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下穿式立体交叉道路排水防涝设计的若干思考

文章来源:海西给排水 发布时间:2018-11-01 08:11:37 阅读次数:1303 次 [关闭]

 

张辰1,2,吕永鹏1,2,邹伟国1,2,贺晓红1,2,王磊磊1,2,梁小光1,2,王盼1,2

1上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 2000922上海城市排水系统工程技术研究中心,上海 200092

摘 要针对上海、北京、成都、昆明和宁波等大城市下穿式立体交叉道路排水防涝系统运行中存在的关键问题,从排水防涝系统、挡水设施、雨水收集、雨水泵站、雨水调蓄、出水设施和检测控制等7个方面,提出城市下穿立交排水防涝设计的若干建议,以期为相关规划、设计和管理人员提供参考。

关键词下穿式立体交叉道路;排水设计;内涝防治;一体化预制泵站。

近年来,我国城市内涝严重,作为城市交通重要节点的下穿式立体交叉道路(以下简称下穿立交)常常是城市内涝的重灾区[1,2]2008年上海8.25暴雨导致中环线多处下穿立交严重积水,交通长时间中断[1]2012年北京7.21暴雨导致多处下穿立交积水深度达0.3m~4.0m不等,交通被迫中断,甚至发生人员伤亡事件[2]2013年宁波菲特台风期间城区下穿立交严重积水,下穿立交交通几乎全部中断。这既与我国城市下穿立交排水设计标准偏低、部分高低水系统互相连通、泵站安全高度不足等问题有关,还与我国城市下穿立交排水设计缺乏系统性有关[1]。鉴于此,论文从系统角度出发,提出城市下穿立交排水防涝设计的若干建议,以期为相关规划、设计和管理人员提供参考。

1 排水防涝系统

1.1 建设完善的排水防涝系统

长期以来,包括下穿立交在内的我国城市排水系统并不完善,没有形成排水防涝体系[1]。在《室外排水设计规范》(2013年版)的修订过程中首次提出了应建立适应涵盖源头控制排水管网综合防治的城镇排水防涝体系[1,3]。下穿立交应按照新规范的要求,建设完善的排水防涝体系,包括挡水设施、雨水收集设施、雨水泵站、雨水调蓄设施和出水设施,在有条件的地区还可包括雨水污染控制和雨水利用等设施。

1.2 提高排水防涝设计标准

下穿立交往往是所处汇水区域最低洼的部分,雨水径流汇流至此后再无其他出路,只能通过泵站强排至附近河湖等水体或雨水管道中,如果排水不及时,必然会引起严重积水[1,3]。国外下穿立交均采用较高的排水标准[4-6],美国联邦高速公路管理局规定,高速公路低洼点(包括下穿立交)的设计标准为最低50年一遇[4]。以前我国下穿立交的排水设计重现期偏低,多为3年,《室外排水设计规范》(2013年版提高了排水防涝标准,雨水管渠设计重现期为不小于10年,位于中心城区的重要地区,设计重现期为20~30年;同时,还首次提出了内涝防治设计重现期(特大城市50~100年,大城市30~50年,中等城市和小城市20~30年),并按道路中一条车道的积水深度不超过15cm进行校核[3]

1.3 提升排水防涝设计技术

采用水力模型对下穿立交暴雨产汇流过程进行模拟,评估不同设计方案的积水深度和积水历时,可大幅提升排水防涝设计水平[4-7]。由于下穿立交地形坡度较大,一维模型不能很好反应真实的地面漫流过程,鉴于下穿立交排水防涝的特殊性和重要性,建议采用二维模型进行设计校核。此外,下穿立交汇水面积比较小,建议采用较高精度的地形数据,精度不宜低于1:500

2 挡水设施

2.1 分离高低水系统

下穿立交引道两端应采取措施,控制汇水面积,减少坡底聚水量[3]。立体交叉道路宜采用高水高排、低水低排,且互不连通的系统。应有防止客水流入低水系统的可靠措施,当附近河道河堤对下穿立交排水安全有隐患时,应采取加高、加固河堤等措施防止河水倒灌。为防止外部重力流排水管线承压状态时冒水,应避免其穿越下穿立交区域。

2.2 治理地下水考虑长期性

当下穿立交最低点低于地下水位时,应采取措施防止地下水进入下穿立交。目前许多城市采用初期投资较少的渗渠、盲管或盲沟等措施收集地下水,但长时间使用之后盲管等易发生堵塞而减小排水能力,容易造成下穿立交侧墙表面渗水,同时也易造成翻浆和冻胀。建议采用在上海、北京等许多城市成功应用的U型槽钢筋混凝土结构桥体防水,虽然初期投资较大,但防水效果可靠,可减小雨水泵站的设计规模,从而大幅减少泵站运行和维护费用。

