城市道路下穿現況鐵路立交路面排水系統設計簡析

劉佳男

（北控水務（中國）投資有限公司，北京 100102）

1 引言

下穿立交作為交通樞紐，對城市交通的正常運營起著重要作用，其自身的重要性和復雜性，給下穿立交排水設計增添了很大難度，下穿立交雨水的排除必須及時通暢，才能保證下穿立交的功能性。本文通過簡單分析，結合排水工程的具體要求，總結了下穿立交道路路面排水設計的原則和方法，為城市道路下穿現況鐵路立交排水設計提供參考。

2 下穿立交排水的特點

2.1 交通上的重要性

下穿立交雨水排水系統的作用是在雨天及時有效地排除下穿立交范圍內匯集的大量雨水，維持城市道路安全順暢運行。由于下穿立交兩側引道縱坡一般都較大，降雨時聚水較快，若雨水排除不及時，往往會影響交通并威脅車輛行人安全，故立交排水設計標準要求高于常規排水設計。

2.2 排水設計難度大

第一，排水設計的特殊性。下穿立交區域內的道路往往低于周邊道路約3～6m，形成縱坡很大的盆地，導致雨水很快匯集到立交最低點而造成積水。且立交的存在阻隔了一個地區原有的區域排水系統，立交雨水和原區域雨水需要各成系統獨立排除且互不干擾，增加了設計難度。此外，由于下穿立交在道路交通上占有很重要的地位，立交道路上車輛多、速度快，對后期排水設施的養護和管理造成了很大困難。第二，排水設計的復雜性[1]。下穿立交區域內的道路往往低于周邊道路,易造成雨水的快速匯集和排水不暢，因此若不能將高區雨水有效地截流排走,就會直接影響到低區雨水的有效排除,導致橋下路面積水受淹而影響通行。因此在進行排水設計時,要統籌考慮整個立交范圍的地面徑流,設計過程較復雜。第三，排水設計的煩瑣性。由于下穿現況鐵路立交是由道路（鐵路）、橋梁、排水等多種專業在一起共同完成的綜合性設計,因此,各專業的相互配合協調很重要,作為重力流的排水專業必須先行,為道路及鐵路專業提供條件,協調確定道路低點路面標高以及墩柱、擋土墻位置,以防止管線在平面及豎向上相互矛盾。

3 下穿立交排水設計

3.1 設計依據

第一，設計規范。《室外排水設計規范》GB50014-2011；《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB50069-2002)；《工程建設標準強制性條文》（給水排水專業）；《給水排水設計手冊》第5冊《城鎮排水》（第二版）。第二，基礎資料。下穿立交排水工程設計的基礎資料，主要包括相關立交工程的排水規劃（其中包含區域防洪標準、管道設計標準、下游受納系統出路）、下游受納河湖的控制水位、工程地區的地質勘察報告以及下穿道路立交施工圖設計等。

3.2 設計原則

下穿立交范圍的道路路面排水應盡量考慮分散排除的原則，即下穿立交道路系統單獨排放，正常高程道路的雨水也獨立形成系統，互不連通，使匯集于立交低處的需要抽升或自流排放的雨水量盡可能減少。對于需要采取泵站抽升形式排除道路雨水的立交而言，如何盡量縮小需抽升進入泵站的水量，成為下穿立交道路路面排水設計是否經濟合理的關鍵所在。

3.3 設計標準

第一，重現期（P）。《室外排水設計規范》GB50014-2011中規定，立交排水設計重現期不小于3年，重要區域標準可適當提高，同一立體交叉工程的不同部位可采用不同的重現期。北京市規劃委員會于2011年9月公示并執行了《關于調整北京市雨水排除系統規劃設計重現期的意見》[2],其中規定了北京地區道路立交雨水泵站及立交范圍雨水管線的設計重現區為5～10年。第二，徑流系數（ψ）。道路與鐵路立交（坡度大、地面覆蓋比例大），徑流系數一般采用ψ=0.9～1.0。第三，地面集水時間（t）。立交道路雨水的地面集水時間，指雨水自立交匯水面積的最遠端流行至立交道路最低點所需的時間，不計入管內流行時間，一般選用5～10min。

4 雨水量計算及管徑的確定

雨水設計流量（以北京為例）的確定，按下式計算：

Q＝ψ×q×F

式中 Q——雨水設計流量（l/s）；ψ——綜合徑流系數；F——匯水面積（ha）；q——設計暴雨強度（l/s·ha）。

式中P——設計重現期（a）；t——降雨歷時（min）；

匯水面積的確定：沿道路延伸方向，匯水面積應以下穿立交道路的邊坡高點為界；沿道路橫斷方向，匯水面積應以擋墻或坡頂線等分水處為界，具體范圍應根據實際工程的特點確定。

干管管徑的確定：干管指立交道路低點雨水排入點的下游管段，其管徑根據上述雨水設計流量Q值，通過計算確定。

支管管徑的確定：支管指立交道路低點雨水排入點的上游管段，其設計流量按照該管段所連接的雨水口的泄水能力累加，估算各段支管的流量，依據此流量確定管徑。

5 雨水口設計

5.1 雨水口的布置方式

在下穿立交雨水設計中，雨水口的布置是重要環節。由于下穿立交道路縱坡較大，雨水地面徑流流速快且水量大，故通常會沿道路縱坡方向于道路低點處設置多篦雨水口來收集雨水，雨水口對稱布置于道路兩側。當道路縱坡較緩時，可適當在坡道上布置雨水口以減輕雨水大量集中匯于道路低點處，但是并不折減道路低點雨水口數量。

5.2 雨水口數量的計算方法

道路低點處雨水口數量應按匯集到低點的雨水量（Q）計算。由于道路低點處雨水的匯水量較大，通常需設置多篦雨水口，每個雨水口的泄水能力以15(L/s)計。雨水口泄水量總和宜按等于或稍大于設計雨水量（Q）計算。

考慮初期雨水中雜物堵塞的影響，實際布置的數量應視重要性相應增加。計算方法是將計算得出的理論雨水口數量乘以1.2～1.5的安全系數。雨水口排水管管徑根據雨水量選定，由于雨水口排水管的最大管徑為D500，當一條管不能滿足泄水要求時，可在一組雨水口中設2根或2根以上雨水口排水管。

6 實例分析

昌平新城沙河創新基地位于北京市昌平區，其范圍北起北六環路，南至北沙河，東起八達嶺高速路西至沙河西區十二號路。其中創新中路位于創新基地中部，道路全長約2公里，且下穿現況京包鐵路。下穿段道路規劃紅線為70m，規劃斷面為四幅路，兩側主路為二上二下。下穿立交段道路設計最低點高程（37.574）低于該處20年一遇洪水位高程（41.90），故道路立交范圍內雨水無法自流排除，須通過規劃立交雨水泵站將立交范圍內雨水提升至規劃河道。

雨水設計重現期：P=5.0年；道路徑流系數：Ψ=0.90；地面集水時間：t=5min；

立交范圍匯水面積：F=2.4ha（以立交道路兩變坡高點與道路兩側擋土墻為界所覆蓋的范圍）；雨水口泄水能力：15l/s。通過計算求得設計：立交雨水流量Q=1093.2l/s，干管管徑D=1200mm，立交低點處理論雨水口個數為73個（主輔路總和），安全系數采用1.2，實際布置雨水口88個。

7 結論

隨著城市高速發展，下穿立交排水設計在市政配套設計中已經成為重要組成部分，其設計是否合理直接影響到立交的使用情況，只有堅持嚴謹的科學態度才能確保設計質量，使城市排水設計能夠更好地滿足經濟、合理、適用的要求。