復(fù)雜地形地區(qū)涵洞平面設(shè)計(jì)探討

于加熙

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福建 福州 350007）

0 引言

常見山地城市其地形一般起伏變化大、現(xiàn)狀沖溝、山坡分布變換頻繁，在區(qū)域建設(shè)初期的規(guī)劃過程中，需對(duì)現(xiàn)狀起伏大的地形作一定平整，并對(duì)原有多而雜的自然沖溝、水系進(jìn)行梳理、合并，這使得山地城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需對(duì)跨越一定區(qū)域的長(zhǎng)水系采用涵洞進(jìn)行連接設(shè)計(jì)，這些涵洞作為城市泄洪通道將長(zhǎng)期保留使用[1]。由于復(fù)雜地形地區(qū)涵洞功能定位、地理?xiàng)l件等不同于一般的公路涵洞，也不同于平原地區(qū)一般的河道整治工程。復(fù)雜地形地區(qū)涵洞平面設(shè)計(jì)中需綜合考慮的因素較多，涵洞的平面選線既與涵洞的工程造價(jià)、實(shí)施可行性、水力穩(wěn)定性息息相關(guān)，并且與城市規(guī)劃、城市防洪、城市排水系統(tǒng)等緊密相連，是涵洞設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，對(duì)于高填方公路排水涵洞設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)報(bào)道較多[2,3,4]，但對(duì)于復(fù)雜地形山地城市涵洞平面設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及需要重點(diǎn)考慮的因素報(bào)告不多。文章以重慶市大竹林片區(qū)肖家溝水庫(kù)涵洞工程為背景展開討論，通過對(duì)復(fù)雜地形地區(qū)涵洞設(shè)計(jì)工程實(shí)例的分析，總結(jié)提出復(fù)雜地形地區(qū)涵洞平面設(shè)計(jì)中需注意的問題，為復(fù)雜地形地區(qū)涵洞工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

大竹林片區(qū)肖家溝水庫(kù)涵洞工程起點(diǎn)接金洲大道上游已設(shè)計(jì)涵洞，終點(diǎn)排入青堡立交南側(cè)現(xiàn)狀水系，涵洞總長(zhǎng)度約2.5km，其功能定位為替代原自然地形狀態(tài)下水系和沖溝，作為上游肖家溝水庫(kù)的泄洪道，同時(shí)，遠(yuǎn)期作為城市排水通道使用。

圖1 涵洞總平面圖

涵洞設(shè)計(jì)流量采用公路科學(xué)研究所經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算確定：

式中：K—徑流模數(shù)

F—匯水面積（平方公里）

n—面積參數(shù)

根據(jù)不同匯水面積和設(shè)計(jì)流量，新建涵洞斷面形式分2 種，樁號(hào)K0+000～K0+794.5 為上游段，長(zhǎng)度794.5m，匯水面積3.38km2，設(shè)計(jì)流量為49.80 m3/s，涵洞斷面尺寸為：B×H=4.0×4.0m；樁號(hào)K0+794.5～K2+544.2 為下游段，長(zhǎng)度1759.7m，匯水面積4.49km2，設(shè)計(jì)流量為68.82 m3/s，斷面尺寸為：B×H=5.0×4.0m。涵洞形式均采用鋼筋混凝土矩形箱涵形式。兩段涵洞設(shè)計(jì)參數(shù)具體如表1所示。

表1 肖家溝水庫(kù)涵洞設(shè)計(jì)參數(shù)表

2 涵洞平面設(shè)計(jì)原則

由于復(fù)雜地形地區(qū)一般地形變化起伏大，從施工的可行性考慮，涵洞的平面布置受地形限制較大。因此，復(fù)雜地形地區(qū)涵洞的平面布置原則上按照依地形而建、轉(zhuǎn)彎半徑滿足最小水力轉(zhuǎn)彎半徑要求的基本思路[4]。在此基礎(chǔ)上，充分結(jié)合城市規(guī)劃、城市建設(shè)開發(fā)時(shí)序、建構(gòu)筑物布置情況、規(guī)劃雨水管道系統(tǒng)等，力求做到近遠(yuǎn)結(jié)合、功能完善、經(jīng)濟(jì)合理。

2.1 涵洞平面定線應(yīng)與現(xiàn)狀地形、規(guī)劃用地充分銜接

圖2為肖家溝水庫(kù)涵洞樁號(hào)K0+000～K1+300 段平面布置圖。在本段涵洞平面圖中，K0+000 至K0+794.5 段涵洞布置在現(xiàn)狀自然沖溝南側(cè)一定距離，同時(shí)緊鄰規(guī)劃道路?？紤]規(guī)劃道路北側(cè)現(xiàn)狀沖溝周邊遠(yuǎn)期規(guī)劃用地性質(zhì)為居住用地，而規(guī)劃道路以南至規(guī)劃立交范圍用地為規(guī)劃公共綠地，涵洞緊臨道路南側(cè)布置，避開規(guī)劃建設(shè)用地范圍，為遠(yuǎn)期地塊開發(fā)建設(shè)預(yù)留空間。另外一個(gè)方面，從現(xiàn)狀沖溝至規(guī)劃道路以南整個(gè)區(qū)域的地勢(shì)相對(duì)較平坦，這為水系改線提供了實(shí)施上的可行性。樁號(hào)K0+794.5（上游段設(shè)計(jì)終點(diǎn)）至K1+300 段（縱六路北段）涵洞平面布置采取了與前段不同的布置方式：除了局部裁彎取直偏離了現(xiàn)狀沖溝一定距離外，整體線位基本沿沖溝布置。采取這樣的布置形式，主要考慮該段涵洞周邊地形高差起伏較大，若涵洞選線偏離現(xiàn)狀沖溝較多時(shí)，涵洞施工則需要進(jìn)行較大的土方開挖，且基坑支護(hù)難度增加，工程造價(jià)高，因此，從施工的便利性和節(jié)省造價(jià)角度考慮，對(duì)于周邊地形起伏變化較大的區(qū)段，涵洞線位布置應(yīng)盡量沿現(xiàn)狀沖溝布置。