2.3 避免其它管线进入下穿立交

目前,我国城市下穿立交内有电力、电信等其它市政管线井,强降雨情况下,雨水通过密闭性差的管线井口进入到下穿立交内,引起积水。此外,下穿立交系统内雨水也可能进入到市政管线井内,引起设备损害。因此,设计中应避免其它管线进入下穿立交区域;不能避免时,应设置措施防止雨水径流通过其它市政管线进入下穿立交区域。

3 雨水收集

3.1 雨水口设计考虑堵塞

雨水口易被路面垃圾和杂物堵塞,平箅雨水口在设计中应考虑50%被堵塞,立箅式雨水口应考虑10%被堵塞[3]。暴雨期间,雨水管道一般处于承压状态,其所能排除的水量要大于重力流情况下的设计流量,因此建议雨水口和雨水连接管流量按照雨水管渠设计重现期所计算流量的1.5~3倍计,并且雨水口数量宜考虑1.2~2.0的安全系数,通过提高路面进入地下排水系统的径流量,缓解道路积水。鉴于下穿立交排水的特殊性和重要性,当条件许可时,宜取上限。

3.2 横向截水沟注重安全性

由于下穿立交纵坡大,雨水汇水快、水流急。因此,下穿立交雨水收集系统建议采用设置横向截水沟的形式来截取纵向水流再通过管渠排入泵站集水池。横向截水沟上敷设的水沟盖应保证车辆及行人的安全。

4 雨水泵站

4.1 采用节地型泵站

下穿立交雨水泵站建设时,常常受到建设用地限制[2,8],建议采用一体化预制泵站等节地型泵站。一体化预制泵站具有全地下式、占地面积小、施工工期短、环境影响小和无人值守等特点,在国外已有超过50年的历史,技术成熟,目前在国内成功案例也较多,包括北京天安门污水泵站(600t/d)、上海祝桥雨污合流泵站(1t/d)、天津市滨海新区起步区南部雨水泵站(27t/d)、成都市元华路南延线~老双华路节点隧道雨水泵站(4.9t/d)和天津市丽江道地道雨水泵站(14t/d)等。建议在《室外排水设计规范》修订中对泵站节地提出要求,并编制《一体化预制泵站应用技术规程》等相关标准,促进节地型泵站的推广。

4.2 防止泵站受淹

雨水泵站是排除下穿立交积水的主要设施,但北京、上海、宁波、成都等城市调查发现,暴雨时雨水泵站常常受淹,从而导致地面积水严重。为保证在设计重现期内的降雨期间水泵能正常启动和运转,应对雨水泵站和配电设备的安全高度进行计算校核。当不具备将雨水泵站整体地面标高抬高的条件时,应采取措施防止泵站和配电设备受淹,措施可包括提高配电设备设置高度、安装防水挡水设施等[3]

5 雨水调蓄

5.1 注重调蓄与现有设施的协调

首先调蓄设施要与整个立体交叉道路充分协调,尤其要保证墩柱、桥台、挡土墙等构筑物和重要管线的安全,不能影响其安全运行;下穿立交区域交通复杂、用地紧张,调蓄设施宜与周边绿地、广场、停车场和景观水体等设施统筹规划设计和施工建设;一般而言,调蓄量就是超过泵站排水能力的雨水量,因此,调蓄设施要与雨水泵站充分协调,确保投资效益最优。

5.2 统筹考虑调蓄削峰、控污与利用

下穿立交调蓄设施具有削减雨水管道峰值流量、削减雨水污染和加强雨水资源化利用等多种用途,应在其规划设计时考虑其主导功能;对于大多数城市而言,其主导功能是通过削减雨水管道峰值流量,防治下穿立交区域地面积水,提高汛期道路通行能力;由于下穿立交区域标高较低、空间狭小、纳污容量相对较高且污染物成分复杂[8],对于受纳水体环境敏感、下穿立交地表径流污染较大等地区,宜控制降雨初期的雨水污染,收集的雨水宜就近排入污水管道或就地处理设施[8,9]。有条件的地区,调蓄的雨水经处理标准后,可用于绿化浇灌、回灌地下、市政杂用、河道景观等,节约水资源[10,11]

