跨水源保護(hù)區(qū)橋梁應(yīng)急排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉碧嫻

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

通常橋梁跨越水體時(shí)，一般設(shè)置橋面落水井收集橋面雨水后直接排入河涌。當(dāng)運(yùn)輸危險(xiǎn)化工材料車輛在跨越水源保護(hù)地等敏感水體的橋梁上發(fā)生事故時(shí)，泄漏的危險(xiǎn)品將通過橋面排水系統(tǒng)直接排入水體，將對(duì)城市水源造成嚴(yán)重污染。

2007年，國家環(huán)境保護(hù)總局印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)公路規(guī)劃和建設(shè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的通知》（環(huán)發(fā)〔2007〕184號(hào)），規(guī)定公路建設(shè)設(shè)計(jì)路線應(yīng)盡量避開飲用水水源保護(hù)區(qū)。跨越飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)、準(zhǔn)保護(hù)區(qū)和二類以上水體的橋梁，為防范危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在橋梁上設(shè)計(jì)橋面徑流水收集系統(tǒng)，并在橋梁兩側(cè)設(shè)置沉淀池，對(duì)發(fā)生污染事故后的橋面徑流進(jìn)行處理，確保飲用水的安全。

隨著我國基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，橋梁跨越水源保護(hù)地的情形時(shí)有發(fā)生。從這一實(shí)際情況出發(fā)，橋梁應(yīng)急排水的研究顯得尤為重要。橋梁應(yīng)急排水系統(tǒng)主要包括監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、橋面徑流收集系統(tǒng)及應(yīng)急儲(chǔ)存系統(tǒng)。

本文結(jié)合廣州空港大道跨越流溪河特大橋應(yīng)急排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，闡述了橋梁應(yīng)急排水系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，旨在為橋梁應(yīng)急排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 工程概況

某特大橋位于廣州市白云區(qū)，跨越流溪河，長約1.92 km。流溪河屬于二級(jí)飲用水源保護(hù)區(qū)。應(yīng)環(huán)境評(píng)價(jià)要求，為確保流溪河特大橋事故徑流不直接進(jìn)入水體，該項(xiàng)目需在穿越流溪河飲用水源保護(hù)區(qū)路段（二級(jí)飲用水源保護(hù)區(qū)外）設(shè)置應(yīng)急排水系統(tǒng)。受污染的路面徑流、消防用水、有毒液體等引入應(yīng)急事故水池收集后處理。

2 橋面徑流收集系統(tǒng)

該工程跨流溪河特大橋沿橋方向設(shè)置橫向收集管將橋面的雨水管進(jìn)行串聯(lián)。每座橋設(shè)四條收集管，以橋面高程最高點(diǎn)處為分界，南北向各兩條，同向的兩條收集管在跨過江面合并后排入應(yīng)急事故水池或市政雨水管網(wǎng)，以閥門控制排水的去向。在降雨情況下，收集管中流動(dòng)的是雨水，直接排入雨水管網(wǎng)；在橋面發(fā)生危險(xiǎn)品泄漏時(shí)，收集管中流動(dòng)的是泄露危險(xiǎn)品及稀釋、沖洗事故現(xiàn)場(chǎng)的污水，排入應(yīng)急事故水池臨時(shí)儲(chǔ)存后，用槽車運(yùn)走進(jìn)行后續(xù)處理。

應(yīng)急排水系統(tǒng)徑流應(yīng)分三種情況進(jìn)行考慮：

（1）危險(xiǎn)品泄漏時(shí)，危險(xiǎn)品泄漏量及沖洗水量。

（2）無事故發(fā)生時(shí)的雨水徑流量。

（3）危險(xiǎn)品泄漏與降雨同時(shí)發(fā)生的情況，此時(shí)應(yīng)計(jì)算雨水徑流量、危險(xiǎn)品泄漏量及沖洗水量（一般仍需消防車沖洗，快速清除橋面危險(xiǎn)品）。

