楊 杰

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京）

引言

眾所周知，市政給排水工程是十分復(fù)雜的，泵站工程是市政排水工程的重要節(jié)點(diǎn)，而且它還對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平有很大的要求[1-3]。鐵路系統(tǒng)是國(guó)家重大基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)系民生之本。鐵路立交道路雨水泵站工程系統(tǒng)可靠性、安全性較之普通泵站要高。本文以西安某地鐵路立交道路雨水泵站為例，分析了項(xiàng)目中的重難點(diǎn)問(wèn)題，為其它類似項(xiàng)目提供借鑒。

1 項(xiàng)目背景

本項(xiàng)目位于西安市某區(qū)火車站附近，該地區(qū)有三條既有過(guò)鐵路通道，間距約為1.5 km 和2 km，過(guò)鐵路通道數(shù)量偏少，嚴(yán)重制約鐵路兩側(cè)地塊溝通及區(qū)域發(fā)展。

考慮交通及區(qū)域的發(fā)展需求，加強(qiáng)鐵路南部區(qū)域及北部新城之間的溝通，根據(jù)規(guī)劃在火車站旁邊新建一條城市次干路，下穿通過(guò)鐵路，紅線寬40 m（部分路段52 m），道路長(zhǎng)約1.064 km。

2 主要技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目采用西安市暴雨強(qiáng)度公式：

其中：

q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/s·hm2），P-重現(xiàn)期，t-降雨歷時(shí)（min）。

2.2 技術(shù)方案

項(xiàng)目雨水主要考慮接納下穿段鐵路泵站雨水及周邊地塊雨水。采用充分利用地形就近排放的原則，就近排入承泄水體。

根據(jù)道路橫斷面布置圖，在機(jī)動(dòng)車道兩側(cè)及非機(jī)動(dòng)車道兩側(cè)分別布置一條排水溝用以收集道路雨水，在最低點(diǎn)匯集后由d900 mm 雨水管道進(jìn)入雨水泵站，經(jīng)泵站提升后排入閻良街現(xiàn)狀雨水管道，見(jiàn)圖1。

3 重難點(diǎn)問(wèn)題及對(duì)策分析

3.1 流量計(jì)算

雨水泵站流量計(jì)算是整個(gè)泵站設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，流量大小直接關(guān)系泵站規(guī)模及投資。泵站流量計(jì)算偏大，則會(huì)導(dǎo)致泵站規(guī)模增大，會(huì)增加不必要的投資；泵站流量計(jì)算偏小，則會(huì)導(dǎo)致泵站規(guī)模偏小，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，增加內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。因此，泵站流量計(jì)算應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目重要程度以及項(xiàng)目具體情況，選取合適的計(jì)算參數(shù)，最終確定合理的計(jì)算流量，為泵站下一步設(shè)計(jì)工作提供依據(jù)。

泵站流量計(jì)算則采取如下公式：

其中：

Q-雨水設(shè)計(jì)流量（L/s），F(xiàn)-匯水面積（hm2），Ψ-徑流系數(shù)，q-設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度（L/s·hm2）

根據(jù)流量計(jì)算公式及暴雨強(qiáng)度公式，可得出關(guān)于流量計(jì)算的主要影響因素有流域劃分（匯水面積）、集水時(shí)間（降雨歷時(shí)）、重現(xiàn)期以及徑流系數(shù)。

（1） 流域劃分

合理的雨水流域劃分是流量計(jì)算的重要因素，它與計(jì)算流量呈正比例關(guān)系，流域的大小對(duì)于流量計(jì)算結(jié)果有著直接的影響。

流域的劃分應(yīng)根據(jù)地形確定，合理確定泵站的收水范圍，做到高水高排，低水低排，高低水分別采用獨(dú)立的收水及排水系統(tǒng)。同時(shí)，為避免高水進(jìn)入低水區(qū)域，增加泵站排水壓力，下穿段低水區(qū)域應(yīng)采取措施封閉低水區(qū)域，避免客水匯入。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)采取盡可能縮小泵站流域范圍，將泵站規(guī)?？刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，控制工程造價(jià)。

