西蒲鐵路立交雨水泵站及排水系統的升級改造

鐘志鵬

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

西蒲鐵路立交雨水泵站及排水系統的升級改造

鐘志鵬

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

西蒲鐵路立交雨水泵站建于1989年，承擔永定門東濱河路下穿鐵路橋部分路段的雨水抽升任務。通過分析現況西蒲鐵路立交積水原因，總結了下凹式立交雨水泵站及排水系統升級改造的技術特點，并提出在設計運行中需關注的相關問題。作為北京市中心城區第一批升級改造的下凹式立交橋排水系統，設計中對橋區低水收集系統及立交泵站進行升級改造，同時新建調蓄池進行削峰調蓄，將整體排水系統的處理能力由設計重現期P=2 a提高至P=10 a。

雨水泵站；下凹式立交橋；調蓄池；重現期；升級改造

1 概述

北京城區立交橋多為下凹式立交，因道路縱坡較大（2.5%～3.5%），一般比周圍干道低2～8 m，形成盆地，使得雨水迅速匯集到最低點，通常情況下無法自流排出，需采用泵站抽升的排水方式。

自2004年以來，北京城區多次發生極端天氣并造成多處立交橋下出現積水情況。尤其是2011年“6·23”暴雨和 2012 年“7·21”暴雨，因橋區嚴重積水導致交通堵塞甚至癱瘓，給城市交通和市民出行造成影響，對北京市的社會經濟造成了一定損失。

按照北京市政府批準的《北京城區雨水泵站系統升級改造及雨洪控制利用三年工作計劃（2012—2014年）》安排，擬分三批完成城區84座立交橋泵站系統的提標改造，提升排水能力。西蒲鐵路立交雨水泵站被列入第一批立交雨水泵站升級改造項目（共計20座）。

本文通過分析現況西蒲鐵路立交積水原因，總結了下凹式立交雨水泵站及排水系統升級改造的技術特點，并提出在設計運行中需關注的相關問題。

2 現況調查及積水原因分析

2.1 現況泵站

西蒲鐵路立交雨水泵站是1989年建設的，位于南二環鐵路橋北側玉蜓公園內，負責承擔永定門東濱河路下穿鐵路橋部分路段的雨水抽升任務。泵站占地600 m2，匯水面積2.04 hm2，設計重現期P=2 a，設計流量為0.74 m3/s。泵站進水管線管徑為D1 050 mm，出水管管徑為D1 100 mm，下游直接排入南護城河。圖1為西蒲鐵路立交雨水泵站位置示意圖。

圖1 西蒲鐵路立交雨水泵站位置示意圖

2.2 現況外圍雨水管網

在西蒲鐵路立交橋西側道路變坡點以西，現況永定門東濱河路南側輔路下有一條雨水管，流向自東向西，管徑D500 mm，在景泰橋東側匯入一條D1 600 mm雨水干管向北排入南護城河。

在西蒲鐵路立交橋東側道路變坡點以東，現況永定門東濱河路南側輔路及北側主路下各有一條雨水管線，流向自西向東，南側雨水管管徑D300～400 mm，北側雨水管管徑D500 mm，在玉蜓橋西側通過一條D1 500 mm雨水干管向北排入南護城河。

圖2為西蒲鐵路立交外圍雨水管網示意圖。

圖2 西蒲鐵路立交外圍雨水管網示意圖

2.3 橋區積水情況

2012年7月21日，北京市普降暴雨。此次降雨強度大、歷時長，導致西蒲鐵路立交橋橋區低凹路段發生積水。西蒲鐵路立交橋區域具體降雨量和積水情況如下：

降雨時間自2012年7月21日10:32:01至7月21日4:09:23，歷時17.5 h，總降雨量190 mm。最強降雨時間段發生在7月21日18:33:45至19:33:45，該小時降雨量64 mm。泵站抽升水量約14 730 m3。橋區低凹路段積水深度0.45 m，持續2.5 h。現況泵站出水直接排入南護城河，出水井處泵后出水水位40.50 m，泵站周邊地勢高程41.60～42.37 m。2012年7月21日南護城河在泵站附近洪水位為38.82 m，沒有出現河水倒灌或淹沒泵站的情況。

2.4 積水原因分析

根據最新的地形管線測量及現場踏勘分析，西蒲鐵路立交雨水泵站主要有以下幾個問題：

（1）泵站匯水面積增加

西蒲鐵路立交泵站建于1989年，當時主要考慮永定門東濱河路下穿鐵路段主輔路的排水，匯水面積2.04 hm2。原泵站設計時只解決立交范圍內雨水排除，不考慮客水的進入。

此后，由于東西兩側道路翻新，根據最新的地形測量，東西兩側道路變坡點均有所延伸。此外，由于鐵路以西的南側輔路段新開1處小區通道，導致該小區部分雨水通過地表徑流流入鐵路立交范圍。由于以上兩個原因導致立交排水新增匯水面積約1.51 hm2。

