下穿式道路立交雨水泵站排水设计参数探讨

下穷式道路立交雨水泵站排水设计参数探讨张建新１吕锐２贺田富２（１武汉市规划设计研究院，武汉４３００００；２泛华建设集团有限公司湖北设计分公司，武汉４３００００）摘要城市下穿式立交道路地势较低且其周边地形特殊，立交雨水泵站和下游雨水排水系统较复杂，每遇暴雨较易发生积水．严重影响正常的交通出行。以武汉市新华下路铁路立交排水为例探讨积水原因。按照常用的计算方法校核立交泵站的抽排规模，讨论设计参数取值的合理性，优化立交雨水排除系统，核算抵御极端雨季排涝能力，为国内城市立交排水提供依据。关键词城市立交系统排水下穿式立交雨水泵站设计参数

Ｐｒｏｂｅｉｎｔｏｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ

ｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｒａｉｎｗａｔｅｒｐｕｍｐｓｔａｔｉｏｎ

ＺｈａｎｇＪｉａｎｘｉｎｌ．ＬｖＲｕｉ２．ＨｅＴｉａｎｆｕ２（１．ＷｕｈａｎＰｌａｎｎｉｎｇ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ４３００００，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｐａｎ—ＣｈｉｎａＧｒｏｕｐ（ＨｕｂｅｉＤｅｓｉｇｎＢｒａｎｃｈ），Ｗｕｈａｎ４３００００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｅｒｒａｉｎｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｒｏａｄｉｎｔｈｅｃｉｔｙｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙａｒｏｕｎｄｉｓｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｒａｉｎｗａｔｅｒｐｕｍｐｓｔａｔｉｏｎ

ａｎｄｄｏｗｎ——ｓｔｒｅａｍｒａｉｎｗａｔｅｒｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄａｎｄｔｈｅｒａｉｎｗａｔｅｒｗｉｌｌｅａｓｉｌｙｂｅｃｏｎｇｅｓ——

ｔｅｄｄｕｒｉｎｇｓｔｏｒｍ，ｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｏｂｓｔｒｕｃｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｓｅｒｉｏｕｓｌｙ．ＴａｋｉｎｇｔｈｅＸｉｎｈｕａＤｏｗｎｒｏａｄｕｎｄｅｒｃｒｏｓｓｉｎｇｒａｉｌｗａｙｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｎ

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ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｒｂａｎｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｒａｉｎａｇｅｓｙｓｔｅｍ；Ｕｎｄｅｒｅｒｏｓｓｉｎｇ

ｇｒａｄｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；Ｒａｉｎｗａ—

ｔｅｒｐｕｍｐｓｔａｔｉｏｎ；Ｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

１城市下穿式立交系统排水概述下穿式立交排水的主要任务是及时排除暴雨时的地面径流（地下水位高于设计路基时还需要考虑地下水排除的问题）。根据立交部位和排水特点不同，下穿式立交排水可分为立交区域一般道路路面排水、下穿道路路面排水、以及立交绿区域排水３个部分。立交系统排水的原则是：水高排、低水低排，无法通过自流排出的积水３０给水排水Ｖ０１．３８Ｎｏ．１２０１２着重考虑泵站抽排的方式保证道路交通系统受积水影响。在以上３个不同地段中下穿道的路面高程低于设计路面高程２～８ｍ，极易在最低处形成大面积深度积水，因此必须通过排水泵站抽排。２下穿式立交系统排水特点及系统参数选取（见表１）３立交泵站及立交系统排水水量计算立交雨水泵站排水系统由下穿道路段排水管道不路

