下穿鐵路立交橋雨水排水系統設計探討

駱培明

(杭州地方鐵路開發有限公司，杭州 310007)

1 下穿鐵路立交橋雨水排水系統現狀

隨著鐵路的不斷提速和沿線城市交通的快速發展，平改立項目和新建道路穿越鐵路項目增多，下穿鐵路立交橋在城市交通中地位不斷提高。據統計，下穿型立交橋約占我國已建成立交橋的70%左右，上海鐵路局管內下穿鐵路橋涵共有3 530座，浙江省境內下穿鐵路橋涵共有935座，其中設有泵站的有151座。

下穿鐵路立交橋雨水排水系統的作用是在汛期及時排除匯集的雨水，保持道路交通的暢通。由于下穿鐵路立交橋兩側引道縱坡一般都較大，具有降雨時聚水較快的特點，若排除不及時就會威脅行車行人安全，中斷道路交通，嚴重的會影響立交橋和鐵路線路安全，而且很多下穿鐵路立交橋位于城市道路系統的咽喉部位，一旦交通中斷對人們的出行影響較大。

2 雨水排水系統的組成

下穿鐵路立交橋雨水排水系統由雨水收集系統和雨水泵站組成。

雨水收集系統的作用是收集匯水范圍內的地表雨水和地下水至集水池。由于下穿鐵路立交橋引道坡度較大(通常在2.0% ～3.5%之間)，造成雨水的地面徑流流速較大，接近甚至超過管道排放的流速，在引道上設置雨水井效果并不理想，所以一般采取在下立交最低處設置多篦集水井來收集雨水，多篦水井的個數是雨水設計流量與單個集水井容納流量的比值，并考慮1.2～1.5的堵塞系數。地下水位高于引道時在引道的基層內鋪設軟式透水管，將地下水有組織地收集到管內排入集水溝，地表雨水和地下水就近排入泵站集水池。

雨水泵站及時排除收集的雨水，是整個排水系統的核心。據經驗表明，下穿鐵路立交橋雨水泵站采用潛水泵在實踐中取得的效果較好，可節省40% ～60%工程投資，工期可以縮短1/2～2/3;安裝維護方便，可臨時安裝;運行安全可靠，輔助設備少，降低了故障率;運行條件大為改善，泵房與控制室分開，振動、噪聲小;自動化程度高，潛水泵機組啟動、操作程序簡單;簡化泵房結構。

3 排水系統設計

3.1 設計標準與規模

雨水排水系統的設計標準，特別是泵站的設計規模與標準決定整個系統的投資和功能的發揮。在《室外排水設計規范》(GBJ50014—2006)中有明確的規定，重要干道、地區或短期積水即能引起嚴重后果的地區，重現期一般選用3～5年，地面集水時間宜為5～10 min，并根據工程所在地的暴雨強度公式和雨水流量公式算出雨水設計流量。由于下穿鐵路立交橋引道坡度較大，集水較快，并考慮立交的重要程度，應適當提高設計重現期和地面集水時間，一般宜取其上限。

3.2 雨水泵站集水池容積、隔柵及流態

對潛水泵站而言，集水池即泵室，集水池大小決定著泵站大小和工程造價，合理地確定集水池的大小顯得尤為重要。集水池有效容積一般按《室外排水設計規范》和設計手冊中規定，不應小于最大一臺泵5 min的出水流量計算，這是基于人工操作所需啟動時間和避免潛水泵的頻繁啟動而要求的。隨著水泵技術、自控技術的發展，集水池的容積可以減小，從而降低工程造價。

隔柵的作用是清除雨水中較大的雜質和漂浮物，以防雜質和漂浮物吸入水泵，損壞泵體，從而延長水泵的使用壽命，有利于水泵的日常維護。除污可分為人工除污和機械除污，在選擇除污形式時應選擇自動化程度高、操作簡單、方便、安全的方式，體現以人為本的設計原則。

集水池中雨水流態會對泵的運行產生影響，由于水泵與雨水收集系統和集水井相連，暴雨時流速較快的雨水徑流從集水井進入集水池會形成回流、湍流，從而惡化水泵的進水條件，導致水泵效率下降，應采取導流等措施改進雨水流態以助于泵站的正常運行，可設置導流板和擋水板等。