（2）高水系統排水能力不夠

在西蒲鐵路立交橋西側道路變坡點以西，現況永定門東濱河路南側輔路下有一條雨水管，流向自東向西，管徑D500 mm，在景泰橋東側匯入一條D1 600 mm雨水干管向北排入南護城河。

在西蒲鐵路立交橋東側道路變坡點以東，現況永定門東濱河路南側輔路及北側主路下各有一條雨水管線，流向自西向東。南側雨水管管徑D300～400 mm，北側雨水管管徑D500 mm，在玉蜓橋西側最終通過一條D1 500 mm雨水干管向北排入南護城河。

上述高水管線系統設計重現期P=1 a，當降雨規模大于此標準時，超過排水設施輸送能力的雨水將通過地表徑流匯入道路低點，流入泵站。

（3）道路低點雨水口數量需增加

根據現場踏勘，道路低點處鐵路南北兩側主路有雨水口55個，輔路有雨水口37個，共計91個。按每個雨水口15 L/s的泄水量計算，進水量為1.37 m3/s，大于現有設計0.74 m3/s的進水量，但無法滿足匯水面積增加后的進水量要求。

（4）泵站進水管道排水能力偏低

根據現場踏勘：泵站總進水管為D1 050 mm，坡度約為0.003 8，滿流時過水能力為1.68 m3/s；總出水管為D1 100 mm，坡度約為0.026 7，滿流時過水能力為5.05 m3/s。

按照P=10 a設計重現期標準，設計水量為1.97 m3/s，現況總出水管可順暢排除，現況總進水管排水能力略顯不足。

3 設計要點

3.1 基本設計思路

立交雨水系統作為一個整體，主要包括三大部分：收集、泵站提升和排放。如果只對任意一部分提高能力，并不能達到整體提升排水標準的目的，即不能保證橋區交通的通行能力。

根據本文第2.4節中積水原因分析可知，若想徹底解決西蒲鐵路立交橋積水問題，需對以下部分進行改造：

（1）提高高水管線系統設計標準，盡量避免高水通過地表徑流流入泵站，實現“高水高排，低水低排”（此部分工程內容應通過雨水流域排放標準升級改造統一實施，不在立交雨水升級改造工程范圍內）；

（2）對橋區低點雨水收集系統進行改造，增加雨水口的數量和改造泵站進水管線，提高系統收水能力；

（3）對現有雨水泵站進行改造，提高系統提升和排放能力；

（4）新建調蓄設施，消納雨峰，提高立交排水標準。

3.2 立交改造標準

（1）通過對橋區低水管道及雨水口的改擴建，使橋區低水收集系統滿足《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）設計重現期P=10 a標準。

（2）通過對現況雨水泵站的改擴建，使雨水泵站提升能力達到《室外排水設計規范》（GB 50014—2006）設計重現期P=5 a標準。

（3）新建調蓄池，對5 a＜P≤10 a的降雨進行削峰調蓄，因地制宜建設調蓄池，提升橋區低水系統排除能力。

（4）新建初期雨水池，收集存儲橋區15 mm以內初期雨水量。橋區初期雨水進入初期雨水池暫存，降雨后將池內初期雨水提升排入市政污水管道，送至污水處理廠進行處理，減少因雨水泵站抽排造成的初期雨水對下游河道的不利影響。

與西蒲泵站改造同期實施的立交泵站共計20座，考慮到改造前泵站重現期均為1～3 a，如果直接將這20座泵站能力提升到設計重現期P=10 a標準，必將對北京市現況河湖管網系統造成沖擊。本次設計一方面通過改擴建將現況泵站處理能力提升至P=5 a標準，另一方面新建調蓄池對5 a＜P≤10 a的降雨進行削峰調蓄，完美解決了道路立交橋區積水與下游排水能力不匹配的問題。

3.3 立交系統各單元設計

3.3.1 橋區低水收集系統設計

根據最新的地形管線測量及現場踏勘分析，最終確定泵站匯水面積3.55 hm2，橋區低水收集系統按設計重現期10 a考慮，設計流量為1.97 m3/s。設計內容包括以下三個部分：

（1）將立交排水范圍內雨水口數量由83個增至186個，同時將不能滿足排水要求的部分現況雨水管增大管徑原地翻新重建。

（2）經核算，現況泵站總進水管排水能力略顯不足。考慮到總進水管（D=1 050 mm）穿越道路擋墻，且擋墻下其他市政管線較多，翻建困難，本次設計對現況總進水管進行原位內襯固化修復（CIPP）提高其排水能力。