化高则万方数据表１立交系统各部位排水的特点及参数取值

立交系统排水特点设计参数取值相应的排水措施区域名称

设计重现期Ｐ不小于３Ｐ值比周边一般雨水管尽量避免地

排水汇水道高１～２级；势较高地段的

立交区域一般面积大、纵坡径流系数缈雨水进入提升

道路路面大、低洼处易宜为０．８～１；泵站，条件允集水时间考许的情况下应积水虑到路面坡接人周边市政

度较大，通常管网不考虑折减系数ｍ（即取ｍ一１）

设计重现期为立交区域内

该区域排水取值最大的区是立交中最易域，在交通要一般会在地

积水部位，汇道或降雨集中堑段汇水范围

水面积大，危区域可取到线附近设置加害大，在地下１０～２０ａ；径高措施，减小下穿道路路面流系数Ｐ宜雨水泵站负水位高的地区为０．８～１；集荷。若受地下还易受地下水水时间直接水位影响，则的影响。且区用径流长度与考虑设置盲域内积水不能流速计算得出沟、渗渠等措自流排出施收集地下水（通常小于规

范规定的５～ｌＯｎ五ｎ）

重现期取排水面积１～２ａ；径流

立交绿化区域较大，径流系系数取０．１～集水宜进入

数小０．４；集流时间周边市政管网

５～１０ｍｉｎ系统、立交泵站、泵站尾水压力管段及泵站下游自排管段４个部分组成。在此就下穿道路的雨水径流计算，结合工程实例进行讨论。３．１雨水量的计算方法我国历年排水规范规定的雨水量计算方法采用空隙容积利用法，沿用的是前苏联的计算方法，这种方法考虑到雨水管网中的管道容积在暴雨峰值流量到达之前的调蓄能力而对最大径流量法进行了修正。体现在暴雨强度公式上就是考虑折减系数ｍ。然而由于ｍ值是通过经验取值，没有进行理论或试验的推求，难以完美契合各地域降雨雨型，故该计算方法也存在一定程度的误差。欧美、日本的雨水量计算采用最大径流量法，与我国现行规范相比，其在设计降雨历时的计算时不

考虑折减系数Ｍ，集流时间参数小于我国现行规范计算方法得到的参数。用最大径流量法计算得到的雨水量数值偏大。容量平衡法由同济大学环境科学与工程学院的邓培德教授提出。这种计算方法与我国现行排水规范的雨水量计算方法相似，也考虑暴雨洪峰的错峰和初期降雨时雨水管网的调蓄容量。该计算方法与现行规范法不同的是，其对暴雨强度公式的推求是以同频率控制概念导出，采用流量折减系数口而非集流时间折减系数ｍ（口是同频率控制导出的参数，而ｍ值不是）。３．２《室外排水设计规范》中雨水量的计算方法（现行规范法）根据《室外排水设计规范》（ＧＢ５００１４－－２００６）中关于雨水设计流量的算法采用公式（１）：Ｑ—ｑａ：ＦＦ（１）式中Ｑ。——雨水设计流量，Ｌ／ｓ；９——径流系数；Ｆ——汇水面积，ｈｍ２。暴雨强度公式按式（２）计算：ｑ一型等等也（２）ｑ一——百死Ｆ一

（ｚ）

式中ｑ——一设计暴雨强度，Ｉ．／（Ｓ·ｈｍ２）；ｆ——设计降雨历时，ｍｉｎ；Ｐ…一一设计重现期，ａ；Ａｌ，Ｃ，６，＂——地方参数，根据统计方法进行计算确定。武汉市暴雨强度公式建议采用汉口地区暴雨强度公式：ｑ一鲥≮错舞挚蜘㈦

ｑ一——弋再ｉ萄Ｆ丽一

（３）

３．３最大径流量法雨水量的计算方法（欧美、日法）我国现行规范《室外排水设计规范》（ＧＢ５００１４２００６）中暴雨强度公式即是通过最大径流量法推求的，规范中对于集流时间考虑了折减系数的影响，而在最大径流量法的计算中则没有ｍ值对暴雨强度的影响。ｒ一￡１＋￡２（４）式中ｒ一集流时间，ｒａｉｎ；ｆｌ——地面集水时间，ｍｉｎ；

