu)支護(hù)。而場地的地下水位較高(地面下0.8 m左右),故泵站既要排除地表水又要排除地下水。

5)原下穿道路兩側(cè)擋墻頂標(biāo)高未核實(shí)場地的洪水位標(biāo)高,暴雨期間道路兩側(cè)場地雨水從擋墻頂漫流至下穿路段內(nèi),從而加重了泵站負(fù)荷。

6)泵站內(nèi)電氣、自控等設(shè)備設(shè)置高度較低,道路積水時(shí),泵站集水井溢出的雨水淹沒水泵的電氣及控制裝置,致使水泵停止工作,使得水泵在暴雨停止之后也不能立即投入運(yùn)營,以致加重了道路積水影響[3]。

7)集水井至泵站的連通管由于其覆土厚度較大,采用頂管法施工。頂管基底處于粉砂土層,由于相鄰管節(jié)間及管節(jié)與井壁間的空隙處理不妥,產(chǎn)生嚴(yán)重的“流土”現(xiàn)象,從而影響道路的排水系統(tǒng)。

8)地道橋主體采用頂進(jìn)法施工,而施工期間未對(duì)其兩端的止水帶采取有效的保護(hù)措施,導(dǎo)致地道橋與出入口第一節(jié)U型槽間的沉降縫間滲漏嚴(yán)重。

9)隨著區(qū)域城市化進(jìn)程的發(fā)展,既有的溝渠、河道等排水系統(tǒng)多遭受填埋或淤積,導(dǎo)致泵站的出水徑路不暢。

10)道路排水設(shè)施養(yǎng)護(hù)力度不夠,道路養(yǎng)護(hù)單位在雨前、雨中未能及時(shí)清理雨水算子口的塑料袋、樹葉、積泥等淤堵物, 雨水排除困難。

1.2 病害整治

由于本地道橋基底處于粉砂土層,為防止鐵路路基被雨水浸泡坍塌事故的發(fā)生,必須加強(qiáng)對(duì)路橋過渡段的處理。該病害整治過程中,地道橋兩側(cè)的路橋過渡段采用壓密注漿的方式加固,注漿深度同箱身高度為5.1 m。為確保注漿效果,沿鐵路縱向不小于10 m的范圍內(nèi)設(shè)置雙排搭接的Φ600 mm高壓旋噴樁帷幕,旋噴樁有效樁長7 m,搭接200 mm。

將既有第一節(jié)U型槽外的擋墻均改建為U型槽,共設(shè)置18節(jié)U型槽,每節(jié)U型槽長15.0 m,共270.0 m。U型槽底板厚600 mm,材料為C30防水混凝土,抗?jié)B等級(jí)為S6,側(cè)墻外涂熱瀝青防水層兩道。相鄰U型槽間設(shè)30 mm沉降縫,并在每個(gè)沉降縫下設(shè)置鋼筋混凝土枕梁。既有第一節(jié)U型槽與新建U型槽接縫處設(shè)置安裝式鋼板止水帶,新建U型槽之間接縫處設(shè)置埋入式和外貼式止水帶各一道,邊墻止水帶設(shè)置到地下水位以上。U型槽的墻背采用塘碴回填。

道路里程K0+078至K0+382挖方U型槽段車道邊緣設(shè)置碟形水溝,通過碟形水溝、縱坡實(shí)現(xiàn)路面排水,并在最低點(diǎn)K0+220處車道邊緣設(shè)置兩個(gè)鋼筋混凝土雨水井,通過Φ300 mm鋼管連接,后由Φ400 mm鋼管接入既有泵房。鋼管外包混凝土。新建排水泵站,降雨重現(xiàn)期按5年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

本次病害整治工程投資為473萬元,于2008年底竣工驗(yàn)收,經(jīng)過10年多的運(yùn)營狀況較好。

由于各種客觀條件的限制,既有地道橋積水病害不可能短期內(nèi)全部根治。因此,對(duì)既有地道橋積水病害采取必要的緩解措施也是非常必要和迫切的。今結(jié)合工程實(shí)踐,現(xiàn)將幾種常見的緩解方案綜述如下：

1.2.1 增設(shè)輔道方案[4]

地道橋下積水后總想方設(shè)法快速排除積水,保障車輛通行。若下穿道路采取主車道(通行凈空5.0 m)與輔路(通行凈空3.5 m)設(shè)計(jì)。雖主車道積水不能行駛車輛,但輔路依然可以保障通行。

增設(shè)輔道方案可不用考慮因積水而改造泵站,而是將積水視為調(diào)蓄水量。機(jī)動(dòng)車道按照兩種不同的通行凈空設(shè)計(jì)道路縱斷面,以局部墊高路面增設(shè)輔路的小代價(jià)換取改造泵站所需的大費(fèi)用,從而保證道路不中斷車輛通行的目的。

1.2.2 交通緩解方案

該方案適用于地道橋下最深積水(<100 mm),車流量受阻的情況下。利用既有地道橋增設(shè)的交通措施,緩解車流的臨時(shí)措施,屬于汛期應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案之一。它的優(yōu)點(diǎn)是改建費(fèi)用低,可在沒有條件改造泵站狀況下實(shí)施。其主要的改建內(nèi)容包括：在上下行車道(或主輔路)中間隔離帶(墩)增設(shè)活動(dòng)?xùn)艡陂T；在上行車道后一個(gè)路口處增設(shè)交通繞行標(biāo)志；在輔路上增設(shè)必要的限高、限寬標(biāo)志等。

