淺談武夷新區(qū)快速通道地下人行通道雨水泵房設(shè)計(jì)

李文樸

（廈門市市政院工程設(shè)計(jì)院有限公司， 福建 廈門 360001）

1 工程概述

武夷新區(qū)位于福建省北部，是閩北的地理中心，也是“延平—建甌—建陽(yáng)—武夷山”南北向增長(zhǎng)軸與“邵武—建陽(yáng)—浦城”東西向增長(zhǎng)軸的交匯點(diǎn)。

武夷新區(qū)快速通道全長(zhǎng)19.8km，本次設(shè)計(jì)道路起點(diǎn)位于將口鎮(zhèn)以北與規(guī)劃四路交叉口處，沿途與規(guī)劃五路、將口大道交叉（本道路下穿將口大道），并下穿寧武高速，終點(diǎn)位于武夷山東站南跨崇陽(yáng)溪橋橋頭。本設(shè)計(jì)范圍中心線道路長(zhǎng)1.63km，道路等級(jí)為交通性城市快速路，主車道設(shè)計(jì)車速80km/h，輔道設(shè)計(jì)車速40km/h，道路標(biāo)準(zhǔn)紅線寬60m。

本工程在道路樁號(hào)K1+465處設(shè)置一座地下人行通道，地下人行通道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 地下人行通道排水概述

根據(jù)“高水高排，低水低排”的排水原則，通過(guò)在地下人行通道進(jìn)出口臺(tái)階平臺(tái)處附近設(shè)置相應(yīng)的橫向截水溝，將能夠直接依靠重力流排入市政雨水管道內(nèi)均納入雨水管道系統(tǒng)內(nèi)，從而減少地下人行通道雨水提升泵房的匯水面積，減輕泵房的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。由于本路段雨水檢查井埋設(shè)較淺，高程上無(wú)法滿足重力流排入需求，因此本將臺(tái)階處橫向截水溝雨水引流至泵房集水井內(nèi)，然后排至雨水泵房，通過(guò)水泵提升后排入附近的市政雨水管道。

雨水泵房主要考慮地下人行通道露天雨水、自身清洗水等的集中抽排，其中露天雨水基本來(lái)自地下人行通道段。地下人行通道進(jìn)出口處均會(huì)稍高于道路人行道，所以地下人行通道外路面雨水不納入泵站匯水。

3 雨水泵房的設(shè)計(jì)流量

雨水流量的計(jì)算公式為：

Q=ΨqF(L/s)

其中：Ψ——綜合徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2；

q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式，L/（s·hm2）。

暴雨強(qiáng)度公式根據(jù)福建省建設(shè)廳關(guān)于批準(zhǔn)發(fā)布省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)《福建省城市及部分縣城暴雨強(qiáng)度公式》的通知（文號(hào)：閩建科〔2003〕27號(hào)）建陽(yáng)：

式中：P——重現(xiàn)期，a；

t=t1+t2

t1——街坊集水時(shí)間，min；

t2——管道內(nèi)水流時(shí)間，min；

3.1 綜合徑流系數(shù)Ψ

徑流系數(shù)是一定匯水面積內(nèi)總徑流量與降水量的比值，說(shuō)明在降水量中有多少水變成了徑流。匯入地面種類不同，應(yīng)選取不同的徑流系數(shù)。匯水面積的綜合徑流系數(shù)應(yīng)按地面種類加權(quán)平均計(jì)算。

因雨水泵房收集的雨水基本來(lái)自地下人行通道段，因此綜合徑流系數(shù)采用1.0。

3.2 設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期P

因地下人行通道整體雨水系統(tǒng)較正常路段低，需重點(diǎn)考慮排水的安全性?！妒彝馀潘O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點(diǎn)和氣候特征等因素確定。重要干道、重要地區(qū)或短期積水即能引起較嚴(yán)重后果的地區(qū)，應(yīng)采用3年～5年，并應(yīng)與道路設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，經(jīng)濟(jì)條件較好或有特殊要求的地區(qū)宜采用規(guī)定的上限。特別重要地區(qū)可采用10年或以上。

鑒于地下人行通道的安全性及重要性，故適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期采用10年。

3.3 地面集水時(shí)間t1

地面集水時(shí)間與地下人行通道的排水溝坡長(zhǎng)、坡度及粗糙度等因素相關(guān)。地下人行通道的地面集水時(shí)間一般取5～10min。實(shí)際上，由于地下人行通道地面集水時(shí)間一般較短，本工程采用t1=5min。

3.4 匯水面積F

為減少泵房規(guī)模，節(jié)省投資，雨水泵房只收集地下人行通道中無(wú)法重力流排入市政雨水管道的道路路面雨水。對(duì)于能夠依靠重力流排入市政雨水管道且所處道路路面高程不低于相應(yīng)防洪水位要求的路面雨水則通過(guò)在各個(gè)方向設(shè)置橫向截水溝后讓其全部重力流排入市政雨水管道系統(tǒng)而不再納入本次雨水提升泵房的匯水范圍。由于本路段雨水檢查井埋設(shè)較淺，高程上無(wú)法滿足重力流排入需求，因此本將臺(tái)階處橫向截水溝雨水引流至泵房集水井內(nèi)，然后排至雨水泵房，通過(guò)水泵提升后排入附近的市政雨水管道。

