潘 藝
(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,710043,西安∥工程師)
河南鄭州“7·20”特大暴雨后,城市內(nèi)澇災(zāi)害如何防范、海綿城市如何發(fā)揮減災(zāi)作用,以及城市軌道交通在設(shè)計(jì)施工及運(yùn)營(yíng)中如何防范類似事件的再次發(fā)生等一系列問題,引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。停車場(chǎng)和車輛段(以下簡(jiǎn)為“場(chǎng)段”)作為城市軌道交通系統(tǒng)中較為特殊的工點(diǎn),具有規(guī)模龐大、專業(yè)接口繁雜、空間布局多樣等特點(diǎn),成為了防淹排澇系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的決定性因素。本文分析了西安地鐵14號(hào)線陸港停車場(chǎng)在汛期排查出的安全隱患,提供了相應(yīng)的整改措施,總結(jié)了城市軌道交通場(chǎng)段防淹排澇設(shè)計(jì)及其整改思路,可為同類型項(xiàng)目設(shè)計(jì)及其施工提供較為完善的工程經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)指導(dǎo)。
軌道交通場(chǎng)段防淹排澇主要分為場(chǎng)段內(nèi)部與場(chǎng)段外部?jī)蓚€(gè)層面。簡(jiǎn)單來(lái)講,就是以場(chǎng)段圍墻作為分界線,以內(nèi)稱為場(chǎng)段內(nèi)部,主要是路基面股道間、道路邊等部位的排水;以外稱為場(chǎng)段外部,主要是指坡腳外的防淹系統(tǒng)。
對(duì)于場(chǎng)段內(nèi)部的站場(chǎng)排水系統(tǒng),其設(shè)計(jì)思路較為常規(guī),通常是將支溝匯集成干溝,通過排水管引入臨近道路的排水窨井。而場(chǎng)段外部則與周邊地形以及市政規(guī)劃有著更為密切的聯(lián)系,諸如場(chǎng)坪標(biāo)高與周邊地形的關(guān)系、場(chǎng)段周邊市政規(guī)劃道路的建設(shè)時(shí)序與本項(xiàng)目的關(guān)系等,其設(shè)計(jì)思路更為系統(tǒng)及發(fā)散,需要根據(jù)項(xiàng)目自身外部的環(huán)境特點(diǎn)有針對(duì)性地制定方案。大體的研究步驟為:判斷地形、對(duì)接市政接口和設(shè)置排水出口。
近年來(lái),隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展,各地政府越來(lái)越重視城市軌道交通對(duì)城市總體規(guī)劃的實(shí)施、引領(lǐng)作用。因此,在城市軌道交通的定線、場(chǎng)段的選址過程中,需要分析客流特征、明確線路功能定位、匹配運(yùn)營(yíng)效益,以及執(zhí)行地方政府的相關(guān)文件要求。
不同城市有不同的降水特點(diǎn)、地勢(shì)特點(diǎn)和水系特點(diǎn)等。其中,地勢(shì)特點(diǎn)決定了排水系統(tǒng)的大致走向:若地勢(shì)整體呈單面坡,則排水系統(tǒng)從高至低沿地勢(shì)低處排出;若地勢(shì)高低起伏,則應(yīng)注重多區(qū)域多出口排水;若地勢(shì)平緩,則應(yīng)加強(qiáng)場(chǎng)坪及擋水設(shè)計(jì)。降水特點(diǎn)決定了排水設(shè)施的規(guī)格:若通過降水強(qiáng)度換算的流速一般,則排水溝槽可選擇標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì);若換算流速較大,則排水溝槽需要進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)。
