下穿铁路地道桥积水整治与排水设计优化的探讨

2019-08-29 03:45刘建华

浙江建筑 2019年4期

刘建华

(杭州地方铁路开发有限公司，浙江杭州 310007)

随着铁路运营速度的不断提高,既有铁路道口的存在对铁路行车带来了严重安全隐患。为保证列车、车辆及行人的安全,现状铁路道口将大规模的“平交改立交”。由于该类改造工程施工期间不得中断铁路正常运营,故往往新建下穿铁路的地道桥,采用顶进法施工。另外,随着社会经济的增长与城市建设的发展,城市交通路网的不断完善,新建城市道路下穿铁路的地道桥数量亦逐年增加。但是,近年来国内时有因强降雨导致既有下穿铁路地道桥积水严重、车辆熄火、交通堵塞,甚至发生人员伤亡事件。因此,必须采取措施,缓解或根治既有下穿铁路地道桥的积水病害；另外,对于新建下穿铁路地道桥的排水设计应进行反思与探讨。本文分别从这两个方面,结合具体的工程实践展开讨论。

1 既有地道桥积水病害整治

自2008年6月7日下午起,余杭区开始普降大到暴雨。据杭州市水文监测部门的数据显示,余杭区3 d平均降雨量达153 mm。27座大型水库中有14座溢洪,北湖滞洪区实施分洪,部分山区堤塘出现漫顶,农田受淹严重。城区部分地段因降水集中及排水不畅,积水严重。其中,铁路沪昆线K180+666处1-7.0×3.0m地道桥积水严重,见图1、图2。铁路路基因长时间的浸泡,2008年6月10日晚在该地道桥的杭州端路桥过渡段发生塌陷,局部轨枕悬空。幸亏发现及时,抢险措施得当,才避免了一起重大交通事故的发生。

图2 地道积水排除后

1.1 病害分析

造成地道桥积水病害的原因较多,主要包括：计算的汇水面积小,降雨重现期设计标准低,雨水口收集能力弱,连接管淤堵、渗漏,泵站设计排水能力小,泵站停电或设备损坏,泵站出水不畅(出水管淤堵、河道水位高)等[1]。现就该下穿铁路地道桥积水病害的主要问题分析如下：

1)原设计的降雨重现期标准较低,道路为1年一遇,地道桥泵站为2年一遇[2]。

2)下穿段道路受铁路两侧现状道路的制约,道路两侧无条件设置反坡点以阻止其他区域的雨水涌入,从而加重了泵站负荷。

3)下穿段道路的坡长较短,坡率较陡。引道段的雨水不能及时地通过雨水口收集,导致道路积水。

4)既有下穿道路除临近铁路侧第一节采用U型槽结构外,其余段均采用挡墙结构支护。而场地的地下水位较高(地面下0.8 m左右),故泵站既要排除地表水又要排除地下水。

5)原下穿道路两侧挡墙顶标高未核实场地的洪水位标高,暴雨期间道路两侧场地雨水从挡墙顶漫流至下穿路段内,从而加重了泵站负荷。

6)泵站内电气、自控等设备设置高度较低,道路积水时,泵站集水井溢出的雨水淹没水泵的电气及控制装置,致使水泵停止工作,使得水泵在暴雨停止之后也不能立即投入运营,以致加重了道路积水影响[3]。

7)集水井至泵站的连通管由于其覆土厚度较大,采用顶管法施工。顶管基底处于粉砂土层,由于相邻管节间及管节与井壁间的空隙处理不妥,产生严重的“流土”现象,从而影响道路的排水系统。

8)地道桥主体采用顶进法施工,而施工期间未对其两端的止水带采取有效的保护措施,导致地道桥与出入口第一节U型槽间的沉降缝间渗漏严重。

9)随着区域城市化进程的发展,既有的沟渠、河道等排水系统多遭受填埋或淤积,导致泵站的出水径路不畅。

10)道路排水设施养护力度不够,道路养护单位在雨前、雨中未能及时清理雨水算子口的塑料袋、树叶、积泥等淤堵物, 雨水排除困难。

1.2 病害整治

由于本地道桥基底处于粉砂土层,为防止铁路路基被雨水浸泡坍塌事故的发生,必须加强对路桥过渡段的处理。该病害整治过程中,地道桥两侧的路桥过渡段采用压密注浆的方式加固,注浆深度同箱身高度为5.1 m。为确保注浆效果,沿铁路纵向不小于10 m的范围内设置双排搭接的Φ600 mm高压旋喷桩帷幕,旋喷桩有效桩长7 m,搭接200 mm。

将既有第一节U型槽外的挡墙均改建为U型槽,共设置18节U型槽,每节U型槽长15.0 m,共270.0 m。U型槽底板厚600 mm,材料为C30防水混凝土,抗渗等级为S6,侧墙外涂热沥青防水层两道。相邻U型槽间设30 mm沉降缝,并在每个沉降缝下设置钢筋混凝土枕梁。既有第一节U型槽与新建U型槽接缝处设置安装式钢板止水带,新建U型槽之间接缝处设置埋入式和外贴式止水带各一道,边墙止水带设置到地下水位以上。U型槽的墙背采用塘碴回填。