若考慮降雨與危險(xiǎn)品泄漏同時(shí)發(fā)生且兩者共同持續(xù)一段時(shí)間的情況，將導(dǎo)致應(yīng)急排水系統(tǒng)的規(guī)模大大增加，甚至對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)工程規(guī)模產(chǎn)生影響[1]。而危險(xiǎn)品在橋梁上泄漏屬于小概率事件[2]，綜合考慮系統(tǒng)的功能性與經(jīng)濟(jì)合理性，一般不考慮情況（3）。

為使污水收集管的管徑盡量小，但又能滿足大暴雨時(shí)橋面的雨水及時(shí)排出，橫向收集管的管徑應(yīng)分別按情況（1）與情況（2）進(jìn)行計(jì)算選取，并取其中的較大值。

情況（1）：危險(xiǎn)品泄漏后，徑流量最大的時(shí)段發(fā)生在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泄露危險(xiǎn)品進(jìn)行稀釋和沖洗時(shí)。由于此時(shí)收集管中流動(dòng)的是泄露危險(xiǎn)品及稀釋、沖洗事故現(xiàn)場(chǎng)的污水，因此橫向收集管應(yīng)按照污水管道進(jìn)行計(jì)算。為保證污水能及時(shí)排走，污水收集管必須滿足最大瞬時(shí)流量要求。按橋面一輛危險(xiǎn)品運(yùn)輸車發(fā)生事故情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)取以兩輛中級(jí)消防車同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗，每輛中級(jí)消防車的瞬時(shí)最大水量為30 L/s，則最大設(shè)計(jì)瞬時(shí)流量為60 L/s。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，選擇流溪河特大橋污水收集管管徑為De315，其充滿度為0.55時(shí)，流速為2.51 m/s，流量為 110.25 L/s。

表1 污水收集管水力計(jì)算

情況（2）：降雨情況下，橫向收集管中流動(dòng)的是雨水，直接排入雨水管網(wǎng)。此時(shí)橫向收集管應(yīng)按照雨水管道進(jìn)行計(jì)算。取橋面徑流系數(shù)為0.95，地面集水時(shí)間t1=5 min，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P=5 a，采用廣州中心城區(qū)單一重現(xiàn)期暴雨強(qiáng)度公式。經(jīng)計(jì)算，流溪河特大橋單側(cè)雨水流量為232.01 L/s。在非壓力流滿流的情況下，管徑De315、坡度0.02的橫向收集管過流能力不足。因此流溪河特大橋的管徑應(yīng)根據(jù)情況（2）即無事故發(fā)生時(shí)初期雨水徑流量確定，經(jīng)計(jì)算其管徑為DN500。

3 應(yīng)急儲(chǔ)存系統(tǒng)

應(yīng)急儲(chǔ)存系統(tǒng)的主體為應(yīng)急事故水池。應(yīng)急事故水池多用于化工、石油化工、醫(yī)院、港口碼頭、印染、造紙、紡織、釀造等有廢水產(chǎn)生的企業(yè)，近些年逐漸應(yīng)用于市政污水處理廠[3]及道橋排水[4]等工程。

3.1 應(yīng)急事故水池的容積計(jì)算

由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，目前國內(nèi)對(duì)于應(yīng)急事故水池的容積計(jì)算方法尚存在一定分歧。鄭連臣[5]等研究了重慶某高速公路服務(wù)區(qū)內(nèi)以收集事故徑流為目的的應(yīng)急池容積，計(jì)算得出該應(yīng)急事故水池容積約45 m3，且仍有一定富余。曾志剛[6]研究了西固黃河大橋雨水集流系統(tǒng)，其結(jié)論顯示應(yīng)急事故池容量不宜小于50 m3。孫金[7]等在設(shè)計(jì)丹江大橋應(yīng)急池時(shí)，實(shí)際選用應(yīng)急事故水池的規(guī)格為LBH=7 m×7 m×3 m。