城市軌道交通場(chǎng)段場(chǎng)坪高程確定原則與水位有著密不可分的關(guān)系。設(shè)計(jì)必備輸入資料有當(dāng)?shù)匕倌暌挥龊樗弧?dāng)?shù)刈罡叻e水水位和區(qū)域內(nèi)的排水條件等。根據(jù)各水位數(shù)值增加規(guī)定的安全高度,確定起始場(chǎng)坪高程;在滿足防洪要求的前提下,再參照該區(qū)域道路等工程的實(shí)際高程,以及應(yīng)盡量使土石方基本平衡等降低工程投資的參考因素,對(duì)場(chǎng)坪高程進(jìn)行最終優(yōu)化。
2.4.1 平面因素
由于場(chǎng)段平面布置形式一般呈扁長(zhǎng)形,所以從直觀角度來(lái)看,跟隨線路走向的排水溝槽占多數(shù)且長(zhǎng)度較長(zhǎng),少量排水溝槽穿越線路起到引流作用。將這兩種分布方向的排水溝槽分為縱向排水溝槽和橫向排水溝槽。不同種類排水溝槽的分類及適用條件如表1和表2所示。
表1 縱向排水溝槽分類及適用條件
表2 橫向排水溝槽分類及適用條件
2.4.2 豎向因素
無(wú)論是填方還是挖方,場(chǎng)段路基面設(shè)計(jì)標(biāo)高與自然地面標(biāo)高均存在一定的高差。整個(gè)場(chǎng)段路基面范圍可認(rèn)為處在同一平面,其相應(yīng)的排水溝槽功能是引流路基面范圍內(nèi)的雨水。路肩外路基由一定的邊坡坡度與地面線相交,與地面線處于同一平面的排水溝槽功能是引流路基邊坡的雨水,承接路基面匯水(填方情況)或保護(hù)路基面不被雨水倒灌(挖方情況)。
場(chǎng)段路基面的排水裝置設(shè)計(jì)差異主要是由于所在區(qū)域每一年不同的平均降雨量和路基土滲水特性而導(dǎo)致的,同時(shí)還與場(chǎng)段是否上蓋物業(yè)開發(fā)有關(guān)。當(dāng)年平均降雨量小于350 mm、路基土壤滲水性較強(qiáng)或場(chǎng)段上蓋物業(yè)開發(fā)時(shí),場(chǎng)段路基面一般可以少設(shè)或不增加排水裝置;當(dāng)年平均降雨量為350~700 mm、路基所用土類填料滲水性較強(qiáng)時(shí),場(chǎng)段路基面應(yīng)設(shè)計(jì)一定坡率的排水橫坡,并在重點(diǎn)位置設(shè)計(jì)合理的排水裝置;當(dāng)年平均降雨量范圍為700~1 000 mm、路基所用土類填料滲水性一般時(shí),場(chǎng)段路基面宜設(shè)計(jì)有較大坡率的排水橫坡,并配備排水裝置;當(dāng)年平均降雨量大于1 000 mm 、場(chǎng)段路基面均應(yīng)設(shè)計(jì)較陡的排水橫坡及較多數(shù)量的排水裝置,從而保證整個(gè)站場(chǎng)路基面能夠較為迅速地排除所承接的雨水。
場(chǎng)段路基坡頂或坡腳外的排水裝置包括天溝、邊坡排水溝、截水溝、跌水溝(吊溝)、急流槽、沉砂池或消能池等地面排水系統(tǒng),應(yīng)與當(dāng)?shù)氐牡乇砼潘到y(tǒng)及相鄰區(qū)間或場(chǎng)段上的地表排水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌研究及配合,規(guī)劃合理的地表排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局,使水流在經(jīng)過所設(shè)置的排水溝槽時(shí)徑路順直、無(wú)冗余徑路。設(shè)計(jì)時(shí),需特別注意應(yīng)采取必要的基層防水及防滲漏處理措施,以保持場(chǎng)段路基邊坡不被水體侵蝕。
2.4.3 排水出口
一般而言,給排水管網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)設(shè)置有反重力的泵站或泵房,而站場(chǎng)路基排水均為重力流,因此對(duì)于出口標(biāo)高的設(shè)定需緊密結(jié)合給排水管網(wǎng)系統(tǒng)。
