崔麗元，蘇保印

（1.重慶兩江新區(qū)水土高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)投資有限公司，重慶 400714；2.山東中澤工程集團有限公司，山東 荷澤 274000）

1 案例分析

某市政道路下穿鐵路立交橋工程，和既有鐵路之間的夾角為68.6°，為6 孔分離式鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁，橋梁設(shè)計寬度為8.6m+12.5m+6.9m+6.9m+12.5m+8.6m，其中兩側(cè)8.6m 箱梁為非機動車道和人行道，其余路段為行車道。為城市主要干道，在具體施工中，為保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在橋梁外側(cè)設(shè)置了引道最低點，布設(shè)雨水泵站。具體的下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計情況如圖1 所示。

圖1 下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計情況

2 下穿鐵路立交橋雨水泵站的作用和特點

下穿鐵路立交橋雨水泵站布設(shè)的作用是在陰雨天，能夠及時排除匯集在附近的雨水，以免發(fā)生大量積水，引起洪澇災(zāi)害，影響車輛和行人行駛的安全，從而更好的維護城市道路通行的流暢性和安全性，避免發(fā)生大范圍堵車問題。而且及時排出積水，還能減輕雨水對道路、橋梁、鐵路基礎(chǔ)造成的侵蝕和破壞，提升市政道路使用的安全性。和常規(guī)道路雨水泵站相比，下穿鐵路立交橋雨水泵站具有非常顯著的特點，主要體現(xiàn)在以下4 個方面。

（1）在高程上存在很多不利條件。通常情況下，下穿鐵路立交橋的最低點，要至少比周圍道路低2～8m，可看作是一種盆地結(jié)構(gòu)和地形，并且在兩側(cè)引道布設(shè)的縱坡都比較大，在下雨天氣極易發(fā)生雨水匯集，形成水坑。

（2）交通上的特殊性。下穿鐵路立交橋通常布設(shè)在交通量比較大，車流和人流都比較大主要道路之上，合理布設(shè)雨水泵站，能夠避免發(fā)生積水問題，保持車輛同行的安全性。如果雨水泵站布設(shè)不夠合理，雨水不能及時排出，會威脅到行車和行人安全，引起道路交通中斷問題。此外，下穿鐵路立交橋通常是多個道路的匯集地和核心樞紐，一旦發(fā)生中斷，會造成嚴重的后果，因此雨水泵站設(shè)計標準也要高于常規(guī)道路。

（3）養(yǎng)護管理的要求。下穿鐵路立交橋車多、人多，而且行車速度都比較，對雨水泵站的養(yǎng)護管理、雨水設(shè)施的清淤等，都會造成不同程度的影響，在具體設(shè)計中，還要綜合考慮后期養(yǎng)護管理的便捷性。

（4）地面水排除。如果地下水位高于下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計標高，為避免地下水造成路基翻漿問題和凍脹問題，還需要綜合考慮地下水的有效排除問題。

3 市政道路下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計要點

3.1 設(shè)計原則

在下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中，需要保證最低點的雨水能夠被有效排出，因此，在滿足使用要求的的基礎(chǔ)上，要盡量縮小匯水面積，以最大限度上減少設(shè)計的流量。并采取高水高排，低水低排的原則，二者不能相互干擾，要有相對獨立的排水系統(tǒng)。受到下穿鐵路立交橋特點的影響，為保證的交通不受影響，下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計標準要高于一般道路的設(shè)計標準。雨水泵站要盡量設(shè)計在最低點。

3.2 雨水泵站設(shè)計參數(shù)選擇

在市政道路下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中，需要對各種參數(shù)進行科學(xué)合理的計算和選擇，比如：在雨水量計算中，需要結(jié)合《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2006）（2014 年版）中的規(guī)定，按照式（1）來進行計算：

式中：Q——雨水量，m3；ψ——下穿鐵路立交橋地表綜合徑流系數(shù)，本工程下穿鐵路立交橋路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土路面，ψ 值在0.90～0.95 之間，本工程采取了0.90；q——暴雨強度，L/（s·hm2）；F——匯水面積，hm2。

暴雨強度計算公式如下：

式中：P——設(shè)計重現(xiàn)期，年；T——集水時間，min。

設(shè)計重新期P 在相關(guān)規(guī)范中明確指出，要求暴雨強度的設(shè)計重現(xiàn)期不能低于3a，在一些重要區(qū)域的標準可適當提升。近年來，隨著我國城市范圍的不斷擴大，城市硬化面積日益擴大，暴雨導(dǎo)致的我國城市排水管難以滿足實際需求，尤其是在市政道路下穿鐵路立交橋頻繁發(fā)生積水災(zāi)害，在案例工程設(shè)計中將重現(xiàn)期提升10 年。