為有效控制匯水面積，封閉匯水范圍，避免客水匯入，下穿段兩側(cè)設(shè)置了擋墻、兩端分別設(shè)置了駝峰等攔截措施。根據(jù)鐵路部門(mén)相關(guān)要求，凈空按照機(jī)動(dòng)車道≥4.5 m；非機(jī)動(dòng)車道≥3.5 m；人行道≥2.5 m；道路按照主路最大縱坡4.5%，人非通道最大縱坡3.5%，最小縱坡0.3%。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)，鐵路兩側(cè)為現(xiàn)狀道路，間距約641 m，受兩側(cè)現(xiàn)狀高程、道路縱坡及道路穿鐵路最小凈空等因素影響，南側(cè)駝峰位于K0+037，北側(cè)駝峰位于K0+686，導(dǎo)致北側(cè)現(xiàn)狀路口進(jìn)入?yún)R水范圍內(nèi)。為進(jìn)一步控制匯水范圍，通過(guò)交叉路口豎向設(shè)計(jì)將雨水坡向相交道路、加密相交路口雨水口、交叉口及交叉口北側(cè)道路增設(shè)高水收集系統(tǒng)進(jìn)行攔截等措施，將實(shí)際雨水收水范圍控制在兩條現(xiàn)狀路范圍內(nèi)。

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，經(jīng)采取設(shè)置擋墻、駝峰等措施封閉匯水范圍、流域內(nèi)采取其它措施進(jìn)一步減小收水范圍，最終將實(shí)際收水范圍控制在盡可能小的范圍內(nèi)。同時(shí)，由于下穿鐵路框架橋段實(shí)際不收水，總收水范圍應(yīng)刨除相應(yīng)區(qū)域。為安全考慮，交叉口至北側(cè)駝峰范圍內(nèi)的雨水及適當(dāng)范圍內(nèi)現(xiàn)狀道路由于實(shí)際收水效果位置，故應(yīng)納入流量計(jì)算范圍，最終確定雨水泵站流域范圍約2.05 hm2，見(jiàn)圖2。

圖2 雨水泵站匯水面積圖

（2） 集水時(shí)間

一般來(lái)說(shuō)，集水時(shí)間受匯水距離、地形坡度和地面種類等多因素的影響。在常規(guī)雨水管渠設(shè)計(jì)中，由于地形、距離以及地面種類復(fù)雜多樣，往往難以計(jì)算，因此集水時(shí)間一般不經(jīng)計(jì)算按照經(jīng)驗(yàn)確定，取值為5～15 min。而下穿鐵路道路與常規(guī)雨水管渠設(shè)計(jì)不同，由于道路坡長(zhǎng)、坡度和路面種類等因素較為單一，可以經(jīng)簡(jiǎn)化后由計(jì)算確定，時(shí)間也較常規(guī)雨水管渠短，一般為2～10 min。計(jì)算可采用如下公式：

式中：

L-徑流長(zhǎng)度（m）；

V-道路偏溝流速（m/s），可采用表1。

表1 地面坡度與邊溝流速對(duì)應(yīng)關(guān)系表

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目集水時(shí)間取7 min。

（3） 重現(xiàn)期

依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2021）[4]，西安市屬于超大城市，中心城區(qū)下穿立交道路雨水管道的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期可取30～50 年，非中心城區(qū)下穿立交道路雨水管道的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期不應(yīng)小于10 年。本項(xiàng)目位于西安市非中心城區(qū)，但該道路毗鄰火車站，屬于重要地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。因此，本項(xiàng)目雨水重現(xiàn)期采用20 年。

（4） 徑流系數(shù)

綜合徑流系數(shù)應(yīng)根據(jù)流域范圍內(nèi)下墊面情況不同徑流系數(shù)加權(quán)平均計(jì)算得出，宜為0.9～1，本項(xiàng)目經(jīng)計(jì)算取0.9。

經(jīng)計(jì)算，雨水泵站設(shè)計(jì)流量為741 L/s，即2 668 m3/h。

3.2 雨水收集系統(tǒng)