西安地鐵14號(hào)線陸港停車場(chǎng)位于向東路以南、港務(wù)南路以北所在地塊內(nèi),東側(cè)距福銀高速公路約40 m,西側(cè)緊鄰規(guī)劃道路。用地紅線內(nèi)總占地面積約11 hm2,場(chǎng)址內(nèi)原地面高程為384.360~385.500 m。場(chǎng)址總體南高北低,場(chǎng)區(qū)最低點(diǎn)位于福銀高速公路南側(cè)。根據(jù)《西安地鐵十四號(hào)線防內(nèi)澇專題研究報(bào)告》(2019年1月),陸港停車場(chǎng)周邊現(xiàn)狀無(wú)地面排水設(shè)施,在大坡向下有許多局部小流域和小凹點(diǎn),雨水分散分布在多個(gè)小凹點(diǎn),該站點(diǎn)的計(jì)算設(shè)防高程為384.700 m。結(jié)合設(shè)防高程、周邊地形、與周邊規(guī)劃道路的銜接、場(chǎng)址內(nèi)綜合管線的布設(shè)和場(chǎng)內(nèi)排水要求等因素,場(chǎng)坪設(shè)計(jì)高程確定為385.000 m,軌面設(shè)計(jì)高程為385.660 m,均高于防內(nèi)澇設(shè)防高程。
3.2.1 場(chǎng)區(qū)外排水設(shè)計(jì)
原設(shè)計(jì)場(chǎng)區(qū)外排水措施為:結(jié)合周邊場(chǎng)地高程及設(shè)計(jì)場(chǎng)坪標(biāo)高,在咽喉區(qū)東、西兩側(cè)圍墻外分別設(shè)1條排水明溝,用于蓋板雨水和場(chǎng)區(qū)雨水的排放以及阻截場(chǎng)區(qū)外雨水。其設(shè)計(jì)圖如圖1所示。
圖1 場(chǎng)區(qū)外排水設(shè)計(jì)示意圖Fig.1 Schematic diagram of drainage design outside the site
3.2.2 場(chǎng)區(qū)內(nèi)排水設(shè)計(jì)
原設(shè)計(jì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)排水設(shè)計(jì)主要為房建區(qū)和咽喉區(qū)。運(yùn)用庫(kù)兩側(cè)設(shè)雨水管線:東側(cè)雨水管與站場(chǎng)排水溝連接,排除蓋板上及部分地面排至溝內(nèi)雨水;西側(cè)雨水管排除蓋板落水管雨水,最終排至港務(wù)南路市政雨水管。咽喉區(qū)東側(cè)蓋板雨水排至地面后通過排水溝排至調(diào)蓄池。停車場(chǎng)雨水排水示意圖如圖2所示。
3.2.3 U型槽段
U型槽擋墻外地表設(shè)計(jì)滿足相關(guān)專業(yè)要求后,應(yīng)盡量與原地表齊平。起點(diǎn)處設(shè)計(jì)地表高程為382.700 m,實(shí)際高程為382.630 m;終點(diǎn)處設(shè)計(jì)地表高程為384.377 m,實(shí)際高程為384.790 m,設(shè)計(jì)高程差為1.677 m,坡度約為7.5‰。U型槽擋墻頂設(shè)計(jì)標(biāo)高高出相應(yīng)地表高程1.000 m(U型槽起點(diǎn)處高于百年洪水位1.4 m,終點(diǎn)處高于百年洪水位0.6 m)。U型槽段排水示意圖如圖3所示。
圖2 停車場(chǎng)雨水排水示意圖Fig.2 Diagram of parking lot rain drainage
圖3 U型槽段排水示意圖Fig.3 Drainage diagram of U-shaped groove section
1) U型槽導(dǎo)致的安全隱患:因現(xiàn)場(chǎng)周邊房屋拆遷后的建筑垃圾清表未恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)起點(diǎn)處地面高程為383.500 m,高出原設(shè)計(jì)高程約0.800 m,距擋墻頂僅0.200 m。起點(diǎn)范圍為整個(gè)停車場(chǎng)排水最低點(diǎn),故存在內(nèi)澇隱患,進(jìn)而影響行車安全。