3.3 水泵的選型、控制與安裝

水泵作為雨水泵站的核心直接對泵站的運行效率產生影響。一般要求易安裝、易維護、運行安全可靠、結構簡單、故障率低。這些要求正好符合潛水泵的優點，所以下穿鐵路立交橋雨水系統泵站宜采用潛水泵，其設計流量在自動控制時應按設計秒流量確定，人工控制時應按最大小時流量確定，水泵數量應不少于2臺泵，以保證有1臺備用泵。

水泵的自動控制不僅有助于及時排水，還可減小集水池容積，因此下穿鐵路立交橋排水宜充分利用潛水泵易于實現自動控制的優點，采用報警水位雙泵啟動方式控制，即高水位(小雨)時啟動1臺水泵，超高水位(大雨)時再啟動1臺水泵并報警。值得注意的是，使用潛水泵時最低水位不應低于電動機露出液面部分的一半高度。

潛水泵的安裝，有懸吊式、斜拉式、自由移動式、軌道式自動耦合安裝等形式。目前，小型雨水泵站中潛水泵多采用軌道式自動耦合安裝，安裝、檢修時不需進入集水池，便于維護管理。

3.4 金城路下穿鐵路立交橋雨水排水系統設計

杭州市蕭山區金城路下穿鐵路立交橋工程位于杭州市蕭山新區、鐵路滬昆繞行線，金城路里程為K4+630。

1)雨水泵站的雨水排水系統根據地質鉆探資料地下水量微弱，地表雨水設計流量Q=ΨqF，其中Q為雨水設計流量，L/s、Ψ為徑流系數(道路取0.9)、q為設計降雨強度，L/s·h)、F為匯水面積，ha，設計降雨強度按杭州市暴雨強度計算 q=［3 360.04×(1+0.639lgP)］/(t+11.945)0.825，P 為設計重現期(下穿段道路取5年)、t為設計降雨歷時(下穿段道路取10 min)，經計算最大時設計雨水流量為700 L/s。雨水收集采取在立交橋兩側機動車道和非機動車道最低處設置橫截溝，橫截溝上敷設GTG50H型水溝蓋。雨水收集后匯流到立交橋東側橫截溝排入雨水檢查井，采用DN800的鋼管引入，經過機械隔柵除污機，除污后流入集水池(鋼筋混凝土沉井)。

2)集水池有效容積:集水池直徑 D=8.0 m，集水有效高度為1.85 m，得出有效容積為93 m3，最大水泵的流量Q=1 000 m3/h，5 min的出水流量為83.3 m3，集水池有效容積大于最大一臺泵5 min的出水流量。

3)考慮以人為本的設計原則，提高自動化程度。在雨水泵井內設回轉式格柵除污機(GSHZ-900-7310)1臺，有效寬度 W=0.9 m，安裝寬度 W=1.0 m，安裝高度 H=7.98 m，柵隙為5 mm，安裝角度 α為80°。

4)潛水泵型號的選擇需考慮①雨水提升高度6.85 m和出水管路的局部和沿程水力損失的要求，水泵揚程確定為15 m左右。②最大設計雨水流量為700 L/s，根據水泵配置原則、雨量變化特點和泵井反沖洗要求，本工程共設置4臺潛水泵，以2臺大型泵、1臺中型泵和1臺小型泵。300 W的Q1000-16-75型潛水泵2臺，水泵流量Q=1 000 m3/h，揚程 H=16 m水柱，配套電機功率為75 kW、250 W的Q600-15-45型潛水泵1臺，水泵流量 Q=600 m3/h，揚程 H=15 m水柱，配套電機功率為45 kW、100 W的Q70-15-7.5型潛水泵1臺，水泵流量Q=70 m3/h，揚程H=15 m水柱，配套電機功率為7.5 kW。潛水泵安裝采用軌道式自動耦合安裝，水泵控制采取自動控制與現場控制相結合。

圖1 雨水泵站示意

雨水泵站為半地下式，下部為集水池，上部為管理與操作設施，平面圖和剖面圖見圖1。該雨水泵站自建成后取得了較好的實際運行效果。

4 結束語

在下穿鐵路立交橋雨水排水系統設計中設計標準與規模應適當提高重現期和集水時間，在水泵和格柵選型時盡量選擇自動化程度高、安裝簡單、易維護的型號，從而能縮小集水池容積降低工程造價。

[1] 上海市津建設和交通委員會.GBJ50014—2006 室外排水設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.

[2] 張云天.既有線平交道口改立交的排水設計［J］.鐵道建筑，2004(4):16-17.