雨水收集系統(tǒng)布置與道路縱坡關(guān)系緊密。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)缆房v坡大于2%時(shí)，因縱坡大于橫坡，雨水流入雨水口較深，沿途可少設(shè)或不設(shè)雨水口；當(dāng)坡度較短（長(zhǎng)度≤300 m）時(shí)，在道路低點(diǎn)處集中收水，是更加經(jīng)濟(jì)合理的方案。

本項(xiàng)目泵站收水范圍內(nèi)主路最大縱坡4.5%，最小縱坡0.3%，人非通道最大縱坡3.5%，最小縱坡0.3%。最大縱坡均超過(guò)2%，且坡長(zhǎng)均小于300 m，在主路及人非通道緩坡段布置路面雨水收集系統(tǒng)，見(jiàn)圖3。

圖3 雨水收集系統(tǒng)斷面布置示意圖

人非通道下方預(yù)埋有管溝，致使路面結(jié)構(gòu)層最小厚度僅為300 mm，不具備不設(shè)常規(guī)雨水管道的條件，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際條件，在緩坡段布置300×450 mm 成品排水溝。300WQ1000-12-45 潛污泵（冷備一臺(tái)），采用φ3.8 m 泵筒，泵筒深度達(dá)18 m，基坑支護(hù)費(fèi)用過(guò)高。

為降低工程投資，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，采用如下方案，見(jiàn)圖4 和圖5：

圖4 泵站工藝平面布置示意圖

（1） 將基坑支護(hù)作為泵井外壁，取消一體化泵站泵筒。

（2） 保持集水池總?cè)莘e不變，增加集水池底面積，泵井深度由18 m 減為15.6 m。

調(diào)整后泵站投資可減少約50 萬(wàn)元。

3.3 雨水泵站設(shè)計(jì)

根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)泵站流量不大于1 m3/s 時(shí)，采用一體化泵站更加經(jīng)濟(jì)[5]。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)流量為0.74 m3/s，可采用一體化泵站方案。受進(jìn)出水管道高程及一體化泵站工藝的限制，當(dāng)采用一體化泵站方案時(shí)，需設(shè)置三臺(tái)

3.4 泵站排水出路

由于下穿鐵路等立體交叉道路下穿段為區(qū)域洼點(diǎn)，一旦積水將嚴(yán)重威脅人身安全。因此，該類道路雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于周邊附近道路，為確保立體交叉道路下穿段雨水的排水暢通，當(dāng)具備條件時(shí)應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的排水系統(tǒng)就近排入水體。

在實(shí)際工程中，立體交叉道路往往遠(yuǎn)離河道，且周邊路網(wǎng)中市政管線繁多，額外設(shè)置一條排水通道就會(huì)不經(jīng)濟(jì)且空間上不具備條件。因此，市政項(xiàng)目泵站排水多排入周邊市政管網(wǎng)中，但收納管網(wǎng)應(yīng)能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)條件下周邊區(qū)域及泵站的排水要求。

本項(xiàng)目泵站雨水下游為閻良街規(guī)劃雨水管道，目前暫未實(shí)施?，F(xiàn)狀為800×600 mm 雨水溝，經(jīng)校核，可滿足約5 年一遇重現(xiàn)期雨水排除條件，基本滿足日常通行需要。為避免極端降雨造成下凹段內(nèi)澇，將對(duì)該段道路在雨季加強(qiáng)巡查，一旦路面發(fā)生積水，可采取封路、停止泵運(yùn)行等措施，切實(shí)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

4 泵站運(yùn)行效果

本泵站于2023 年建設(shè)完成，在經(jīng)歷了該年度汛期考驗(yàn)，泵站運(yùn)行正常，地面未出現(xiàn)積水等現(xiàn)象，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

鐵路系統(tǒng)立交道路雨水排除由于受周邊及鐵路條件限制，常規(guī)均采用泵站排除的方式。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)合理的確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、框定流域面積，必要時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終確保排水系統(tǒng)安全可靠。