2) 場(chǎng)區(qū)外場(chǎng)地增高導(dǎo)致的安全隱患。原設(shè)計(jì)中,咽喉區(qū)及出入場(chǎng)線外側(cè)絕大部分區(qū)域地面標(biāo)高為383.240~384.400 m,低于場(chǎng)坪標(biāo)高約0.600~1.700 m,存在排水不暢的安全隱患。但由于停車場(chǎng)地勢(shì)相對(duì)較高,圍墻外無(wú)積水隱患。
3) 圍墻位置調(diào)整導(dǎo)致的安全隱患:2020年,根據(jù)西安地鐵圍墻與用地紅線邊界重合的要求,將圍墻外移至紅線處,導(dǎo)致用于截水功能的排水溝由圍墻外變成了圍墻內(nèi),違背了截水功能的設(shè)計(jì)初衷。
4) 調(diào)蓄池存在的安全隱患:停車場(chǎng)東側(cè)圍墻外原地形地貌經(jīng)過施工后發(fā)生了較大改變,堆積了較多額外的土方,形成了多個(gè)局部低洼,破壞了原有地面水總體走向。調(diào)蓄池底部鋪砌厚0.25 m的普通透水材料,四周安裝防護(hù)柵欄以免發(fā)生跌落。目前,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)蓄池未能按照設(shè)計(jì)提供的規(guī)格完成施工,已挖出的池子容積非常有限,經(jīng)過幾次暴雨后沉淀了大量淤泥,圍墻基礎(chǔ)容易在雨水長(zhǎng)期侵泡下失穩(wěn)。通往調(diào)蓄池的管子基本上已與池底等高,不利于排水,建議采取措施墊高至池頂平齊。調(diào)蓄池邊的堆土應(yīng)盡快清除。調(diào)蓄池北側(cè)因堆土造成人為局部匯水區(qū)域,需及時(shí)處理。
5) U型槽與路基分界處因設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的安全隱患:該設(shè)計(jì)標(biāo)高的制定有所欠缺,現(xiàn)狀為施工低點(diǎn),西側(cè)圍墻與蓋板之間的雨水局部匯聚易形成積水。U型槽擋墻與路基面存在豁口,極端條件下,雨水容易從該部位涌進(jìn)U型槽內(nèi)。
本文提出的加強(qiáng)措施設(shè)計(jì)思路為:①圍墻外,以“堵+截”為思路。堵住緊貼圍墻區(qū)域的雨水不從圍墻下滲入場(chǎng)地的主要方法為,在圍墻外培土制造排水反坡等;截住圍墻外匯水不向停車場(chǎng)漫流的主要方法為,在圍墻外設(shè)置排水明溝及擋水埝。②圍墻內(nèi),以“疏+排”為思路。疏通圍墻內(nèi)積水區(qū)域,通過引流方式將圍墻內(nèi)的雨水排至圍墻外排水溝或雨水井。
3.4.1 場(chǎng)區(qū)外的加強(qiáng)排水措施
3.4.1.1 圍墻東側(cè)加強(qiáng)排水措施
結(jié)合圍墻東側(cè)外部地形條件和南北側(cè)市政道路接駁條件,主要分3個(gè)區(qū)域采取不同的加強(qiáng)排水措施。
1) 運(yùn)用庫(kù)東側(cè)的加強(qiáng)排水措施:上蓋結(jié)構(gòu)柱與圍墻之間設(shè)置一條蓋板排水溝,底寬為0.4 m,起溝高程為384.900 m,縱坡為2‰,長(zhǎng)度為420 m,向南接入港務(wù)南路市政雨水管網(wǎng)。其主要承擔(dān)該段落上蓋東側(cè)部分雨水的收集及排放,兼顧圍墻內(nèi)小區(qū)域地表水的收集及排放。
2) 咽喉區(qū)東側(cè)(路基段)的加強(qiáng)排水措施:在圍墻梁頂下0.2 m高度處,設(shè)面向場(chǎng)坪外坡率為8%的下坡,寬度為5 m,路基壓實(shí)度為0.91。距圍墻5 m外設(shè)一條梯形土質(zhì)明溝,向北接入臨時(shí)調(diào)蓄池,底寬為0.6 m,縱坡≥2‰,長(zhǎng)度為351 m,其主要功能為截住該段落圍墻外部的地表水。不承擔(dān)上蓋雨水的圍墻外排水加強(qiáng)措施如圖4所示。
