高速公路桥面径流收集和应急处理系统设计

高速公路桥面径流收集和应急处理系统设计孙金;王庆丰【摘要】This paper, with the Danjiang Bridge on Sanmenxia-Xichuan Expressway at west Henan Province as background, introduces the design method of runoff collection and emergency response system for bridge across sensitive waters. The authors have suggested bridge surface runoff collection and emergency response system based on sensitive waters environmental risk prevention, it consists of 3 parts of bridge supervision & alarm system, bridge surface runoff pipe collection system and bridge surface rain treatment and hazardous matter leakage emergency storage system. R&D of this system may provide reference for study and design of water environment protection for expressway bridge across sensitive waters.%以河南省西部三淅高速公路丹江大桥为背景,介绍跨越敏感水域桥面径流收集和应急处理系统设计方法,提出基于敏感水域环境风险防范的桥面径流收集和应急处理综合系统,其由桥梁监控报警系统、桥面径流管道收集系统、桥面雨水处理及危险品泄漏应急储存系统3部分组成.该系统的研发可为高速公路桥梁跨越敏感水域水环境保护研究和设计提供参考.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】4页(P59-62)【关键词】桥梁工程;桥面径流;敏感水域;危险品泄漏;隔油沉淀池【作者】孙金;王庆丰【作者单位】海南省公路勘察设计院,海口 570206;河南省交通规划设计研究院股份有限公司,郑州 450052【正文语种】中文【中图分类】U443.31随着国家经济建设的迅速发展，我国高速公路建设越来越多，高速公路跨越对水质具有较高要求的饮用水源保护区等敏感水域的情况也越来越多。

三淅高速公路位于河南省境内，其南段跨越国家南水北调中线工程水源地、国家一级水源保护区丹江口水库的主要支流丹江，设计时设置了31 m×25 m预应力混凝土组合箱梁桥丹江大桥跨越。

交通运输部结合三淅高速公路的现状开展了绿色低碳公路主题性试点工作，对跨越敏感水域核心区丹江大桥的绿色环保提出了更高要求，即具有面源污染的桥面雨水径流必须通过净化处理后排放；危险品运输车辆在桥面路段可能发生泄漏事故，必须确保泄漏物应急储存而不流入丹江。

因此，在丹江大桥设置一套兼备桥梁监控、桥面雨水径流净化处理和危险品泄漏应急储存的综合处理系统是必要的。

本文从分析桥面径流特点入手，介绍丹江大桥桥面径流收集和应急处理综合系统设计，其对于高速公路桥梁跨越敏感水域水环境保护研究和设计具有重要意义。

桥面径流主要指降雨及冰雪融水在桥面汇流、冲刷携带桥面沉积的各类污染物的水流，也包括突发性危险品泄漏事故现场的危险品流体。

桥面径流具有如下特点：1) 属于面源污染，主要通过降雨及冰雪融水在桥面汇流冲刷，将污染物带入受纳水体，使受纳水体遭受污染[1]。

2) 桥面径流中污染物成分复杂，其与路面材料、交通量等有关。

交通运输部科学研究院对广东省部分公路桥面径流污染监测试验资料显示，桥面径流污染物主要成分是SS、COD和石油类，主要由各类车辆排放尾气中所携带的污染物、路面磨损物、车辆轮胎磨损物及各种车辆撒落污染物所致。

监测表明，降雨初期主要污染物SS、COD和石油类指标均严重超标，而持续降雨30 min后桥面径流中的污染物含量很低，可以直接排放。

3) 桥面车辆危险品泄漏突发性强，控制难度大，危害性大。

高速公路通车后交通量大，桥面发生危险品运输车辆交通事故几率增大，而危险品泄漏流入桥下水体会引发水环境污染次生事故。

事故发生的时间和危险品种类均具有突发生和不确定性，危险品一旦流入桥下水体，则会随水流快速扩散并形成面域污染，导致控制难度极大，且危害性严重。

基于敏感水域环境风险防范的桥面径流收集和应急处理综合系统由桥梁监控报警系统、桥面径流管道收集系统、桥面雨水处理及危险品泄漏应急储存系统(由调节池、隔油沉淀处理池、应急储存池组成，简称“三池”)3部分组成，如图1所示。

桥面径流综合处理系统运行时，通过远程室内监控中心显示屏对桥面交通运营状况及系统运行进行监控。

通常，桥面径流通过管道收集系统汇入调节池，现场电控柜接收远程室内监控中心按钮指令实现阀门和液位的自动控制。

2.1 桥梁监控报警系统设计桥梁监控报警系统主要由远程室内监控中心、现场电控柜、现场摄像头及报警电话等组成。

丹江大桥设计时，在其两端各布设了1个摄像头，对桥面交通营运情况进行全程跟踪监测，观测范围覆盖桥梁全线；在该桥两端桥下的桥面雨水处理及危险品泄漏应急储存系统处各设置了1个摄像头，以监测系统运行状况。

远程室内监控中心有专人实施监测，监测结果显示在监控中心显示屏上。

同时，按照高速公路交通工程要求，布设了报警电话和“敏感水体路段，注意行车安全”等标识牌，事故现场人员可以通过拨打报警电话向监控中心报警，监控中心启动应急响应管理机制。