交通緩解方案的啟動(dòng)流程：

1)打開在上下行車道中間隔離帶(墩),增設(shè)的活動(dòng)?xùn)艡陂T,讓上行車道內(nèi)的車輛左轉(zhuǎn)調(diào)頭駛?cè)胂滦熊嚨?從下一個(gè)路口繞行。同時(shí)在上行車道后一個(gè)路口處設(shè)交通繞行標(biāo)志。

2)當(dāng)輔路最低點(diǎn)高于主路最低點(diǎn)、車輛還可通行時(shí),打開主輔路中間隔離帶(墩)活動(dòng)欄桿門,使車輛進(jìn)入輔路慢速前行,擇路口再進(jìn)入上行車道。輔路上要注意限高、限寬標(biāo)志。

3)當(dāng)輔路也不能通行時(shí),由交警指揮車輛,分時(shí)段放行。

1.2.3 增設(shè)雨棚方案

本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念,若上述兩個(gè)方案實(shí)施后仍不能保證強(qiáng)降雨期間,人行及非機(jī)動(dòng)車道的通行。建議在地道橋出入口段的支擋結(jié)構(gòu)頂增設(shè)雨棚結(jié)構(gòu)。若需節(jié)約改建費(fèi)用,可將既有的人行、非機(jī)動(dòng)車道改造成臺(tái)階式。

1.2.4 增設(shè)雨水調(diào)蓄池方案

道路積水整治應(yīng)摒棄過去“只排不蓄”的設(shè)計(jì)理念,建立“留住雨水”的新概念——新建雨水調(diào)蓄池。對(duì)于下穿道路,首先應(yīng)確保及時(shí)將雨水排入雨水管；當(dāng)降雨產(chǎn)生洪峰流量時(shí),若既有市政管網(wǎng)的過水能力不能滿足泵站的設(shè)計(jì)排放要求或下游水體的洪水位高于立交道路低點(diǎn)標(biāo)高時(shí),可將不能排出的雨水暫時(shí)引入增設(shè)的雨水調(diào)蓄池中。這樣既錯(cuò)開歷時(shí)較短的洪峰，緩解路面積水,又實(shí)現(xiàn)水資源的有效利用。

2 新建地道橋排水優(yōu)化措施

“菲特”于2013年10月7日凌晨1時(shí)15分以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度登陸福建福鼎市沙埕鎮(zhèn),是自1949年以來在10月份登陸我國陸地的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。10月7日,寧波全市230余個(gè)氣象站中有超過80%的站測得的降雨量超過100 mm,其中7個(gè)站測得降雨量超過500 mm,最大的余姚上王崗站降雨量達(dá)到568.2 mm。市區(qū)下穿鐵路地道橋下有的出現(xiàn)5 m以上積水,成為交通梗阻點(diǎn)。據(jù)《寧波日?qǐng)?bào)》2013年11月4日?qǐng)?bào)道,由筆者單位代建的寧波市江北區(qū)麗江西路下穿鐵路地道橋(圖3、圖4)沒有積水,成為本次寧波市“抗臺(tái)搶險(xiǎn)”運(yùn)輸?shù)纳€。

該地道橋施工管理過程中,對(duì)于排水設(shè)計(jì)主要考慮了如下的優(yōu)化措施：

1)暴雨重現(xiàn)期由通常的2年標(biāo)準(zhǔn)提高為5年[5]；

2)引道始、終點(diǎn)附近設(shè)置反坡段；

3)地下水位以下的下穿路段均采用U型槽結(jié)構(gòu)；

4)主道與輔道分別設(shè)置不同的通行凈空；

5)下穿段的道路兩側(cè)均設(shè)置排水蓋板邊溝；

6)泵站出水排入附近的余姚江；

7)泵站采用雙路供電，泵站內(nèi)設(shè)置遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

圖3 地道橋平面鳥瞰圖

圖4 地道橋半立面圖

3 結(jié) 語

排水設(shè)施雖然是地道橋的附屬設(shè)施,但對(duì)地道橋的正常使用起著至關(guān)重要的作用,在地道橋的設(shè)計(jì)中必須高度重視。筆者認(rèn)為,對(duì)于新建下穿鐵路地道橋排水設(shè)計(jì)應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

1)泵站設(shè)計(jì)參數(shù)的取值應(yīng)充分考慮下穿式道路地勢的特殊性,對(duì)于積水時(shí)間、匯水面積、徑流系數(shù)以及重現(xiàn)期的取值應(yīng)考慮最不利條件的影響,在設(shè)計(jì)過程中用短歷時(shí)降雨強(qiáng)度的極值進(jìn)行校核為宜[6]；

2)下穿鐵路地道橋的引道坡度大、坡長短,集水時(shí)間短,雨水口的收集能力不易滿足泵站設(shè)計(jì)參數(shù)取值的要求,建議采用蓋板溝代替雨水口,蓋板溝過水?dāng)嗝鎽?yīng)與泵站設(shè)計(jì)參數(shù)的取值相匹配[7]；

3)若受條件制約,無法為泵站設(shè)置獨(dú)立的排水出口時(shí),應(yīng)充分考慮泵站抽排能力對(duì)下游管網(wǎng)排水系統(tǒng)的影響[8]。

對(duì)于既有下穿鐵路地道橋積水病害的整治過程中則應(yīng)本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念,按照“安全經(jīng)濟(jì)、施工便捷”的原則進(jìn)行改造。確保整治后能保證“小雨不積水、大雨可通車、暴雨能行人、積水及時(shí)排”。