圖4 不承擔(dān)上蓋雨水的圍墻外排水加強(qiáng)措施
3)咽喉區(qū)東側(cè)(U型槽段)的加強(qiáng)排水措施:在圍墻梁頂下0.2 m高度處,設(shè)面向場(chǎng)坪外坡率為8%的下坡,寬度為5 m,路基壓實(shí)度為0.91。距圍墻5 m外設(shè)一條梯形混凝土明溝,向北接入U(xiǎn)型槽起點(diǎn)附近的檢查井,通過檢查井連接向東路市政雨水管網(wǎng),底寬為0.6 m,縱坡≥2‰,長(zhǎng)度為300 m。其主要功能為接續(xù)原設(shè)計(jì)圍墻內(nèi)的排水溝,承擔(dān)該段落上蓋部分雨水的收集及排放,兼顧圍墻外地表水的收集及排放。承擔(dān)上蓋雨水的圍墻外排水加強(qiáng)措施如圖5所示。
圖5 承擔(dān)上蓋雨水的圍墻外排水加強(qiáng)措施
3.4.1.2 圍墻西側(cè)加強(qiáng)排水措施
考慮以截水為主,采取臨時(shí)措施將小區(qū)域內(nèi)的地表水引流至大區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有排水路徑內(nèi)。以U型槽與路基分界里程為界,分別向南北兩端縱向排水。
1) 南向排水溝的加強(qiáng)排水措施:向南排放的水溝采用特殊設(shè)計(jì),溝壁緊貼圍墻基礎(chǔ),溝寬為0.4 m,溝深為0.4 m,長(zhǎng)度為445 m,在次出入口處排入圍墻外臨時(shí)洼地。結(jié)構(gòu)專業(yè)圍墻排水溝大樣圖如圖6所示。
圖6 圍墻排水溝大樣圖Fig.6 Sketch of surrounding wall drainage ditch
2) 北向排水溝的加強(qiáng)排水措施:向北排放的水溝在圍墻梁頂下0.2 m高度處,設(shè)面向場(chǎng)坪外坡率為8%的下坡,寬度為5 m,路基壓實(shí)度為0.91,外設(shè)臨時(shí)土溝,截面形狀為梯形,底寬為0.6 m,長(zhǎng)度為220 m,縱坡≥2‰。所挖出的土無(wú)需外棄,直接堆至溝邊遠(yuǎn)離圍墻一側(cè),形成一道擋水埝作為雙重保護(hù),向北排入向東路(見圖4)。
3.4.2 場(chǎng)區(qū)內(nèi)加強(qiáng)排水措施
3.4.2.1 U型槽加強(qiáng)排水措施
出于安全考慮,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘提出加高U型槽擋墻,增加高度為0.4 ~1.0 m(起點(diǎn)處1.0 m,終點(diǎn)處0.4 m),采用寬為0.25 m的C30混凝土擋板,植筋錨入U(xiǎn)型槽側(cè)墻。U型槽擋墻植筋方法如圖7所示。施工完成后,擋板頂部高度以3‰的下坡坡度平滑修剪至起點(diǎn);終點(diǎn)處,擋板以30°的角度與U型槽擋墻頂順接,如圖8所示。
3.4.2.2 場(chǎng)地加強(qiáng)排水措施
1) 場(chǎng)地東側(cè)的加強(qiáng)排水措施:未設(shè)排水溝處采取硬化過水路面形式引流。以U型槽與路基分界里程為界,分別向南北兩端縱向排水,總長(zhǎng)度為300 m。其中,向北排放的段落縱向通過線路縱坡,最終將水引至U型槽起點(diǎn)檢查井,接入向東路市政管網(wǎng);向南排放的段落通過同樣的方法將水引至已實(shí)施的圍墻內(nèi)排水溝中。擬將東側(cè)排水溝在末端通過DN 800 mm雨水管接至向東路DN 1 000 mm市政雨水管內(nèi),DN 800 mm雨水管管底高程約為382.400 m,DN 1 000 mm市政雨水管管底高程約為380.100 m,并將排水溝沿線散排蓋板雨水管連接至排水溝內(nèi),提升停車場(chǎng)內(nèi)雨水排水的安全性。過水路面鋪設(shè)方法如圖9所示。
圖8 擋板順接方法Fig.8 Method for connecting baffles