綜上所述，本工程匯水面積僅含地下人行通道進(jìn)出口露天部分匯水，經(jīng)計(jì)算，雨水泵房的匯水面積F=0.05ha。

3.5 設(shè)計(jì)流量Q

Q=Q1+Q2

Q1——地下人行通道雨水，經(jīng)計(jì)算Q1=25.7L/s。

Q2——清洗水

清洗水按每天沖洗一次計(jì)，共2.0m3。按10min將清洗水抽走考慮，Q2=3.34L/s。

雨水泵站流量Q為29.04L/s，故雨水泵房的設(shè)計(jì)規(guī)模采用30 L/s。

4 雨水泵房工藝流程

雨水泵房工藝流程采用以下形式：

圖1 雨水泵房工藝流程圖

5 水泵的選用

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：雨水泵房可不設(shè)備用泵；立交道路的雨水泵房可視泵房重要性設(shè)置備用泵。

本雨水泵房是用于地下人行通道的雨水提升排放，若泵房因故不能工作，將會(huì)導(dǎo)致地下人行通道積水，嚴(yán)重影響過(guò)往行人安全，甚至造成生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，本次設(shè)計(jì)考慮設(shè)置1臺(tái)備用泵，并在非雨季時(shí)做好泵房的維護(hù)保養(yǎng)工作。

水泵采用1用1備，則泵房的單臺(tái)水泵設(shè)計(jì)流量為30L/s（即108m3/h）。

集水井有效深度取0.6m，則集水井最低工作水位為152.105m，水泵的凈揚(yáng)程為156.355-152.105=4.25m，估算水泵的局部水頭損失加沿程損失為2m，則水泵的總揚(yáng)程估算為4.25+2=6.25m。

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及估算總揚(yáng)程，水泵選用WQ系列潛污泵，其性能為Q=30L/s；H=7.5m；N=4.0KW。

共選用2臺(tái)該型號(hào)水泵，1用1備，則總抽水量為Q總=Q=30（L/s）。

6 集水井

集水井按2臺(tái)水泵布置，集水井寬1.5m，長(zhǎng)2.0m，集水井有效水深取0.6m，則集水井有效容積為V實(shí)=2. 0×1.5×0.6=1.8m3。

在計(jì)算雨水集水池內(nèi)的有效容量時(shí),需要從所有水泵中的最小啟動(dòng)水位到最大的停止水位進(jìn)行計(jì)算,但要保證集水池有效容量不小于一臺(tái)水泵的lmin流量，則V設(shè)=108×60/3600=1.8m3。

V實(shí)=V設(shè)=1.8m3，集水井有效容積滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 雨水泵房剖面圖

（圖中相對(duì)標(biāo)高±0.00=黃海標(biāo)高158.555 m）

7 水泵總揚(yáng)程的核算

根據(jù)泵房的平面及剖面設(shè)計(jì)，泵房進(jìn)水管管內(nèi)底標(biāo)高為154.105 m，集水井最低設(shè)計(jì)水位152.105m（集水井有效水深0.6m），水泵提升高度為出水壓力管管頂，即156.355m。

泵房的總揚(yáng)程為H=H1+H2+H3

H1：水泵進(jìn)出口水頭損失（即沿程和局部水頭損失之和，局部水頭損失按10%沿程水頭損失計(jì)算），

H1=1.1×li/1000

式中，l——出水壓力管管長(zhǎng)，m；

i——水力坡降，查表可知，1000i =37.7

H1=1.1×6.5×37.7/1000=0.27

H2：雨水泵房集水井最低工作水位與提升高度之間的凈高差H2=156.355-152.105=4.25m

H3：富余水頭，取H3=1.5m

則 H=H1+H2+H3=0.27+4.25+1.5=6.02m＜7.5m.

因此，所選水泵的揚(yáng)程能滿足設(shè)計(jì)要求。

8 泵房平面布置

雨水泵房結(jié)構(gòu)與地下人行通道為一體，泵房位于地下人行通道中間，剛好位于道路中央分隔帶下。

由于泵房用地比較緊張，根據(jù)業(yè)主要求不設(shè)置附屬用房，配電部分采用箱變，因此泵房不設(shè)置配電室和值班室等。泵站建成后，設(shè)備日常的檢修維護(hù)和起吊由管理單位統(tǒng)一解決。

圖3 雨水泵房平面圖

9 小結(jié)

隨著城市的快速發(fā)展，地下人行通道已經(jīng)成為解決城市交通擁堵的重要措施。但是，近年來(lái)我國(guó)許多城市都經(jīng)常發(fā)生因排水不及時(shí)導(dǎo)致地下人行通道積水的情況，嚴(yán)重威脅民眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。經(jīng)分析，造成積水的原因主要是：(1)排水設(shè)施抵御暴雨能力不足；（2）地下人行通道周邊的排水設(shè)施不完善，造成“高水低排”的現(xiàn)象；(3)設(shè)備老舊，缺乏維保。

本次設(shè)計(jì)總結(jié)了以往的地下人行通道排水工程實(shí)例，并結(jié)合雨水泵房的實(shí)際運(yùn)行情況，采用以下對(duì)策預(yù)防積水的產(chǎn)生：

(1)提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期采用10年一遇甚至更高；地面集水時(shí)間采用5min。

（2）雨水泵房中設(shè)置備用泵。若雨季時(shí)工作水泵發(fā)生故障，備用泵可以立即投入使用。日常運(yùn)行時(shí)也可以兩臺(tái)水泵輪換使用，減少水泵故障的幾率。

（3）“高水高排，低水低排”的排水原則，盡量使通道外部范圍雨水不進(jìn)去通道排水系統(tǒng)，降低排水風(fēng)險(xiǎn)及管理運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。