城市道路下穿现况铁路立交路面排水系统设计简析

刘佳男

（北控水务（中国）投资有限公司，北京 100102）

1 引言

下穿立交作为交通枢纽，对城市交通的正常运营起着重要作用，其自身的重要性和复杂性，给下穿立交排水设计增添了很大难度，下穿立交雨水的排除必须及时通畅，才能保证下穿立交的功能性。本文通过简单分析，结合排水工程的具体要求，总结了下穿立交道路路面排水设计的原则和方法，为城市道路下穿现况铁路立交排水设计提供参考。

2 下穿立交排水的特点

2.1 交通上的重要性

下穿立交雨水排水系统的作用是在雨天及时有效地排除下穿立交范围内汇集的大量雨水，维持城市道路安全顺畅运行。由于下穿立交两侧引道纵坡一般都较大，降雨时聚水较快，若雨水排除不及时，往往会影响交通并威胁车辆行人安全，故立交排水设计标准要求高于常规排水设计。

2.2 排水设计难度大

第一，排水设计的特殊性。下穿立交区域内的道路往往低于周边道路约3～6m，形成纵坡很大的盆地，导致雨水很快汇集到立交最低点而造成积水。且立交的存在阻隔了一个地区原有的区域排水系统，立交雨水和原区域雨水需要各成系统独立排除且互不干扰，增加了设计难度。此外，由于下穿立交在道路交通上占有很重要的地位，立交道路上车辆多、速度快，对后期排水设施的养护和管理造成了很大困难。第二，排水设计的复杂性[1]。下穿立交区域内的道路往往低于周边道路,易造成雨水的快速汇集和排水不畅，因此若不能将高区雨水有效地截流排走,就会直接影响到低区雨水的有效排除,导致桥下路面积水受淹而影响通行。因此在进行排水设计时,要统筹考虑整个立交范围的地面径流,设计过程较复杂。第三，排水设计的烦琐性。由于下穿现况铁路立交是由道路（铁路）、桥梁、排水等多种专业在一起共同完成的综合性设计,因此,各专业的相互配合协调很重要,作为重力流的排水专业必须先行,为道路及铁路专业提供条件,协调确定道路低点路面标高以及墩柱、挡土墙位置,以防止管线在平面及竖向上相互矛盾。

3 下穿立交排水设计

3.1 设计依据

第一，设计规范。《室外排水设计规范》GB50014-2011；《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)；《工程建设标准强制性条文》（给水排水专业）；《给水排水设计手册》第5册《城镇排水》（第二版）。第二，基础资料。下穿立交排水工程设计的基础资料，主要包括相关立交工程的排水规划（其中包含区域防洪标准、管道设计标准、下游受纳系统出路）、下游受纳河湖的控制水位、工程地区的地质勘察报告以及下穿道路立交施工图设计等。

3.2 设计原则

下穿立交范围的道路路面排水应尽量考虑分散排除的原则，即下穿立交道路系统单独排放，正常高程道路的雨水也独立形成系统，互不连通，使汇集于立交低处的需要抽升或自流排放的雨水量尽可能减少。对于需要采取泵站抽升形式排除道路雨水的立交而言，如何尽量缩小需抽升进入泵站的水量，成为下穿立交道路路面排水设计是否经济合理的关键所在。

3.3 设计标准

第一，重现期（P）。《室外排水设计规范》GB50014-2011中规定，立交排水设计重现期不小于3年，重要区域标准可适当提高，同一立体交叉工程的不同部位可采用不同的重现期。北京市规划委员会于2011年9月公示并执行了《关于调整北京市雨水排除系统规划设计重现期的意见》[2],其中规定了北京地区道路立交雨水泵站及立交范围雨水管线的设计重现区为5～10年。第二，径流系数（ψ）。道路与铁路立交（坡度大、地面覆盖比例大），径流系数一般采用ψ=0.9～1.0。第三，地面集水时间（t）。立交道路雨水的地面集水时间，指雨水自立交汇水面积的最远端流行至立交道路最低点所需的时间，不计入管内流行时间，一般选用5～10min。

4 雨水量计算及管径的确定

雨水设计流量（以北京为例）的确定，按下式计算：

Q＝ψ×q×F

式中 Q——雨水设计流量（l/s）；ψ——综合径流系数；F——汇水面积（ha）；q——设计暴雨强度（l/s·ha）。

式中P——设计重现期（a）；t——降雨历时（min）；

汇水面积的确定：沿道路延伸方向，汇水面积应以下穿立交道路的边坡高点为界；沿道路横断方向，汇水面积应以挡墙或坡顶线等分水处为界，具体范围应根据实际工程的特点确定。

干管管径的确定：干管指立交道路低点雨水排入点的下游管段，其管径根据上述雨水设计流量Q值，通过计算确定。

支管管径的确定：支管指立交道路低点雨水排入点的上游管段，其设计流量按照该管段所连接的雨水口的泄水能力累加，估算各段支管的流量，依据此流量确定管径。

5 雨水口设计

5.1 雨水口的布置方式

在下穿立交雨水设计中，雨水口的布置是重要环节。由于下穿立交道路纵坡较大，雨水地面径流流速快且水量大，故通常会沿道路纵坡方向于道路低点处设置多篦雨水口来收集雨水，雨水口对称布置于道路两侧。当道路纵坡较缓时，可适当在坡道上布置雨水口以减轻雨水大量集中汇于道路低点处，但是并不折减道路低点雨水口数量。

5.2 雨水口数量的计算方法

道路低点处雨水口数量应按汇集到低点的雨水量（Q）计算。由于道路低点处雨水的汇水量较大，通常需设置多篦雨水口，每个雨水口的泄水能力以15(L/s)计。雨水口泄水量总和宜按等于或稍大于设计雨水量（Q）计算。

考虑初期雨水中杂物堵塞的影响，实际布置的数量应视重要性相应增加。计算方法是将计算得出的理论雨水口数量乘以1.2～1.5的安全系数。雨水口排水管管径根据雨水量选定，由于雨水口排水管的最大管径为D500，当一条管不能满足泄水要求时，可在一组雨水口中设2根或2根以上雨水口排水管。

6 实例分析

昌平新城沙河创新基地位于北京市昌平区，其范围北起北六环路，南至北沙河，东起八达岭高速路西至沙河西区十二号路。其中创新中路位于创新基地中部，道路全长约2公里，且下穿现况京包铁路。下穿段道路规划红线为70m，规划断面为四幅路，两侧主路为二上二下。下穿立交段道路设计最低点高程（37.574）低于该处20年一遇洪水位高程（41.90），故道路立交范围内雨水无法自流排除，须通过规划立交雨水泵站将立交范围内雨水提升至规划河道。

雨水设计重现期：P=5.0年；道路径流系数：Ψ=0.90；地面集水时间：t=5min；

立交范围汇水面积：F=2.4ha（以立交道路两变坡高点与道路两侧挡土墙为界所覆盖的范围）；雨水口泄水能力：15l/s。通过计算求得设计：立交雨水流量Q=1093.2l/s，干管管径D=1200mm，立交低点处理论雨水口个数为73个（主辅路总和），安全系数采用1.2，实际布置雨水口88个。

7 结论

随着城市高速发展，下穿立交排水设计在市政配套设计中已经成为重要组成部分，其设计是否合理直接影响到立交的使用情况，只有坚持严谨的科学态度才能确保设计质量，使城市排水设计能够更好地满足经济、合理、适用的要求。