集水時間主要是對管道的某一設(shè)計斷面而言的，通常情況下，集水時間T 由地面集水時間t1和管內(nèi)雨水流行時間t2來確定的，具體的計算公式如下：

式中：t1——地面集水時間；t2——管內(nèi)雨水流行時間；m——折減系數(shù)。

t1為雨水從匯水面積最遠點流到第一個雨水口的時間，相關(guān)規(guī)范中指出，市政道路下穿鐵路立交橋路面t1的時間在5～10min，本工程取值為5min。

t2可通過式（4）計算出來：

式中：L——各管端的長度，m；V——各管段滿流時的水流速度，m/s；60——時間單位換算系數(shù)。

折減系數(shù)m 的主要作用為采用增長管道中流行時間的辦法，達到適當?shù)恼蹨p設(shè)計流量，進而縮小管道斷面尺寸，從而達到降低工程造價的目的。案例工程設(shè)計機動車道縱坡的坡度為3.8%，非機動車的坡度為1.9%，考慮道地面坡度比較大，為保證排水的安全性，本工程折減系數(shù)取值為1[1]。

3.3 水泵的選擇

在市政道路下穿鐵路立交橋雨水泵站水泵選擇中常用的水泵有三種，包括：潛水軸流泵、潛水混流泵、潛污泵。ZQ 系列潛水軸流泵和HQ 系列的潛水混流泵多應(yīng)用在流量大、揚程低的下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中，潛水泵的流量通常在5～3750m3/h，揚程在7～40m，潛水軸流泵和潛水混流泵的流量相對比較小，但養(yǎng)成卻很大，在進行現(xiàn)場布設(shè)中，通常無須耗工耗時，安裝起來比較方便，在具體設(shè)計中如果采取了此種水泵，可不設(shè)置備用水泵，直接將備用泵設(shè)置在庫房中，以達到減少泵站進水池投資的目的。此外，泵可潛入水中運行，具有很高的自動化化程度，后期操作簡單，維護方便，能夠很大程度上簡化泵站和建筑結(jié)構(gòu)工程，減少安裝的面積，能夠節(jié)約泵站總造價的30%～40%。

就案例工程而言，為提升雨水排出的效率，降低建設(shè)成本，泵站的計算流量為2776m3/h，揚程高度為15m，屬于流量比較小，但揚程偏大的雨水泵站工程，采取潛污泵在經(jīng)濟和效益上的效果比較。導(dǎo)演和應(yīng)用實例表明，在下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中采取潛污泵通常比潛水軸流泵和潛水混流泵取得的效果更好，自動化控制程度也更高[2]。為滿足雨水及時排出的需求，本工程在雨水泵房中設(shè)置了300QW950-15-60 潛水泵3 臺，水泵的流量為960m3/h，揚程為15m，同時在內(nèi)部設(shè)置了65QW30-15-3 沖洗水泵1 臺，利用沖洗管連接噴嘴，對池邊的雜物和沉積物進行全面沖洗，水泵的運行方式采取了自動化控制和現(xiàn)場手動控制相互結(jié)合的方法，取得良好的控制效果。

3.4 雨水收集系統(tǒng)設(shè)計

為提升下穿鐵路立交橋雨水泵站排水效率，本工程在引道出口位置設(shè)置橫截溝，類似工程應(yīng)用實例表明，此種雨水收集系統(tǒng)具有更高的雨水收集效率。但如果采取此種雨水收集系統(tǒng)，在車輛快速行駛時，橫截溝上布設(shè)的雨水箅子容易出現(xiàn)彈跳問題，如果情況嚴重會導(dǎo)致箅子發(fā)生斷裂問題，影響車輛行駛放的安全性。為有效解決這一問題本工程在雨水收集系統(tǒng)設(shè)計中，決定在引道和框架橋梁底板兩側(cè)設(shè)置預(yù)留排水溝，具體的設(shè)計方法為，沿著坡道兩側(cè)對稱布設(shè)雙箅雨水口，相互之間的距離控制在20m 左右，并在下穿鐵路立交橋最低點附近集中對稱布置24 個雙箅雨水口，通過雨水排水管道將兩側(cè)的雨水匯集之后，集中排放到泵站集水池中，完成雨水的全部收集和集中排出。

3.5 雨水口設(shè)置

雨水口的設(shè)置也是下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計重點內(nèi)容，其設(shè)計效果直接關(guān)系到能否及時有效對下穿鐵路立交橋最低點的雨水進行收集。就案例工程而言，道路坡段比較短，但道路縱坡比較大，為提升雨水收集效率，采取了道路雨水口越到最低位置布設(shè)距離越短的設(shè)計方式[3]。到最低點位置后，采取都箅式雨水口形式。為提升雨水收集和匯總的效果，保證最低點的雨水也可以被有效收集，每組雨水口的水量為8～10個，實踐表明，此種設(shè)計方法能夠更加快速有效排放出下穿鐵路立交橋段的積水，為車輛和行人的通過營造一個無水條件，提升道路的通暢性.