6 出水设施

6.1 建立独立出水设施

下穿立交排水的可靠程度主要取决于排水系统出水口的畅通,故应设独立排水系统,并应就近排入河道或调蓄池,尽量不要利用其他排水管渠排出。例如,某下穿立交雨水泵站出水管与市政雨水管渠连通,由于市政雨水管渠渲泄不畅,致使每逢雨季,不能及时排除下穿立交雨水径流,形成大量积水,严重影响交通,不得不进行改建。

6.2 提升区域排放能力

上海、北京等城市多数下穿立交的周边区域排水系统标准偏低,暴雨时,客水进入下穿立交,从而导致下穿立交严重积水问题。通过下穿立交的周边区域排水系统提标改造,提升区域排放防涝能力,是下穿立交安全排水的前提条件。由于周边区域排水系统一般较大,提标改造需要一定周期,在改造前应考虑其对下穿立交区域排水防涝系统的影响。

7 检测控制

7.1 积水监测报警

为防止行人车辆进入积水较深的下穿立交区域,造成人身伤害和财产损失,应在进入下穿立交前较明显的位置设置标尺,表明下穿立交的积水深度和标识线,并设置提醒标语等。有条件的下穿立交,宜设置积水自动检测和报警设施。积水自动检测设施可设置于下穿立交路面最低点和泵站集水池内,积水自动检测结果可通过信息控制系统传输至LED智能报警系统或声光报警系统(北京规定发布预警水位为270mm[2]),实现水位变化检测、积水智能报警、信息发布和远程监控指挥,做到提前预警和警示。

7.2 涝灾应急抢险

为保证下穿立交排水安全,下穿立交应设置移动式水泵、移动式发电机、输水软管、应急编织袋和土方、临时照明设备等涝灾应急抢险设施;应在积水监测到一定深度(北京规定为300mm[2])时,采取等锥形交通路标、路栏、防撞桶(墙)等物理性交通临时阻拦设施,禁止行人车辆通行,防止类似2012年北京7.21下穿立交人员死亡事件再次发生。

8 结语

下穿立交是城市交通的重要节点,但也是城市内涝的重灾区。《室外排水设计规范》(2013版)对下穿立交排水设计提出了更高的要求,但目前仍缺乏专门的标准规范,建议有关部门编制《下穿式立体交叉道路排水防涝设计规范》等国家、行业和协会标准,同时加强节地型泵站等新技术在下穿立交排水防涝系统中的应用。

致谢:感谢上海市排水管理处、北京市城市规划设计研究院、宁波市排水管理处、成都市建设委员会、常州市排水管理处、镇江市排水管理处、昆山市规划局、南通市市政设施管理处和昆明滇池投资有限责任公司等单位在调研方面提供的帮助。

参考文献

[1] 张辰主编. 城镇排水系统标准体系研究报告[R].住房和城乡建设部,2013-04.

[2] 张韵,黄殴,陈祥瑞等. 北京市下凹式立交桥内涝积水原因与治理对策[J].中国市政工程. 2013, 168(S1): 62-64.

[3] 张辰,支霞辉,贺晓红等. 《室外排水设计规范》(2013年版)[S]. 中国计划出版社,2014.

[4]U.S.Department of Transportation.Urban Drainage Design Manual: Hydraulic Engineering Circular 22, Second Edition, Publication No. FHWA-NHI-01-021 [M].Washington,D.C.,USA, 2001.

[5] BSI (British Standards Institution). Drain and

sewer systems outside buildings (BS EN 752: 2008 [M].London,UK, 2008. (This standard is an EN standard approved by CEN (European Committee for Standardization) on 24 November 2007, Ref. No. EN 752:2008: E)

[6] PUB, Code of Practice on Surface Water Drainage (Sixth Edition) [M].Singapore, 2011.

[7] 丛翔宇, 倪广恒, 惠士博等. 城市立交桥暴雨积水数值模拟[J].城市道桥与防洪. 2006, (2): 52-55.

[8] 张培龙. 上海华翔路地道雨水泵站设计[J].中国市政工程. 2010, 145(2): 37-39.

[9] 车伍,张伟,李俊奇. 城市初期雨水和初期冲刷问题剖析[J].中国给水排水. 2011, 27(14): 9-14.

[10] 钟春节,吕永鹏,杨凯,等. 国内外城市雨水资源利用对上海的启示[J]. 给水排水. 2009, 35(S2): 154-158.

[11] Lü‚ Y.P.‚ Yang‚ K.‚ Che‚ Y.‚ et al. Cost-effectiveness-based multi-criteria optimization for sustainable rainwater utilization: A case study inShanghai, Urban Water Journal [J]. 2013, 10(2):127-143.

(文章来源:全国给水排水技术信息网 42 届技术交流会论文集)



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