道路里程K0+078至K0+382挖方U型槽段车道边缘设置碟形水沟,通过碟形水沟、纵坡实现路面排水,并在最低点K0+220处车道边缘设置两个钢筋混凝土雨水井,通过Φ300 mm钢管连接,后由Φ400 mm钢管接入既有泵房。钢管外包混凝土。新建排水泵站,降雨重现期按5年一遇标准设计。

本次病害整治工程投资为473万元,于2008年底竣工验收,经过10年多的运营状况较好。

由于各种客观条件的限制,既有地道桥积水病害不可能短期内全部根治。因此,对既有地道桥积水病害采取必要的缓解措施也是非常必要和迫切的。今结合工程实践,现将几种常见的缓解方案综述如下：

1.2.1 增设辅道方案[4]

地道桥下积水后总想方设法快速排除积水,保障车辆通行。若下穿道路采取主车道(通行净空5.0 m)与辅路(通行净空3.5 m)设计。虽主车道积水不能行驶车辆,但辅路依然可以保障通行。

增设辅道方案可不用考虑因积水而改造泵站,而是将积水视为调蓄水量。机动车道按照两种不同的通行净空设计道路纵断面,以局部垫高路面增设辅路的小代价换取改造泵站所需的大费用,从而保证道路不中断车辆通行的目的。

1.2.2 交通缓解方案

该方案适用于地道桥下最深积水(<100 mm),车流量受阻的情况下。利用既有地道桥增设的交通措施,缓解车流的临时措施,属于汛期应急抢险预案之一。它的优点是改建费用低,可在没有条件改造泵站状况下实施。其主要的改建内容包括：在上下行车道(或主辅路)中间隔离带(墩)增设活动栅栏门；在上行车道后一个路口处增设交通绕行标志；在辅路上增设必要的限高、限宽标志等。

交通缓解方案的启动流程：

1)打开在上下行车道中间隔离带(墩),增设的活动栅栏门,让上行车道内的车辆左转调头驶入下行车道,从下一个路口绕行。同时在上行车道后一个路口处设交通绕行标志。

2)当辅路最低点高于主路最低点、车辆还可通行时,打开主辅路中间隔离带(墩)活动栏杆门,使车辆进入辅路慢速前行,择路口再进入上行车道。辅路上要注意限高、限宽标志。

3)当辅路也不能通行时,由交警指挥车辆,分时段放行。

1.2.3 增设雨棚方案

本着“以人为本”的设计理念,若上述两个方案实施后仍不能保证强降雨期间,人行及非机动车道的通行。建议在地道桥出入口段的支挡结构顶增设雨棚结构。若需节约改建费用,可将既有的人行、非机动车道改造成台阶式。

1.2.4 增设雨水调蓄池方案

道路积水整治应摒弃过去“只排不蓄”的设计理念,建立“留住雨水”的新概念——新建雨水调蓄池。对于下穿道路,首先应确保及时将雨水排入雨水管；当降雨产生洪峰流量时,若既有市政管网的过水能力不能满足泵站的设计排放要求或下游水体的洪水位高于立交道路低点标高时,可将不能排出的雨水暂时引入增设的雨水调蓄池中。这样既错开历时较短的洪峰，缓解路面积水,又实现水资源的有效利用。

2 新建地道桥排水优化措施

“菲特”于2013年10月7日凌晨1时15分以强台风强度登陆福建福鼎市沙埕镇,是自1949年以来在10月份登陆我国陆地的最强台风。10月7日,宁波全市230余个气象站中有超过80%的站测得的降雨量超过100 mm,其中7个站测得降雨量超过500 mm,最大的余姚上王岗站降雨量达到568.2 mm。市区下穿铁路地道桥下有的出现5 m以上积水,成为交通梗阻点。据《宁波日报》2013年11月4日报道,由笔者单位代建的宁波市江北区丽江西路下穿铁路地道桥(图3、图4)没有积水,成为本次宁波市“抗台抢险”运输的生命线。

该地道桥施工管理过程中,对于排水设计主要考虑了如下的优化措施：

1)暴雨重现期由通常的2年标准提高为5年[5]；

2)引道始、终点附近设置反坡段；

3)地下水位以下的下穿路段均采用U型槽结构；

4)主道与辅道分别设置不同的通行净空；

5)下穿段的道路两侧均设置排水盖板边沟；

6)泵站出水排入附近的余姚江；

7)泵站采用双路供电，泵站内设置远程视频监控系统。

图3 地道桥平面鸟瞰图

图4 地道桥半立面图

3 结语

排水设施虽然是地道桥的附属设施,但对地道桥的正常使用起着至关重要的作用,在地道桥的设计中必须高度重视。笔者认为,对于新建下穿铁路地道桥排水设计应着重注意以下几点：

1)泵站设计参数的取值应充分考虑下穿式道路地势的特殊性,对于积水时间、汇水面积、径流系数以及重现期的取值应考虑最不利条件的影响,在设计过程中用短历时降雨强度的极值进行校核为宜[6]；

2)下穿铁路地道桥的引道坡度大、坡长短,集水时间短,雨水口的收集能力不易满足泵站设计参数取值的要求,建议采用盖板沟代替雨水口,盖板沟过水断面应与泵站设计参数的取值相匹配[7]；

3)若受条件制约,无法为泵站设置独立的排水出口时,应充分考虑泵站抽排能力对下游管网排水系统的影响[8]。