3.6 雨水泵站設(shè)置

下穿鐵路立交橋雨水泵站結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，有很多結(jié)構(gòu)共同組成，包括：格柵間、集水池、泵房間、出水井、相關(guān)附房等。每一個結(jié)構(gòu)都有其獨特的作用，為保證設(shè)計效果，提升雨水泵站運行的穩(wěn)定性，本工程在進行雨水泵站設(shè)計中，其設(shè)計規(guī)模主要是按照下穿鐵路立交橋管道進水的規(guī)模進行合理確定，最大的流量采取了800L/s 進行設(shè)計。集水池采取了方形結(jié)構(gòu)，為滿足雨水及時排除和處理的要求，需要保證集水池的尺寸規(guī)格不能低于10m×12m。并在下穿鐵路立交橋雨水泵站泵房中至少設(shè)置2 臺潛水軸流泵，進行自動化智能化控制。通過雨水口和管道收集到的雨水，先進入雨水格柵中，經(jīng)過雨水格柵過濾之后，在進入集水池中。隨著雨水在集水池中水位的不斷提升，當水位上升到啟泵水為之后，泵體自動啟動，將集水池中的雨水提升到外圍的河道中排出。當集水池中的水位下降到停泵水為之后，泵體自動停止運行。

3.7 清污設(shè)備選擇

清污設(shè)備也是下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計的重點內(nèi)容，這是因為雨水落地之后，會帶走地面的雜物，如果對這些含有大量的雜物的雨水收集后直接用水泵排出，則容易引起水泵的堵塞問題，影響排水的效率，縮短水泵的使用壽命。為解決這一問題，在案例下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中，通過設(shè)置柵欄的方法來去除雨水中的雜物，避免大量雜質(zhì)、漂浮物等進入泵房中。此種設(shè)計方法不但可以有效攔截各種規(guī)模比較大的雜物和漂浮物，提升水泵的使用壽命，而且可為水泵的后期運維提供良好的條件和環(huán)境。案例工程泵站的設(shè)計流量為2776m3/h，揚程高度為15m，為滿足清污要求，清污機需要選擇HC-2800 型。在雨水泵站站房前設(shè)置1 座格柵，同時配制HG-2800 型回轉(zhuǎn)式格柵清污機1 臺，實現(xiàn)對于雨水的初步清理，為后期排水提供良好的條件。

3.8 雨水泵站自動化設(shè)計

在信息時代，很多高新技術(shù)和高新設(shè)備被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)，大大提升自動化運行水平。在下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中，也要注重對泵站自動化控制的設(shè)計。在《室外排水規(guī)范》（GB 50014—2006）中有明確規(guī)定，在下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計中集水池的容積不能小雨最大一臺水泵30s 的出水量。并且在條件和資金允許的情況下，要適當加大集水池的容積，以保證水泵運行的安全性?？砂凑瘴鬯谜竟潭ú恍∮谧畲笠慌_水泵5min 的出水量進行總設(shè)計。同時還需要在下穿鐵路立交橋雨水泵站中涉及水位控制信號，各控制柜和耦合裝置必須有潛水泵生產(chǎn)廠家來配套提供。若集水池停泵水位為-10.8m，超高報警水位為-8.25m，則要求集水池的有效水深不能低于2.55m，當集水池的水位達到-10m 時，可啟動第一臺主泵，當水位達到-9.2m時，在啟動第二臺水泵，水位達到-8.7m 時啟動第三臺水泵。停泵順訊與之相反，通過此種自動化控制系統(tǒng)可實現(xiàn)水泵的自動化運行，不用擔(dān)集水池過滿溢出問題，從而保證下穿鐵路立交橋雨水泵站始終處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合實際案例，分析了市政道路下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計情況，分析結(jié)果表明，下穿鐵路立交橋雨水泵站設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作，具有很高的技術(shù)含量，需要綜合考慮多方面因素，才能設(shè)計出高水平、高質(zhì)量的下穿鐵路立交橋雨水泵站系統(tǒng)，更好的緩解甚至是解決城市雨水洪澇問題，為車輛、行人的安全通行營造一個良好的條件。