监控人员根据监测显示屏显示结果、系统自动控制信号回馈并经人工识别后，通过控制按钮发布指令。

现场电控柜将指令转化为阀门开关、三通阀转向等机械装置的行为信号，同时通过自动报警控制程序实现“三池”液位控制和系统正常运行自检反馈功能。

2.2 桥面径流管道收集系统设计桥面径流管道收集系统主要由桥面横向两侧设置的径流收集泄水管和纵桥向设置的径流收集集水管组成。

考虑排流顺畅，丹江大桥路线纵坡设计时，从桥梁中心向两端设置了双向0.7%纵坡，桥梁两端桥下各设置了1处“三池”系统；全桥设置双向2%横坡，横桥向汇水宽度12.5 m，泄水管纵向间距5 m；纵向集水管顺桥梁纵坡设置，2处“三池”系统纵向集水管各长360 m。

集水管管径是基于降雨强度、桥面汇水面积、雨水汇流历时和集水管雨水设计径流量来计算确定[2]。

桥面汇流历时计算公式为：式中：t1 为桥面汇流历时，min；Lp为桥面汇流长度，m；ip为桥面汇流坡度；s为桥面粗度系数，沥青混凝土桥面取0.013。

管道汇流历时计算公式为：式中：t2为管道汇流历时，min；lm为第m段管道长度，m；vm为第m段管道平均流速，m/s；im为第m段管道平均坡度。

集水管雨水设计径流量计算公式为：Q=16.67ψqp,t Fqp,t=Cp Ct P5，10式中：Q为集水管雨水设计径流量，m3/s；qp,t为设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min，高速公路降雨设计重现期为5年；ψ为径流系数，沥青混凝土桥面取0.95；F为汇水面积，km2；Cp为重现期转换系数，丹江大桥所在地区取值1.0；Ct为降雨历时转换系数，根据计算降雨历时查JTG/T D33—2012《公路排水设计规范》确定。

集水管雨水设计径流量Q确定后，可根据水力学基本计算公式求算集水管管径，即Q=AvA=π(D/2)2式中：A为管道断面面积；v为末段管道平均流速；D为管道直径。

经计算，确定丹江大桥集水管管道采用直径为315 mm的PVC-U管。

2.3 “三池”设计桥面雨水处理及危险品泄漏应急储存系统主要由“三池”组成。

桥面径流通过管道收集后流入调节池，调节池主要起缓冲作用，为监控人员人工识别和发出指令提供有效时间，同时也增加了初期雨水储存空间，是隔油沉淀处理池和应急储存池的有效补充。

正常情况下，调节池出口三通阀向隔油沉淀处理池开启，初期雨水经三通阀和管道流入隔油沉淀处理池；在危险品泄漏异常等状况下，监控人员发出指令，电控柜控制调节池出口三通阀转向应急储存池，泄漏危险品流入应急储存池。

由于调节池主要起缓冲作用，故池容量可根据场地适当确定即可。

丹江大桥调节池尺寸为7 m×7 m×3.5 m(长×宽×高)。

隔油沉淀处理池主要是对初期雨水进行隔油沉淀处理，以除去初期雨水中的SS、COD和石油类污染物。

根据桥面径流特点分析，在持续降雨30 min后桥面径流中污染物含量很低，可以直接排放，故隔油沉淀处理池取暴雨强度降雨30 min内的径流量作为最小池容量进行设计[3]。

经计算，确定丹江大桥隔油沉淀处理池规格为15 m×15 m×3 m(长×宽×高)。

隔油沉淀处理池主要通过折流挡板和粗砂砾过滤2道程序来隔离沉淀并除去各类污染物，具体设置如图2所示。

应急储存池主要实现对泄漏危险品及其稀释液进行储存的功能。

当发生危险品泄漏等异常状况时，监控人员发出指令，电控柜控制调节池出口三通阀转向应急储存池，泄漏危险品流入应急储存池。

我国常见运油罐车和化工液体运输车容器多在50m3以下，故考虑调节池的缓冲储存作用，应急储存池容量以不小于50 m3为宜[4]。

丹江大桥应急储存池结合其场地实际情况，考虑采用7 m×7 m×3 m(长×宽×高)尺寸。

隔油沉淀处理池及应急储存池均设置液位计，当池内液体储存高度到达距顶口60 cm时，自动反馈电子信号提醒监控人员视频查看和处理，必要时可安排人员去现场核实及维修。

应急处理系统各部分之间是紧密结合、相互关联的，其系统运行流程如图3所示。

应急处理系统在日常运行及维护中，应注意以下几点[5-6]：1) 定期检查桥面泄水管及集水管，确保泄水管口无堵塞，集水管无破损、脱落[7]。

2) 定期检查摄像头、电控柜、液位计等监测装置，确保其均处于正常工作状态[8]。

3) 单场降雨后，应开启阀门将调节池内污水排空到隔油沉淀处理池继续处理，处理静置2 h后自动排空隔油沉淀处理池。

4) 定期对“三池”内淤泥、污油、杂物进行清理并清洗池体。

5) 当发生危险品泄漏事故时，除开启应急储存池阀门让危险品液体流入应急储存池外，还应及时通知相关部门抢险并赶赴桥梁现场处理。

险情处理完后应检查危险品对系统各部位的损坏情况，且损坏处应及时修补，并清洗应急储存池。