圖2 K0+000～K1+300 段涵洞設(shè)計(jì)平面圖

2.2 涵洞平面設(shè)計(jì)應(yīng)與現(xiàn)狀及規(guī)劃建構(gòu)筑物保持足夠的安全距離

圖3為肖家溝水庫(kù)涵洞樁號(hào)K1+300～K2+544.2 段平面布置圖。在樁號(hào)K1+750～K2+050 段，涵洞南側(cè)為正在開發(fā)建設(shè)地塊，在建建筑物位置如圖中所示。在該段涵洞平面設(shè)計(jì)中，采用了較大的轉(zhuǎn)彎半徑、與規(guī)劃新建道路大角度斜交的布置方式。這樣布置使涵洞與在建建筑最近的間距達(dá)到了8 米，確保了新建涵洞與在建建筑足夠的安全距離，避免涵洞施工過程中與在建建筑物施工相互干擾[6]。

圖3 K1+300～K2+544.2 段涵洞設(shè)計(jì)平面圖

2.3 涵洞平面設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮區(qū)域近、遠(yuǎn)期排水系統(tǒng)接入和可行性

本工程涵洞在樁號(hào)K0+750 處設(shè)置了一座箱涵檢查井（圖2）。考慮地塊開發(fā)晚于涵洞建設(shè)，在地塊啟動(dòng)建設(shè)場(chǎng)平之前，周邊雨水會(huì)匯集到現(xiàn)狀沖溝內(nèi)，通過新建該箱涵檢查井，將沖溝內(nèi)雨水接入新建涵洞[5]。同時(shí)，該箱涵檢查井還可以作為遠(yuǎn)期規(guī)劃道路雨水管道系統(tǒng)排入涵洞的接入口。這樣確保近期地塊不積水、遠(yuǎn)期排放口可靠的目的，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)、近期結(jié)合。

圖4 排水管接入涵洞檢查井構(gòu)造圖

本段涵洞在樁號(hào)K1+750 處與規(guī)劃縱五路北段斜交（圖3）。根據(jù)城市排水規(guī)劃，縱五路北段道路雨水管道系統(tǒng)遠(yuǎn)期由道路兩端向中間排放，終點(diǎn)排入本次新建涵洞。圖5表示縱五路北段雨水管道接入涵洞縱斷面圖。在平面布置上，新建涵洞選擇布置在道路規(guī)劃縱坡最低點(diǎn)附近。采取這樣的布置形式，一方面可以減少涵洞的覆土深度，有利于涵洞的結(jié)構(gòu)安全；另一方面，道路雨水管道由兩側(cè)向中間排放，在涵洞位置從兩側(cè)接入涵洞檢查井，這有利于兩側(cè)的雨水管埋深都控制在合適的范圍內(nèi)，對(duì)管道受力有利。因此，涵洞在與規(guī)劃道路相交位置，涵洞定線不僅受現(xiàn)狀地形限制，還要結(jié)合遠(yuǎn)期規(guī)劃道路的縱斷面標(biāo)高，綜合確定。

圖5 兩側(cè)雨水管接入涵洞位置圖

3 結(jié)語

地形的復(fù)雜性給涵洞平面選線增加了難度，同時(shí)，處于規(guī)劃市區(qū)內(nèi)的涵洞設(shè)計(jì)受城市建設(shè)開發(fā)的影響，需要綜合考慮的因素更多，其平面布置的合理性對(duì)工程建設(shè)的可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、方案合理性至關(guān)重要。因此，山地城市市區(qū)涵洞平面設(shè)計(jì)需要更多地關(guān)注地形、規(guī)劃、建設(shè)時(shí)序等諸多因素，充分論證。

城市市區(qū)涵洞既作為城市泄洪通道，同時(shí)也作為城市雨水系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)匯集沿途周邊道路、地塊雨水進(jìn)行有組織排放。因此，涵洞平面布置需考慮遠(yuǎn)期道路及地塊雨水管道的接入。另一方面，城市開發(fā)建設(shè)是一個(gè)漸進(jìn)的過程，在修建城市排水涵洞、道路等的過程中，會(huì)對(duì)原有的自然水系造成改變和破壞，涵洞的平面布置要結(jié)合地形，充分考慮地塊未開發(fā)之前的片區(qū)地勢(shì)變化和雨水匯集情況，確保原有水系的暢通，并考慮原有水系與涵洞有效銜接。

城市市區(qū)的各項(xiàng)開發(fā)建設(shè)都要在城市規(guī)劃的統(tǒng)一指導(dǎo)下有序開展。涵洞的平面選線本身也要遵循規(guī)劃的指導(dǎo)，同時(shí)也要結(jié)合實(shí)際情況，合理避讓規(guī)劃建設(shè)用地、道路用地，確保涵洞選線不影響遠(yuǎn)期城市開發(fā)建設(shè)，同時(shí)確保與現(xiàn)狀及規(guī)劃建構(gòu)筑物足夠的安全距離。