给水排水Ｖ０１．３８Ｎｏ．１２０１２３１万方数据ｔｚ——管渠内雨水流行时间，ｒａｉｎ。暴雨强度公式的其他参数与现行规范法的参数相同。３．４容量平衡法雨水量的计算方法容量平衡法的理论为：①用推理公式径流系数法求取最大径流量，充分利用沟道巨大的容量调洪能力以消减设计流量；②以同频率控制概念导出暴雨公式的模型雨型，并用以推求沟内最大流量；③建立沟道调洪后设计流量Ｑｄ相应的沟道容量与沟内最大水量相平衡的容量平衡法理论方程，并求解出流量折减系数口。见式（５）。Ｑｄ一艘。。一脚。。哕Ｆ（５）式中Ｑｄ——容量平衡法设计流量，Ｌ／ｓ；口——流量折减系数；ｑ。。——最大径流量法对应的设计暴雨强度，Ｌ／（Ｓ·ｈｍ２）。流量折减系数的计算见式（６）：萨Ｉ２（１－－ｒ）一塑ｉ竿≯一（１－－ｒ）”＋，ｌ（６）ＬｒＴＯ＿Ｊ式中ｂ，规——暴雨强度公式中的地方参数；ｒ——集流时间，ｍｉｎ，ｒ—ｔ１＋ｔ２；ｒ——雨峰时程位置，资料表明一般为ｒ一０．３～０．４（北京０．３５５，上海０．３６７），缺乏当地ｒ值的地区，从设计安全角度考虑，可用ｒ一０．５计算。由于地区差异，建议各地根据当地降雨资料分析导出合理的ｒ值。４水量计算实例说明以新华下路铁路立交桥泵站规模的校核为例，与上文所述的几种计算方法进行对比计算。４．１工程概况新华下路铁路立交桥位于京广铁路线与新华下路交汇处。立交采用下穿通道形式，铁路轨顶高程２２ｍ，下穿道路路面高程１５ｍ。新华下路下穿长度约５３６ｍ，路中敷设有三排Ｄ。３００～４００雨水管，经Ｄ。６００～１０００管道收集人立交泵站。为减小泵站汇水面积，避免泵站规模偏大，在下穿通道之外的其他道路上敷设雨水管，直接就近汇人现状市政排水管网，具体情况如下：铁路以北，路东敷设有Ｄ。５００雨水管道，路西敷设有Ｄ。１０００排３２给水排水Ｖ０１．３８Ｎｏ．１２０１２水管道，排水出路为机场河箱涵；铁路以南，路东敷设有Ｄ。１０００雨水管道，路西敷设有Ｄ。４００～１０００雨水管道，排水出路通过机场河明渠排入府河。４．２泵站参数取值（１）汇水面积Ｆ：根据道路分水线匡算出立交泵站汇水面积为１．９ｈｍ２。

（２）径流系数哕：根据《室外排水设计规范》关于立交排水的要求取值为０．８～１，本次计算取０．９５。（３）设计重现期Ｐ：《室外排水设计规范》规定设计重现期不小于３ａ，重要区域标注可适当提高。考虑新华下路为城市主干道，现状路宽６０ｍ，且该地段

曾多次出现过积水过深影响交通的先例（２０１１年６月１８日，该地段积水最深时水深达３ｍ），本次重现期分别取３ａ、５ａ、１０ａ、１２ａ、１５ａ、２０ａ进行校核。（４）地面集水时间ｔ。：《室外排水设计规范》中关于地面集水时间的说明为“宜为５～１０ｒａｉｎ”。该下穿通道道路纵坡平均值约０．０２，根据现场情况，地面最远端离雨水检查井距离约为１４０ｍ，流速取１ｍ／ｓ，则集水时间约３ｒａｉｎ。

（５）管内流行时间ｔ２：取０．３ｍｉｎ。

４．３泵站汇水区域内雨水流量的计算分别采用我国现行《室外排水设计规范》中关于雨水设计流量的算法、最大径流量法、容量平衡法对下穿道路区域的雨水量进行核算、计算，结果见表２。表２泵站雨水流量计算结果