從經(jīng)濟(jì)效益與系統(tǒng)功能性考慮，應(yīng)急事故水池的建設(shè)費(fèi)用在整個(gè)特大橋工程中所占比例很小，因此在建設(shè)條件允許的情況下，事故應(yīng)急水池容積可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)放大。目前國內(nèi)運(yùn)載危險(xiǎn)品的運(yùn)輸車裝載大小不一，常見的一般在30 m3以下[8]。該工程參考廣州及周邊地區(qū)應(yīng)急池設(shè)計(jì)，以裝載量為30 m3的運(yùn)輸車發(fā)生事故進(jìn)行設(shè)計(jì)，沖洗量取危險(xiǎn)物的20倍，則產(chǎn)生的污水量為600 m3（清遠(yuǎn)市北江四橋應(yīng)急池及廣州市南沙區(qū)明珠灣大橋應(yīng)急池均采用此設(shè)計(jì)參數(shù)）。

3.2 應(yīng)急排水系統(tǒng)工藝及應(yīng)急事故水池平面布置

跨流溪河特大橋共設(shè)事故應(yīng)急池兩座，分別位于大橋兩端，以圖1中1#應(yīng)急事故水池為例。1#應(yīng)急事故水池設(shè)置于梁橋南段綠化帶下，采用地下式。橫向收集管收集橋面徑流后，通過管道匯流，排入應(yīng)急事故水池或雨水管網(wǎng)中。1#閥門為常閉閥門，2#閥門為常開閥門。一般降雨時(shí)，徑流收集系統(tǒng)收集橋面雨水，排市政雨水管網(wǎng)；危險(xiǎn)品泄漏時(shí)，人工開啟1#閥門，并關(guān)閉2#閥門，徑流收集系統(tǒng)收集泄露危險(xiǎn)品及稀釋、沖洗事故現(xiàn)場(chǎng)的沖洗水后，排入應(yīng)急事故水池。在運(yùn)輸槽車到達(dá)應(yīng)急池后，手動(dòng)開啟處理池內(nèi)潛污泵，將池內(nèi)污水抽至槽車運(yùn)走處理。

圖1 1#應(yīng)急事故水池平面布置圖（單位：m）

4 監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

該項(xiàng)目工程流溪河特大橋橫跨流溪河，一旦在橋面上發(fā)生污染事故（如危險(xiǎn)品、有毒有害物品泄露，該類物品交通運(yùn)輸事故等），如果未能及時(shí)妥善處理，就會(huì)嚴(yán)重污染流溪河水環(huán)境，給周邊人民群眾的生活造成極大威脅。因此建立污染事故響應(yīng)和程序（見圖2），對(duì)在處理突發(fā)性環(huán)境污染事故中起指引作用，能有效減少因事故而造成的影響，事故后做出專題報(bào)告提交有關(guān)部門可作為制定有關(guān)防范措施的參考依據(jù)。

圖2 應(yīng)急響應(yīng)程序

5 結(jié)語

（1）徑流收集系統(tǒng)的管徑應(yīng)當(dāng)根據(jù)是否有危險(xiǎn)品泄漏而采取不同的計(jì)算方式。當(dāng)危險(xiǎn)品泄漏時(shí)，收集管應(yīng)當(dāng)以污水系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，管道內(nèi)的流態(tài)為重力非滿流。一般降雨時(shí)，收集管應(yīng)當(dāng)以雨水系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，管道內(nèi)的流態(tài)為重力滿管流。最終計(jì)算管徑應(yīng)當(dāng)取兩者中的最大值。

（2）應(yīng)急事故水池容積的算法目前尚未有明確統(tǒng)一的結(jié)論或規(guī)范，計(jì)算容積與工程中實(shí)際選取的尺寸也存在較大差異。從經(jīng)濟(jì)效益與滿足系統(tǒng)功能性的角度考慮，由于應(yīng)急事故水池本身的造價(jià)在橋梁工程中所占比例很小，因此在工程建設(shè)條件允許的情況下，可以適當(dāng)放大應(yīng)急池的容積。