下穿铁路立交桥雨水排水系统设计探讨

骆培明

(杭州地方铁路开发有限公司，杭州 310007)

1 下穿铁路立交桥雨水排水系统现状

随着铁路的不断提速和沿线城市交通的快速发展，平改立项目和新建道路穿越铁路项目增多，下穿铁路立交桥在城市交通中地位不断提高。据统计，下穿型立交桥约占我国已建成立交桥的70%左右，上海铁路局管内下穿铁路桥涵共有3 530座，浙江省境内下穿铁路桥涵共有935座，其中设有泵站的有151座。

下穿铁路立交桥雨水排水系统的作用是在汛期及时排除汇集的雨水，保持道路交通的畅通。由于下穿铁路立交桥两侧引道纵坡一般都较大，具有降雨时聚水较快的特点，若排除不及时就会威胁行车行人安全，中断道路交通，严重的会影响立交桥和铁路线路安全，而且很多下穿铁路立交桥位于城市道路系统的咽喉部位，一旦交通中断对人们的出行影响较大。

2 雨水排水系统的组成

下穿铁路立交桥雨水排水系统由雨水收集系统和雨水泵站组成。

雨水收集系统的作用是收集汇水范围内的地表雨水和地下水至集水池。由于下穿铁路立交桥引道坡度较大(通常在2.0% ～3.5%之间)，造成雨水的地面径流流速较大，接近甚至超过管道排放的流速，在引道上设置雨水井效果并不理想，所以一般采取在下立交最低处设置多篦集水井来收集雨水，多篦水井的个数是雨水设计流量与单个集水井容纳流量的比值，并考虑1.2～1.5的堵塞系数。地下水位高于引道时在引道的基层内铺设软式透水管，将地下水有组织地收集到管内排入集水沟，地表雨水和地下水就近排入泵站集水池。

雨水泵站及时排除收集的雨水，是整个排水系统的核心。据经验表明，下穿铁路立交桥雨水泵站采用潜水泵在实践中取得的效果较好，可节省40% ～60%工程投资，工期可以缩短1/2～2/3;安装维护方便，可临时安装;运行安全可靠，辅助设备少，降低了故障率;运行条件大为改善，泵房与控制室分开，振动、噪声小;自动化程度高，潜水泵机组启动、操作程序简单;简化泵房结构。

3 排水系统设计

3.1 设计标准与规模

雨水排水系统的设计标准，特别是泵站的设计规模与标准决定整个系统的投资和功能的发挥。在《室外排水设计规范》(GBJ50014—2006)中有明确的规定，重要干道、地区或短期积水即能引起严重后果的地区，重现期一般选用3～5年，地面集水时间宜为5～10 min，并根据工程所在地的暴雨强度公式和雨水流量公式算出雨水设计流量。由于下穿铁路立交桥引道坡度较大，集水较快，并考虑立交的重要程度，应适当提高设计重现期和地面集水时间，一般宜取其上限。

3.2 雨水泵站集水池容积、隔栅及流态

对潜水泵站而言，集水池即泵室，集水池大小决定着泵站大小和工程造价，合理地确定集水池的大小显得尤为重要。集水池有效容积一般按《室外排水设计规范》和设计手册中规定，不应小于最大一台泵5 min的出水流量计算，这是基于人工操作所需启动时间和避免潜水泵的频繁启动而要求的。随着水泵技术、自控技术的发展，集水池的容积可以减小，从而降低工程造价。

隔栅的作用是清除雨水中较大的杂质和漂浮物，以防杂质和漂浮物吸入水泵，损坏泵体，从而延长水泵的使用寿命，有利于水泵的日常维护。除污可分为人工除污和机械除污，在选择除污形式时应选择自动化程度高、操作简单、方便、安全的方式，体现以人为本的设计原则。

集水池中雨水流态会对泵的运行产生影响，由于水泵与雨水收集系统和集水井相连，暴雨时流速较快的雨水径流从集水井进入集水池会形成回流、湍流，从而恶化水泵的进水条件，导致水泵效率下降，应采取导流等措施改进雨水流态以助于泵站的正常运行，可设置导流板和挡水板等。