2) 場(chǎng)地西側(cè)的加強(qiáng)排水措施:采取硬化過水路面形式引流,同場(chǎng)地東側(cè)過水路面鋪設(shè)方法。硬化過水路面長(zhǎng)度為175 m,縱向通過線路縱坡,最終將水引至U型槽起點(diǎn)檢查井,接入向東路市政管網(wǎng)(見圖9)。
圖9 過水路面鋪設(shè)做法Fig.9 Laying method of over-water pavement
3) 沉降槽地段的加強(qiáng)排水措施:沉降槽是一種特殊的人為地質(zhì)破壞,主要為城市不斷開采地下水造成的不均勻地面沉降,對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)極為不利。根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),穿越沉降槽區(qū)段采取了加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)凈空的措施,為滿足線路及軌道專業(yè)調(diào)坡的需求,沉降槽范圍內(nèi)的軌道道床采用柔性碎石道床,適用于馬蹄形隧道。暗挖馬蹄型斷面軌道結(jié)構(gòu)高度為850 mm(軌頂至隧道有效內(nèi)輪廓最低點(diǎn))。柔性碎石道床為漫流式排水,為便于區(qū)間廢水的匯集與排除,在碎石道床廢水泵房區(qū)域一側(cè)設(shè)置擋渣墻,擋渣墻內(nèi)為集水坑,上設(shè)鋼格板雨水篦子。
地鐵場(chǎng)段由于體量大、與周邊接口復(fù)雜,設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)排水的可靠性和及時(shí)性要求更高。尤其當(dāng)極端天氣來(lái)臨時(shí),對(duì)于容易受暴雨影響進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患的地段及環(huán)節(jié)要進(jìn)行逐一排查,及時(shí)采取補(bǔ)救措施。本文基于西安地鐵14號(hào)線陸港停車場(chǎng)的防汛加強(qiáng)設(shè)計(jì)及實(shí)施過程,總結(jié)了具有一定普適性的場(chǎng)段有效防淹排澇措施。主要結(jié)論如下:
1) 在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分進(jìn)行輸入資料的研究及相關(guān)技術(shù)論證,對(duì)于百年洪水位、區(qū)域內(nèi)澇水位等“紅線”絕對(duì)不能觸碰,要制定合適的場(chǎng)坪標(biāo)高及合適的縱向變坡點(diǎn),從源頭為場(chǎng)段提供較為理想的排水條件。以場(chǎng)段圍墻為界,堵截圍墻外雨水不進(jìn)入場(chǎng)內(nèi),疏通圍墻內(nèi)雨水有序排出。
2) 將永久工程與臨時(shí)措施結(jié)合起來(lái),通過解決特殊處理地段的排水設(shè)計(jì)和施工中遇到的問題,不斷總結(jié)和完善地鐵區(qū)間排水的施工技術(shù),同時(shí)與線路專業(yè)、區(qū)間結(jié)構(gòu)專業(yè)及道床專業(yè)密切配合,充分考慮與各個(gè)相關(guān)接口的協(xié)調(diào)處理,保證區(qū)間排水的通暢,以達(dá)到區(qū)間排水安全、合理、經(jīng)濟(jì)的目的。
3) 核查在突發(fā)極端天氣或現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化等情況時(shí)的應(yīng)對(duì)方案。核查重點(diǎn)包括但不限于:設(shè)計(jì)成果中天然形成的場(chǎng)坪較低點(diǎn)、可能存在安全隱患的臨時(shí)措施、跨專業(yè)設(shè)計(jì)交叉點(diǎn)、跨單位界面接口。以現(xiàn)有條件為基礎(chǔ),以時(shí)效為要求,尋求在短時(shí)間內(nèi)解決問題和永久排除隱患之間的最優(yōu)解。