（3）新建調蓄池進水管線（鋼筋混凝土企口管，管徑D1 400 mm）和出水管線（Q235-B鋼管，管徑DN300～DN500 mm）。

圖3為橋區低水收集系統示意圖。

圖3 橋區低水收集系統示意圖

3.3.2 現況雨水泵站改造設計

泵站匯水面積3.55 hm2，抽排能力按設計重現期5 a考慮，設計流量為1.71 m3/s。設計內容包括以下三個部分：

（1）經核算，1.71 m3/s已超出現況格柵能力范圍，需進行更換，將原格柵拆除，渠道寬度由原1 400 mm加寬至2 500 mm，新增回轉式格柵1臺。

（2）將現況3臺水泵拆除，采購混流泵4臺，安裝3臺（其中1臺變頻），庫房備用1臺。

（3）將原水泵的配套管路系統拆除，更換新的配套管路系統，管材為Q235-B鋼管，管徑DN600 mm，并配置接頭、彎頭、蝶閥、橡膠緩閉止回閥等。

圖4為現況雨水泵站改造示意圖。

圖4 現況雨水泵站改造示意圖

3.3.3 新建調蓄池（含初期雨水池）設計

3.3.3.1 基本原理

新建調蓄池，將超過5 a一遇的雨水暫存在內，通過削減降雨的峰值起到提高立交排水標準的效果。調蓄池的容積計算主要包含兩部分：初期雨水的收集和調蓄雨水的收集。由于降雨初期雨水溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、建筑工地等，使得前期雨水中含有大量的有機物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質，因此前期雨水的污染程度較高，通常超過了普通的城市污水污染程度。如果將前期雨水直接排入自然承受水體，將會對水體造成非常嚴重的污染，因此需對前期雨水進行棄流處理：將降雨初期雨水先儲存，后通過獨立的抽升系統分流至污水管道，下游入污水處理廠進行處理；降雨后期污染程度較輕的雨水則可存儲在調蓄池內，經過預處理截留水中的懸浮物、固體顆粒雜質后，可以直接排入自然承受水體。

根據《石油化工企業給水排水系統設計規范》（SH 3015—2003）第5.3.4條，一次降雨污染雨水總量宜按污染區面積與其15～30 mm降水深度的乘積計算。本設計初期雨水池按照15 mm計算，同期20座泵站改造后總立交流域面積約為97.39 hm2，合計產生初期雨水量14 609 m3，對城區污水處理系統總體影響甚小。

圖5為雨水調蓄原理示意圖。

圖5 雨水調蓄原理示意圖

3.3.3.2 主要設計參數

表1為新建調蓄池主要設計參數。

表1 新建調蓄池主要設計參數

3.3.4 改造后立交系統聯合運行工況說明

3.3.4.1 泵站運行工況

降雨初期，雨水首先流入初期雨水池，使水質較臟的初期雨水得以截留，初期雨水池水位上漲到高程32.470 m，初期雨水收集完畢，浮筒閥自動關閉，雨水進入泵站，泵站開始運行。水位到達33.200 m時，泵站內第一臺水泵啟動；水位到達33.450 m時，泵站內第二臺水泵啟動；水位到達33.700 m時，泵站內第三臺水泵啟動。當泵站水位上升至最高水位33.900 m時，雨水通過調蓄池溢流孔進入雨水調蓄池進行調蓄。停泵水位為32.900 m。

3.3.4.2 調蓄池運行工況

（1）初期雨水池：最低水位29.250，最高液位32.470；雨水調蓄池：最低水位29.250，最高液位34.600。調蓄池水泵運行為雨后開啟，因此不需設置啟動液位，停泵水位按照最低液位控制。

（2）雨停后，開啟初期調蓄池內放空水泵，將初期雨水排放至污水管內，排空時間1.6 h。開啟調蓄池內放空水泵，將雨水排放至南護城河內，排空時間為2.7 h。

圖6為立交系統聯合運行示意圖。

圖6 立交系統聯合運行示意圖

3.3.5 改造后需要注意的問題

（1）建議盡快實施《中心城20座下凹橋區防澇工程規劃》中的高水管道系統改造。該規劃要求高水區雨水管道設計標準由現況重現期P=1 a提升至P=10 a，徹底實現“高水高排，低水低排”。

（2）建議按照《新建建設工程雨水控制與利用技術要點》的要求，尤其是橋區周邊小區，建設雨水控制與利用設施，減少客水流入。

（3）在上述改造工程尚未實施期間，需在汛期落實好應急搶險裝備，遇緊急情況時及時采取擋水、搶排等臨時措施防止高水系統超標雨水進入低區系統。

4 升級改造后西蒲立交系統運行情況

西蒲立交系統升級改造工程于2012年11月開始施工，2014年5月完工。自2014年6月至今，橋區低點未發生積水現象，初期雨水池和泵站運行正常，雨水調蓄池暫未發揮作用（最近3 a未發生5 a重現期以上強降雨），立交系統排水能力達到設計要求。

5 結語

西蒲鐵路立交雨水泵站及排水系統升級改造工程屬于《北京城區雨水泵站系統升級改造及雨洪控制利用三年工作計劃（2012—2014年）》所確定的第一批立交雨水泵站升級改造項目。根據最新的地形管線測量及現場踏勘分析，設計中對橋區低水收集系統及立交泵站進行升級改造，同時新建調蓄池進行削峰調蓄，將整體排水系統的處理能力由設計重現期P=2 a提高至P=10 a。實際運行情況證明，立交系統排水能力達到設計要求。

TU992.25

B

1009-7716（2017）10-0084-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.024

2017-07-09

鐘志鵬（1972-），男，湖北云夢人，碩士，高級工程師，從事給排水設計工作。