3.3 水泵的选型、控制与安装

水泵作为雨水泵站的核心直接对泵站的运行效率产生影响。一般要求易安装、易维护、运行安全可靠、结构简单、故障率低。这些要求正好符合潜水泵的优点，所以下穿铁路立交桥雨水系统泵站宜采用潜水泵，其设计流量在自动控制时应按设计秒流量确定，人工控制时应按最大小时流量确定，水泵数量应不少于2台泵，以保证有1台备用泵。

水泵的自动控制不仅有助于及时排水，还可减小集水池容积，因此下穿铁路立交桥排水宜充分利用潜水泵易于实现自动控制的优点，采用报警水位双泵启动方式控制，即高水位(小雨)时启动1台水泵，超高水位(大雨)时再启动1台水泵并报警。值得注意的是，使用潜水泵时最低水位不应低于电动机露出液面部分的一半高度。

潜水泵的安装，有悬吊式、斜拉式、自由移动式、轨道式自动耦合安装等形式。目前，小型雨水泵站中潜水泵多采用轨道式自动耦合安装，安装、检修时不需进入集水池，便于维护管理。

3.4 金城路下穿铁路立交桥雨水排水系统设计

杭州市萧山区金城路下穿铁路立交桥工程位于杭州市萧山新区、铁路沪昆绕行线，金城路里程为K4+630。

1)雨水泵站的雨水排水系统根据地质钻探资料地下水量微弱，地表雨水设计流量Q=ΨqF，其中Q为雨水设计流量，L/s、Ψ为径流系数(道路取0.9)、q为设计降雨强度，L/s·h)、F为汇水面积，ha，设计降雨强度按杭州市暴雨强度计算 q=［3 360.04×(1+0.639lgP)］/(t+11.945)0.825，P 为设计重现期(下穿段道路取5年)、t为设计降雨历时(下穿段道路取10 min)，经计算最大时设计雨水流量为700 L/s。雨水收集采取在立交桥两侧机动车道和非机动车道最低处设置横截沟，横截沟上敷设GTG50H型水沟盖。雨水收集后汇流到立交桥东侧横截沟排入雨水检查井，采用DN800的钢管引入，经过机械隔栅除污机，除污后流入集水池(钢筋混凝土沉井)。

2)集水池有效容积:集水池直径 D=8.0 m，集水有效高度为1.85 m，得出有效容积为93 m3，最大水泵的流量Q=1 000 m3/h，5 min的出水流量为83.3 m3，集水池有效容积大于最大一台泵5 min的出水流量。

3)考虑以人为本的设计原则，提高自动化程度。在雨水泵井内设回转式格栅除污机(GSHZ-900-7310)1台，有效宽度 W=0.9 m，安装宽度 W=1.0 m，安装高度 H=7.98 m，栅隙为5 mm，安装角度 α为80°。

4)潜水泵型号的选择需考虑①雨水提升高度6.85 m和出水管路的局部和沿程水力损失的要求，水泵扬程确定为15 m左右。②最大设计雨水流量为700 L/s，根据水泵配置原则、雨量变化特点和泵井反冲洗要求，本工程共设置4台潜水泵，以2台大型泵、1台中型泵和1台小型泵。300 W的Q1000-16-75型潜水泵2台，水泵流量Q=1 000 m3/h，扬程 H=16 m水柱，配套电机功率为75 kW、250 W的Q600-15-45型潜水泵1台，水泵流量 Q=600 m3/h，扬程 H=15 m水柱，配套电机功率为45 kW、100 W的Q70-15-7.5型潜水泵1台，水泵流量Q=70 m3/h，扬程H=15 m水柱，配套电机功率为7.5 kW。潜水泵安装采用轨道式自动耦合安装，水泵控制采取自动控制与现场控制相结合。

图1 雨水泵站示意

雨水泵站为半地下式，下部为集水池，上部为管理与操作设施，平面图和剖面图见图1。该雨水泵站自建成后取得了较好的实际运行效果。

4 结束语

在下穿铁路立交桥雨水排水系统设计中设计标准与规模应适当提高重现期和集水时间，在水泵和格栅选型时尽量选择自动化程度高、安装简单、易维护的型号，从而能缩小集水池容积降低工程造价。

[1] 上海市津建设和交通委员会.GBJ50014—2006 室外排水设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2006.

[2] 张云天.既有线平交道口改立交的排水设计［J］.铁道建筑，2004(4):16-17.